一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于低温合金结构钢热处理技术领域，具体的说是一种提高9Ni钢低温冲 击韧性的热处理工艺。
【背景技术】
[0002] 9Ni钢首先由美国国际镍公司的产品研宄实验室研制成功，合金元素Ni含量在 8. 50-10.0 Owt%之间，是一种低碳调质钢。9Ni钢作为唯一可在-196°C低温条件下服役的 铁素体型用钢，具有较高的屈服强度和抗拉强度、优良的低温韧性、良好的可焊性。9Ni钢是 用于制造大型LNG储罐建造以及相关行业中的关键材料，具有巨大的市场优势。
[0003] 9Ni钢必须采用适当的热处理工艺，才可以较大程度的提高其在_196°C的低温韧 性。深入研宄9Ni钢的热处理工艺，通过优化工艺参数，摸清热处理工艺参数和9Ni钢低温 韧性的关系，对9Ni钢的应用及其发展有着重要的意义。
[0004] 对现有的文献（超低温用9Ni钢厚板生产工艺的开发，东北大学硕士论文，2008、 热处理工艺对LNG用高Ni低温钢韧性的影响，鞍钢技术，2011、热处理工艺对高强度含铜 9Ni钢组织和性能的影响，钢铁，2011、等）和专利（一种镍系低温压力容器用钢及其制造 方法，CN201010501611. 6、一种镍系低温压力容器用钢及其制造方法，CN201010501611. 6、 等）检索，9Ni钢热处理工艺有淬火-回火（QT)、淬火-两相区淬火-回火（QLT)、淬火-淬 火-回火（QQT)、正火-正火-回火（NNT);其中，其报道的最佳热处理工艺温度参数是：QT 为 800-820°C淬火、560-580°C 回火；QLT 为 800-820°C淬火、660-680°C亚温淬火、560-580°C 回火；QQT 为 800-820°C 淬火、760-780°C 二次淬火、560-580°C 回火；NNT 为 800-820°C 正火、 760-790°C 二次正火、560-580°C 回火。
[0005] 相关文献（9Ni钢在线热处理工艺开发，太原科技大学学报，2008、超快冷终冷温 度对重加热后9Ni钢低温韧性的影响，新技术新工艺，2010、等）和专利（生产9Ni钢的在 线热处理方法，CN201310006170. 6、一种低碳9Ni钢厚板的制造方法，CN200810010125. 7、 等）报道了 9Ni钢的在线热处理，经过该方法热处理后的9Ni钢具有改善强度和韧性等优 点。在线热处理是钢板热轧后直接进入热处理设备，省去了常规工艺所需的钢板冷却、重新 加热过程，可以节省大量的能源，减少热处理工艺时间，相应提高了热处理设备能力。
[0006]9Ni钢通过淬火深冷处理方法（一种低温镍钢的热处理淬火深冷处理方法， CN201310291288. 8)，对9Ni钢进行淬火急冷和液氮深冷处理，并经低温回火，可大幅度提 高9Ni低温钢的强度、韧性和硬度。
[0007] 随着石油天然气工业的快速发展，9Ni钢使用率得到显著的增加，通过上述的热处 理工艺，可以达到使用要求，但9Ni钢的力学性能要求，尤其是低温冲击韧性富余量不大， 极大影响了 9Ni钢在低温使用的安全性。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题是：
[0009] 针对现有技术中9Ni钢的低温冲击韧性不足，如何通过热处理工艺改变组织形 态，即如何使逆变奥氏体在马氏体板条晶间呈薄片状析出，且分布均匀，进而提高逆变奥氏 体的热稳定性，从而使晶界和基体韧化，显著提高9Ni钢低温冲击韧性。
[0010] 本发明解决以上技术问题的技术方案是：
[0011] 一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，采用（a)淬火-两相区亚温淬火-回 火（QLT)的热处理工艺，其中，830-850°C淬火，635-655°C亚温淬火，560-600°C回火；或 (b)淬火-二次淬火-回火（QQT)的热处理工艺，其中，830-850°C淬火，735-755°C二次淬 火，560-600°C回火；或（c)正火-二次正火-回火（NNT)的热处理工艺，830-850°C正火， 735-755°C二次正火，560-600°C 回火。
[0012] 第一次淬火或正火温度提高到830-850°C，使组织完全奥氏体化，杂质及第二相粒 子回溶，细化奥氏体晶粒。
[0013] 第二次亚温淬火温度降低到635-655°C，在较低的Acl-Ac3温度亚温淬火，目的 是通过相变再结晶获得细小的铁素体和马氏体组织；第二次淬火温度降低到735-755°C， 在稍微高于Ac3温度淬火，目的是为获得更加细小的马氏体组织；第二次正火温度降低到 735-755°C，在稍微高于Ac3温度正火，目的是为获得板条马氏体组织。
[0014] 回火温度为560-600°C，使钢得到以回火索氏体为主的组织，并通过马氏体的逆转 变使钢中逆变奥氏体的数量增多，且逆转奥氏体主要分布在板条马氏体边界，使组织更加 弥散、均匀分布；同时，使碳化物析出量较大，且细小弥散。
[0015] 其中，淬火加热是在常化炉中进行，水冷过程中完成；正火加热是在常化炉中进 行，空冷过程中完成；回火加热是在回火炉中进行，空冷过程中完成。
[0016] 本发明还提出一种采用以下热处理工艺的9Ni钢制制备方法；同时采用以上制备 方法制得的9Ni钢。
[0017] 本发明的有益效果是：本发明通过扩大QLT、QQT、NNT中QL、QQ、NN的温差，提高 第一次淬火或正火温度到830-850°C，降低第二次亚温淬火温度到635-655°C、或降低第二 次淬火温度到735-755°C、或降低第二次正火温度到735-755°C，然后560-600°C回火，一方 面，逆变奥氏体在马氏体板条晶间呈薄片状析出，分布均匀；另一方面，由于逆变奥氏体富 Ni量更高，进而提高逆变奥氏体的热稳定性，从而使晶界和基体韧化，可以显著提高9Ni钢 低温冲击韧性，同时不降低或者稍微降低强度。
【具体实施方式】
[0018] 实施例1
[0019] 本实施例是一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺的制造方法，采用淬 火-两相区淬火-回火（QLT)工艺，830-850°C淬火、635-655°C亚温淬火、560-600°C回火； 淬火加热是在常化炉中进行，水冷过程中完成、回火加热是在回火炉中进行，空冷过程中完 成。本实施例所制造的9Ni钢的屈服强度为590-630MPa、抗拉强度为680-720MPa、延伸率 为26. 0-30. 0%、冲击功为200-230J。具体工艺对比如表1所示：
[0020] 表1扩大QL温差后的力学性能
[0021]
【主权项】
1. 一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，采用淬火-两相区亚温淬火-回火的 热处理工艺，其特征在于：所述淬火温度为830-850°C，两相区亚温淬火温度为635-655°C， 所述回火温度为560-600 °C。
2. 如权利要求1所述的提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，其特征在于： 第一次淬火提高到830-850°C，使组织完全奥氏体化，杂质及第二相粒子回溶，细化奥 氏体晶粒； 第二次亚温淬火温度降低到635-655°C，在较低的Acl-Ac3温度亚温淬火，通过相变再 结晶获得细小的铁素体和马氏体组织； 回火温度为560-600°C，使钢得到以回火索氏体为主的组织，并通过马氏体的逆转变使 钢中逆变奥氏体的数量增多，且逆转奥氏体主要分布在板条马氏体边界，使组织更加弥散、 均匀分布；同时，使碳化物析出量较大，且细小弥散。
3. -种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，采用淬火-二次淬火-回火的热处理 工艺，其特征在于：所述淬火温度为830-850 °C，所述二次淬火温度为735-755°C，所述回火 温度为 560-600 °C。
4. 如权利要求3所述的提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，其特征在于： 第一次淬火温度提高到830-850°C，使组织完全奥氏体化，杂质及第二相粒子回溶，细 化奥氏体晶粒； 第二次淬火温度降低到735-755°C，在稍微高于Ac3温度淬火，获得更加细小的马氏体 组织； 回火温度为560-600°C，使钢得到以回火索氏体为主的组织，并通过马氏体的逆转变使 钢中逆变奥氏体的数量增多，且逆转奥氏体主要分布在板条马氏体边界，使组织更加弥散、 均匀分布；同时，使碳化物析出量较大，且细小弥散。
5. -种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，采用正火-二次正火-回火的热处理 工艺，其特征在于：所述正火温度为830-850°C，所述二次正火温度为735-755°C，所述回火 温度为 560-600 °C。
6. 如权利要求5所述的提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，其特征在于： 第一次正火温度提高到830-850°C，使组织完全奥氏体化，杂质及第二相粒子回溶，细 化奥氏体晶粒； 第二次正火温度降低到735-755°C，在稍微高于Ac3温度正火，获得板条马氏体组织； 回火温度为560-600°C，使钢得到以回火索氏体为主的组织，并通过马氏体的逆转变使 钢中逆变奥氏体的数量增多，且逆转奥氏体主要分布在板条马氏体边界，使组织更加弥散、 均匀分布；同时，使碳化物析出量较大，且细小弥散。
7. 如权利要求1-6中任一权利要求所述的提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，其 特征在于：其中淬火加热是在常化炉中进行，水冷过程中完成；正火加热是在常化炉中进 行，空冷过程中完成；回火加热是在回火炉中进行，空冷过程中完成。
8. 包括权利要求1-7中项中任一项所述热处理工艺的9Ni钢制制备方法。
9. 根据权利要求8所述的制备方法制得的9Ni钢。
【专利摘要】一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，采用（a）淬火-两相区亚温淬火-回火（QLT）的热处理工艺，其中，830-850℃淬火，635-655℃亚温淬火，560-600℃回火；或（b）淬火-二次淬火-回火（QQT）的热处理工艺，其中，830-850℃淬火，735-755℃二次淬火，560-600℃回火；或（c）正火-二次正火-回火（NNT）的热处理工艺，830-850℃正火，735-755℃二次正火，560-600℃回火；得到优异低温冲击韧性的9Ni钢。本发明在较小程度降低9Ni钢强度的同时，能大幅提高其低温冲击韧性，优化9Ni钢的力学性能，使其完全满足大型LNG储罐的性能需求。
【IPC分类】C21D1-18, C21D6-00, C21D1-28
【公开号】CN104745770
【申请号】CN201510128856
【发明人】胡锋, 尹雨群, 檀传淼, 孙超, 高江
【申请人】南京钢铁股份有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月23日