本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种解决高合金结构钢调质后低温冲击功偏低的方法。
背景技术：
高合金结构钢是指合金元素的总量在10％以上的合金结构钢，加入较大含量的合金元素可以获得各种不同的特殊性能，其中尤以提高在不同介质的耐腐蚀性、高温下的热强性与抗氧化性、低温下的高韧性最为突出。
低温冲击功是材料在低温下抵抗冲击的能力，体现了材料在一定温度下的韧性。一般而言，温度越低，材料的分子活动越慢，分子间的力相对小，弹性降低。因此材料在越低的温度下仍有较高的低温冲击功，表示其具有良好的韧性，可在低温环境下有更多应用。
高合金结构钢在调质后的低温冲击功结果常常偏低，多次调质或多次回火均不能满足-40℃低温冲击功指标要求，限制了高合金结构钢在低温环境下的应用，也影响了交货周期和生产成本。
技术实现要素：
为解决高合金结构钢在调质后低温冲击功偏低的问题，本发明提供了一种解决高合金结构钢调质后低温冲击功偏低的方法。
本发明的技术方案：
一种解决高合金结构钢调质后低温冲击功偏低的方法，包括淬火和高温回火的调质过程，高温回火工艺为：将淬火冷却后的钢材料加热到590±5℃，均温后保温8h；然后采用水冷将钢材料冷却至50～100℃。
进一步的，所述水冷使用的水温度控制在15～18℃之间。
进一步的，所述高温回火采用到温装炉。
进一步的，所述淬火工艺为：将钢材料加热到650±10℃，保温4h；以第一升温速度升温至930±10℃，均温后保温2h；以第二升温速度升温至950±10℃，均温后保温2h；出炉淬火，淬火介质为水，冷却介质为20#机械油，冷却至50-100℃，冷却时间为0.5h。
进一步的，所述第一升温速度控制为60℃/h以下。
进一步的，所述第二升温速度控制为80℃/h以下。
进一步的，所述高合金结构钢的化学成分按重量百分含量包括：c0.45～0.50％、si0.40～0.50％、mn0.45～0.60％、p≤0.010％、s≤0.005％、cr2.00～2.50％、ni4.00～4.50％、mo1.55～1.60％、v0.15～0.20％、w0.50～0.60％、cu≤0.060％、al≤0.030％，其余为fe及不可避免杂质。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种解决高合金结构钢调质后低温冲击功偏低的方法主要控制工序在调质过程，回火温度控制在590℃，回火后冷却方式用水冷代替空冷，且水冷水温控制在15～18℃，将回火后钢材水冷至50～100℃，避免第二类回火脆性，防止回火脆性导致的低温冲击功偏低，实现了高合金结构钢-40℃低温冲击功合格，缩短了产品交付周期，防止造成钢材内部损失。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。下列实施例中，未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内常规设备或装置，未具体注明的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
本实施例中高合金结构钢的化学成分按重量百分含量包括：c0.45～0.50％、si0.40～0.50％、mn0.45～0.60％、p≤0.010％、s≤0.005％、cr2.00～2.50％、ni4.00～4.50％、mo1.55～1.60％、v0.15～0.20％、w0.50～0.60％、cu≤0.060％、al≤0.030％，其余为fe及不可避免杂质。
本实施例中高合金结构钢的生产流程为：电炉冶炼+lf精炼+vd真空精炼→浇注钢锭→轧制电极坯料220*220mm→热送退火→修磨→电渣重熔→电渣锭热送退火→加热、锻造→退火→一次粗加→探伤→钻孔→二次粗加→探伤→调质→校直→检验、检查→探伤→上交。
高合金结构钢电炉冶炼：
1、为尽量降低有害元素含量，配料要求生铁≥30％。
2、电炉多装料，保证炉中剩余钢水量大于6吨，以确保出钢不下渣。
3、炉中取样，p≤0.003％再造一次渣处理p后出钢。
4、出钢前炉中加入1～2袋碳粉，使渣发泡、发粘，减少出钢带渣量。
5、出钢温度≥1580℃，出钢[p]≤0.003％。
6、出钢过程加白灰300～400kg，萤石50～100kg，不加合金。
lf精炼：
1、到精炼位先升温化渣，不脱氧，待炉渣化好后倒渣处理，然后重新造渣。新渣目标成分：cao：52％～58％、sio2：6％～10％、mgo：≤8％、al2o3：20％～25％。
2、重新造渣后，按吨钢4米/t喂入al线，根据渣况分批加入al、硅铁粉、碳粉，使渣变白，渣变白前除si外其它成分先不调，渣变白后取样全分析后，再调合金。
3、白渣下精炼时间≥20分钟。
vd真空：
1、真空前s≤0.005％，钢液温度≥1620℃，真空前按[al]：0.040％～0.050％喂铝线；至真空位后逐级开启真空泵，真空度达67pa时保持时间≥20分钟。
2、放散后，调好氩气，软吹氩时间≥15分钟，以渣面微动，不裸露钢液为准。模温30～80℃。
浇注：锭身浇注时间≥240s帽口浇注时间≥90s
轧制电极坯料：
钢锭升温至1290℃，保温时间2小时进行轧制。轧制规格220*220方，长度7.5米。轧后热送退火，退火工艺如下：350～400℃保温10h，以≤60℃/h的升温速度升温至670±10℃并保温(10+q/4)h，q为装炉量；以≤50℃/h的降温速度降温至300℃出炉空冷。
钢坯修磨：
钢坯必须进行方坯修磨机修磨清理，仅以去除表面氧化铁皮为目的，必须控制磨削量，确保坯表面不发深蓝色，经检查合格，逐支称重后转移电渣重熔。
电渣重熔：
1、电极坯料表面不允许带结疤、氧化铁皮、夹杂(渣)等缺陷。
2、引弧前通氩气排空，冶炼过程使用氩气保护；电渣冶炼所用结晶器必须良好，无漏水现象。重熔过程中保持电流及交换电极的稳定，减轻表面渣沟等缺陷。
3、电制度及补缩制度，见表1。
表1
4、渣制度、时间制度，见表2。
表2
电渣锭退火：
提前半小时热处理炉点火并及时组织装炉。电渣锭退火工艺如下：350～400℃保温10h，以≤60℃/h的升温速度升温至670±10℃并保温(20+q/4)h，q为装炉量；以≤30℃/h的降温速度降温至150℃出炉空冷。
锻造及热处理：
1、电渣锭锻造加热工艺如下：以≤80℃/h的升温速度升温至600～650℃保温5h，以≤100℃/h的升温速度升温至800～850℃保温3h，以≤100℃/h的升温速度继续升温至1220～1240℃保温10h后开始锻造。
锻件锻造工艺：为保证力学性能，采用鐓粗后拔长锻造工艺，电渣锭鐓粗比1.5，水压机生产时拔长过程中中间坯采用大压下量、快速锻造操作，成品余量60mm后小压下量精操作。在一火次产不出成品情况下，返炉加热炉温在1190±10℃保温0.5～1.5小时出炉锻至成品；终锻温度控制在850～750℃。锻后表面空冷到600～650℃再装入退火炉。
锻件锻后退火工艺：
500～700℃保温5～8h，以≤80℃/h升温至910±10℃，均温后保温8～9h，空冷至280～320℃保温11～13h，升温至670±10℃均温后保温100h，以≤30℃/h降温至400℃后以≤15℃/h降温至150℃以下出炉。
黑皮正火时要求吊下散开空冷；由于锻件比较长最终热处理尽可能减少装卡应力，保证调质处理后平直度；锻件要求性能均匀性高，良好的炉况是有效保障。
粗加：
一次粗加、钻孔加工、测壁厚差、二次扩孔、二次粗加后测壁厚差≤2mm。
调质热处理：
1、正火工艺：升温至910±10℃均温并保温3h，空冷至250℃以下；
2、本实施例提供的解决高合金结构钢调质后低温冲击功偏低的方法，包括淬火和高温回火的调质过程具体为：
淬火工艺：将钢材料加热到650℃，保温4h；以60℃/h升温速度升温至930℃，均温后保温2h；以80℃/h升温速度升温至950℃，均温后保温2h；出炉淬火，淬火介质为水，冷却介质为20#机械油，冷却至50～100℃，冷却时间为0.5h。
高温回火工艺：采用到温装炉将淬火冷却后的钢材料加热到590℃，均温后保温8h；然后采用水冷降温，水冷所用水的温度控制在15～18℃之间，冷却时间大约为3min，将钢材料冷却至50℃。
3、校直预热工艺：升温至550±10℃保温10h后转移校直；
4、消回热处理工艺：300～350℃保温3h，升温至550±10℃保温14小时，水冷3min。
实施例2
本实施例中高合金结构钢的化学成分按重量百分含量包括：c0.45～0.50％、si0.40～0.50％、mn0.45～0.60％、p≤0.010％、s≤0.005％、cr2.00～2.50％、ni4.00～4.50％、mo1.55～1.60％、v0.15～0.20％、w0.50～0.60％、cu≤0.060％、al≤0.030％，其余为fe及不可避免杂质。
本实施例中高合金结构钢的生产流程为：电炉冶炼+lf精炼+vd真空精炼→浇注钢锭→轧制电极坯料220*220mm→热送退火→修磨→电渣重熔→电渣锭热送退火→加热、锻造→退火→一次粗加→探伤→钻孔→二次粗加→探伤→调质→校直、消回→检验、检查→探伤→上交。
其中本实施例提供的解决高合金结构钢调质后低温冲击功偏低的方法，包括淬火和高温回火的调质过程具体为：
淬火工艺：将钢材料加热到640℃，保温4h；以55℃/h升温速度升温至920℃，均温后保温2h；以75℃/h升温速度升温至940℃，均温后保温2h；出炉淬火，淬火介质为水，冷却介质为20#机械油，冷却至50～100℃，冷却时间为0.5h。
高温回火工艺：采用到温装炉将淬火冷却后的钢材料加热到585℃，均温后保温8h；然后采用水冷降温，水冷的水温控制在15～18℃之间，冷却时间大约为3min，将钢材料冷却至60℃。
实施例3
本实施例中高合金结构钢的化学成分按重量百分含量包括：c0.45～0.50％、si0.40～0.50％、mn0.45～0.60％、p≤0.010％、s≤0.005％、cr2.00～2.50％、ni4.00～4.50％、mo1.55～1.60％、v0.15～0.20％、w0.50～0.60％、cu≤0.060％、al≤0.030％，其余为fe及不可避免杂质。
本实施例中高合金结构钢的生产流程为：电炉冶炼+lf精炼+vd真空精炼→浇注钢锭→轧制电极坯料220*220mm→热送退火→修磨→电渣重熔→电渣锭热送退火→加热、锻造→退火→一次粗加→探伤→钻孔→二次粗加→探伤→调质→校直、消回→检验、检查→探伤→上交。
其中本实施例提供的解决高合金结构钢调质后低温冲击功偏低的方法，包括淬火和高温回火的调质过程具体为：
淬火工艺：将钢材料加热到660℃，保温4h；以50℃/h升温速度升温至940℃，均温后保温2h；以70℃/h升温速度升温至960℃，均温后保温2h；出炉淬火，淬火介质为水，冷却介质为20#机械油，冷却至50～100℃，冷却时间为0.5h。
高温回火工艺：采用到温装炉将淬火冷却后的钢材料加热到595℃，均温后保温8h；然后采用水冷降温，水冷的水温控制在15～18℃之间，冷却时间大约为3min，将钢材料冷却至80℃。
实施例4
本实施例中高合金结构钢的化学成分按重量百分含量包括：c0.45～0.50％、si0.40～0.50％、mn0.45～0.60％、p≤0.010％、s≤0.005％、cr2.00～2.50％、ni4.00～4.50％、mo1.55～1.60％、v0.15～0.20％、w0.50～0.60％、cu≤0.060％、al≤0.030％，其余为fe及不可避免杂质。
本实施例中高合金结构钢的生产流程为：电炉冶炼+lf精炼+vd真空精炼→浇注钢锭→轧制电极坯料220*220mm→热送退火→修磨→电渣重熔→电渣锭热送退火→加热、锻造→退火→一次粗加→探伤→钻孔→二次粗加→探伤→调质→校直、消回→检验、检查→探伤→上交。
其中本实施例提供的解决高合金结构钢调质后低温冲击功偏低的方法，包括淬火和高温回火的调质过程具体为：
淬火工艺：将钢材料加热到655℃，保温4h；以50℃/h升温速度升温至935℃，均温后保温2h；以60℃/h升温速度升温至955℃，均温后保温2h；出炉淬火，淬火介质为水，冷却介质为20#机械油，冷却至50～100℃，冷却时间为0.5h。
高温回火工艺：采用到温装炉将淬火冷却后的钢材料加热到590℃，均温后保温8h；然后采用水冷降温，水冷的水温控制在15～18℃之间，冷却时间大约为3min，将钢材料冷却至100℃。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例高温回火工艺采用空冷降温，冷却时间为3h将钢材冷却至50℃。
对比例2
本对比例与实施例2的区别仅在于，本对比例高温回火工艺采用空冷降温，冷却时间为3h将钢材冷却至60℃，
考察实施例1、2和对比例1、2得到的高合金结构钢的规定伸长应力、抗拉强度、伸长率、收缩率和低温冲击功，结果如表3所示。
表3
由表3数据对比可知，采用实施例1、2提供的调质方法获得的规定伸长应力、抗拉强度、伸长率、收缩率和低温冲击功均优于对比例1、2的数据，这说明经实施例1、2调质方法生产的高合金结构钢在低温条件下具有更优异的韧性。
本发明提供的调质方法通过对回火温度和回火后冷却方式的控制避免了第二类回火脆性，防止空冷回火脆性导致的低温冲击功偏低，实现了高合金结构钢-40℃低温冲击功合格，缩短了产品交付周期，防止造成钢材内部损失。