本发明涉及材料成分设计与热处理领域，具体为一种高强高韧低温服役铸钢材料(imr-ls)及热处理方法。
背景技术：
：在石油开采工装中，往往需要高强度的铸钢材料，而这些铸钢件又在低温条件下服役，因此在设计高强度铸钢材料的同时，也要充分考虑服役环境的对材料性能的影响。中国发明专利申请(公开号cn101381841a)公开一种高强度高韧性-50℃低温钢及其制造方法，其化学成分按重量百分比为：c0.12～0.20，si0.15～0.50，mn1.20～1.70，p≤0.015，s≤0.010，ni0.30～1.00，ti0.005～0.050，al0.005～0.10，nb0.010～0.050，此外还含有v≤0.10，cu≤1.0，mo≤0.50，zr≤0.040，re≤0.020中的一种或一种以上，余量为fe。其制备方法是：钢坯加热温度为1150～1280℃，加热速率8～14分钟/cm，钢的开轧温度≥1100℃，控轧累计压下率≥60％，末三道每道次压下率≥10％，终轧温度780～860℃；采用正火热处理，正火保温温度为850～930℃，保温时间为30～50分钟+板厚(mm)×1分钟/mm。其不足之处在于：该专利所约束的材料是经过轧制变形处理使其具备高材料性能，而铸件则不经变形处理，材料性能会大幅度衰减，尤其低温冲击韧性衰减幅度更大，不能满足本开发材料性能要求，因此急需开发适合低温条件下石油领域的高强、高韧铸钢材料。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种高强高韧低温服役铸钢材料imr-ls及热处理方法，使这种铸钢材料能够具有高强高韧的力学性能，以满足石油开采工装在低温条件下的使用需要。本发明的技术方案是：一种高强高韧低温服役铸钢材料，按重量百分比计，铸钢材料的化学成分范围如下：c0.13～0.24％、mn0.80～1.20％、si0.17～0.37％、p≤0.015％、s≤0.01％、ni1.40～2.50％、cr0.8～1.2％、mo0.2～0.4％、v0.01～0.05％、al0.01～0.05％、ti0.01～0.04％、b+re+nb≤0.05％，余量为fe。所述的高强高韧低温服役铸钢材料，优选的，b+re+nb＝0.01～0.05％，其中：b0.001～0.005％，re0.004％～0.025％，nb0.005～0.03％。所述的高强高韧低温服役铸钢材料，优选的，b0.0015％，re0.015％，nb0.03％。所述的高强高韧低温服役铸钢材料的热处理方法，根据钢的化学成分制定均匀化及超细化热处理工艺，并选取合适温度进行回火，满足材料性能；其中，材料性能为：屈服强度≥655mpa，抗拉强度≥795mpa，延伸率≥14％，断口收缩率大于30％，并且材料v口冲击在-45℃低温冲击值大于27j。所述的高强高韧低温服役铸钢材料的热处理方法，铸钢材料先进行高温成分均匀化处理，均匀化保温处理温度为900℃～1000℃，均匀化处理的保温时间按1h/25mm厚选定，炉冷到150℃以下后出炉。所述的高强高韧低温服役铸钢材料的热处理方法，铸钢材料的超细化处理分两次进行：第一次首先选择在730～800℃进行保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，然后再进行880～920℃保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，随后炉冷到150℃以下后出炉；第二次首先选择在730～800℃进行保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，然后再进行880～920℃保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，随后出炉水淬至室温。所述的高强高韧低温服役铸钢材料的热处理方法，铸钢材料的回火温度选择为630～660℃，保温时间按1h/25mm厚选定，回火后进行炉冷至室温。本发明高强高韧低温服役铸钢材料的各个化学成分设计思想和协同作用是：通过c、cr、mn、ni、mo、b等元素含量调配，了解元素含量与材料淬透性、强度之间的关系；通过c、ni、v等元素含量调配，了解元素与材料韧性之间的关系；通过微量元素ti、nb、稀土的调配达到细化晶粒的作用，通过si、al含量的控制实现脱氧的控制。本发明高强高韧低温服役铸钢材料的热处理机理是：利用钢的固态相变细化晶粒作用原理，使铸钢材料在特定温度进行原始粗大晶粒分解，利用析出相防止晶粒长大。本发明的优点及有益效果是：1、本发明通过对铸钢成分设计并选取特殊热处理方法研究，开发出一种高强高韧铸钢材料，能够满足石油开采工装在低温服役条件使用。其性能够满足：屈服强度≥655mpa，抗拉强度≥795mpa，延伸率≥14％，断口收缩率大于30％，并且材料v口冲击在-45℃低温冲击值大于27j。2、本发明的钢种经均匀化、超细化处理后性能稳定，可用在重大关键零部件上。3、本发明热处理方法可广泛应用在高强高韧铸钢件的热处理。具体实施方式下面，通过实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1本实施例中，高强高韧低温服役铸钢材料的铸钢成分如下：元素含量(wt％)c0.13mn0.8si0.17p0.009s0.002ni2.50cr1.2mo0.4v0.015al0.05ti0.01b+re+nb0.03；其中，b0.0010、re0.0090、nb0.02fe余量热处理采用如下步骤：①铸件经1000℃高温成分均匀化处理，保温时间按1h/25mm厚选定，在均匀化处理之后进行炉冷到150℃以下，出炉冷却至室温。②然后铸件进行超细化处理，超细化处理分两次进行：第一次首先选择780℃进行保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，然后再进行920℃保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，随后炉冷到150℃以下，出炉冷却至室温；第二次选择在780℃进行保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，然后再进行920℃保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，随后出炉水淬至室温。③回火温度选择为630℃，保温时间按1h/25mm厚选定，回火后进行炉冷至室温。经热处理后，材料性能如下：屈服强度780mpa，抗拉强度850mpa，延伸率15％，断口收缩率35％，并且材料v口冲击在-45℃低温冲击值为69j。实施例2本实施例中，高强高韧低温服役铸钢材料的铸钢成分如下：元素含量(wt％)c0.20mn1.2si0.37p0.015s0.005ni1.9cr0.8mo0.2v0.05al0.01ti0.04b+re+nb0.05；其中，b0.0015、re0.0185、nb0.03fe余量热处理采用如下步骤：①铸件经900℃高温成分均匀化处理，保温时间按1h/25mm厚选定，在均匀化处理之后进行炉冷到150℃以下，出炉冷却至室温。②然后铸件进行超细化处理，超细化处理分两次进行：第一次首先选择730℃进行保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，然后再进行880℃保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，随后炉冷到150℃以下，出炉冷却至室温；第二次选择在730℃进行保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，然后再进行880℃保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，随后出炉水淬至室温。③回火温度选择为660℃，保温时间按1h/25mm厚选定，回火后进行炉冷至室温。经热处理后，材料性能如下：屈服强度750mpa，抗拉强度835mpa，延伸率18％，断口收缩率40％，并且材料v口冲击在-45℃低温冲击值为57j。实施例3本实施例中，高强高韧低温服役铸钢材料的铸钢成分如下：元素含量(wt％)c0.24mn1.2si0.37p0.015s0.01ni1.4cr1.2mo0.6v0.05al0.035ti0.03b+re+nb0.05；其中，b0.0030、re0.022、nb0.025fe余量热处理采用如下步骤：①铸件经950℃高温成分均匀化处理，保温时间按1h/25mm厚选定，在均匀化处理之后进行炉冷到150℃以下，出炉冷却至室温。②然后铸件进行超细化处理，超细化处理分两次进行：第一次首先选择800℃进行保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，然后再进行900℃保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，随后炉冷到150℃以下，出炉冷却至室温；第二次选择在800℃进行保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，然后再进行900℃保温处理，保温时间按1h/25mm厚选定，随后出炉水淬至室温。③回火温度选择为640℃，保温时间按1h/25mm厚选定，回火后进行炉冷至室温。经热处理后，材料性能如下：屈服强度670mpa，抗拉强度800mpa，延伸率14％，断口收缩率35％，并且材料v口冲击在-45℃低温冲击值为37j。实施例结果表明，本发明所涉及到的铸钢材料经热处理后，可以达到高强高韧的效果，能够满足石油开采工装中对高强高韧铸钢的需要。当前第1页12