[发明专利]一种厚大断面低碳低合金钢铸锻件的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明属于钢铁材料热处理领域，特别是一种厚大断面低碳低合金钢(如：Cr-Mo钢等)铸锻件的热处理工艺。 

背景技术

低碳低合金Cr-Mo钢由于具有较好强韧性以及优异抗氢脆性能、广泛应用与大型加氢反应器，核电缸体以及某些对材料强度、低温韧性以及耐高温性能有一定要求的部件上。在传统工业应用条件下，低碳低合金Cr-Mo钢铸锻件的标准热处理工艺为淬火+回火。淬火后得到下贝氏体或马氏体组织，而后进行适当温度的回火处理后，材料的强度和塑韧性能达到良好匹配。 

但随着加氢装置规模的不断扩大和核电功率的不断增大，低碳低合金Cr-Mo钢铸锻件的尺寸和壁厚显著增加，在实际制造热处理过程中淬火冷却能力不足，虽然在某些大型锻件淬火时采用了高压喷水冷却方式来提高淬火冷却速度，但其心部仍然难以淬透，同时容易引起锻件严重变形甚至开裂。因此，厚大断面(一般指断面厚度为100～600mm)低碳低合金CrMo钢铸锻件在淬火后心部容易得到以韧性较差的粒状贝氏体为主的中温转变产物，严重影响了大型工件心部的低温冲击韧性。 

为了提高厚大断面低碳低合金CrMo钢铸锻件的心部性能，也有一些文献报道，采用亚温临界热处理工艺来提高材料的低温冲击韧性，由于亚临界温度奥氏体化，使得组织中含未溶铁素体含量较高，不仅大大降低了材料的强度，而且大幅降低了材料的高温持久性能，对于对材料高温性能有特殊要求的部分铸锻件不适合使用。 

因此，如何通过简单的热处理工艺在不依靠冷速的条件下实现厚大断面低合金CrMo钢以及其他低碳低合金钢心部强度和塑韧性的良好结合，对于厚大断面低合金CrMo钢以及其他低碳低合金钢铸锻件的生产制造具有重要意义。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种厚大断面低碳低合金钢铸锻件的热处理工艺，在尽量不增加或者少量增加生产成本的前提下，不改变铸、锻件合金成分，仅通过改进热处理工艺，来调整材料组织中各相性质，调节各相的总量、尺寸及分布，改善厚大断面低碳低合金钢(如：Cr-Mo钢等)铸锻件心部组织，进而使大型铸锻件的强度和塑韧性均得到有效提高。 

本发明的技术方案是： 

一种厚大断面低碳低合金钢铸锻件的热处理工艺，该工艺包括以下步骤： 

(1)将厚大断面低碳低合金钢铸锻件在Ac3以上40℃～100℃范围内进行淬火处理，保温按壁厚每增加25mm保温时间延长0.5～1小时计算； 

(2)淬火完成后，进行Ac1以下50℃～90℃温度的退火处理，保温按壁厚每增加25mm保温时间延长0.5～2小时计算，保温结束后以空冷或炉冷方式冷却； 

(3)退火完成后，进行Ac3±25℃温度范围内的中间热处理，保温按壁厚每增加25mm保温时间延长0.5～1小时计算； 

(4)中间热处理后，进行Ac1以下60℃～110℃温度范围内的回火处理，保温按壁厚每增加25mm保温时间延长1～2小时计算。 

所述的厚大断面低碳低合金钢铸锻件的热处理工艺，步骤1)的淬火热处理、步骤3)的中间热处理和步骤4)的回火热处理，保温结束后在不引起工件开裂或严重变形条件下，采用尽量快的冷却速度冷却至室温。 

所述的厚大断面低碳低合金钢铸锻件的热处理工艺，步骤3)的中间热处理，奥氏体化温度要控制在Ac3±25℃温度范围内，且当在Ac3以下奥氏体化时，应将未溶铁素体含量控制在10wt％以内。 

所述的厚大断面低碳低合金钢铸锻件的热处理工艺，步骤4)采用的回火热处理，要充分考虑到M-A岛分解情况对材料的强韧性影响，避免析出沿晶界分布的粗大的碳化物。 

所述的厚大断面低碳低合金钢铸锻件的热处理工艺，低碳低合金钢为合金元素含量不超过5wt.％的Cr-Mo系钢；或者，低碳低合金钢为合金元素含量不超过5wt.％的低合金贝氏体钢：NiCr系、MnMoNi系、SiMn系、SiMnMo系、CrMnSi系、CrMnMo系或CrNiMo系。按重量百分比计，低碳低合金钢合金元素主要包含：C≤0.30％、Mn≤1.5％、Cr≤4％、Mo≤1.5％、V≤0.5％以及微 量合金元素Nb、Ti、B之一种以上，合金元素的质量分数总和不超过5％。 

所述的厚大断面低碳低合金钢铸锻件的热处理工艺，厚大断面低碳低合金钢铸锻件的壁厚在100～600mm。 

本发明的设计思想和原理如下：