一种用于钢结构工程的高韧钢及其热处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钢结构工程用钢及其热处理技术，具体的说是一种用于钢结构工程的高韧钢及其热处理工艺。
【背景技术】
[0002]9Ν?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
8.50-10.00wt%之间，是一种低碳调质钢。9Ν?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。
[0003]对于钢结构工程，有些关键部位需要用到9Ni钢，从而使9Ni钢使用率得到显著的增加，通过现有的热处理工艺，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】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术中钢结构工程用钢的低温冲击韧性不足，提出一种用于钢结构工程的高韧钢及其热处理工艺，可以显著提高钢结构工程用钢的低温冲击韧性。
[0005]本发明解决以上技术问题的技术方案是:
一种用于钢结构工程的高韧钢，其成分及质量百分比为:C:0.81-0.83%、Ni:
9.65-9.67%、Mn:0.15-0.17%、S1:0.17-0.19%、P:0.006-0.008%、S:0.002-0.005%、Nb:0.03-0.05%、V:0.17-0.19%、T1:0.15-0.17%、Al:0.05-0.07%、N ( 0.006%、H ( 0.00020%，Cu:0.012-0.015%，Cr:0.54-0.56%，Mo:0.13-0.15%，余量为 Fe 和不可避免的杂质；
该钢中第一相为回火索氏体，第二相为逆变奥氏体，第三相为板条马氏体，逆转奥氏体主要分布在板条马氏体边界，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为11.4-11.6%，第三相体积百分数为8.5-8.7%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为4.0-4.3%，第三相体积百分数为9.5-9.7%。
[0006]用于钢结构工程的高韧钢的热处理工艺，采用正火-二次正火-回火的热处理工艺，正火温度为960-990°C，在常化炉中进行，采用第一冷却工序冷至室温，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；二次正火温度为790-810°C，在常化炉中进行，采用第二冷却工序冷至室温，得到板条马氏体组织；回火温度为670-690°C，在回火炉中进行，采用第三冷却工序冷至室温，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；
第一冷却工序:先采用水冷以12-15°C /s的冷却速率将钢冷却至720-750°C，然后空冷至650-670°C，再采用压缩空气或雾状淬火液以9-ll°C /s的冷却速率将钢冷却至420-440 °C，最后采用风冷以4-6 °C /s的冷却速率将钢冷却至室温；
第二冷却工序:先采用水冷以11_13°C /s的冷却速率将钢冷却至620-640°C，然采用风冷以4-6°C /s的冷却速率将钢冷却至490-510°C，再采用水冷以7_9°C /s的冷却速率将钢冷却至室温；
第三冷却工序:先采用风冷以5-7°C /s的冷却速率将钢冷却至510-530°C，再采用水冷以11-13°C /s的冷却速率将钢冷却至370-390°C，最后采用压缩空气或雾状淬火液以7-9 0C /s的冷却速率将钢冷却至室温。
[0007]本发明的有益效果是:本发明通过成分限定及热处理工艺，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，提高逆变奥氏体的热稳定性，从而使晶界和基体韧化，可以显著提用于钢结构工程的钢低温冲击韧性，同时不降低或者稍微降低强度。总之，本发明通过热处理工艺改变组织形态，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。
【具体实施方式】
[0008]实施例1
本实施例是一种用于钢结构工程的高韧钢，其成分及质量百分比为:c:0.81%、Ni:9.65%、Mn:0.15%、S1:0.17%、P:0.006%、S:0.002%、Nb:0.03%、V:0.17%、T1:0.15%、Al:0.05%、N:0.006%、H:0.00020%，Cu:0.012%，Cr:0.54%，Mo:0.13%，余量为 Fe 和不可避免的杂质；该钢中第一相为回火索氏体，第二相为逆变奥氏体，第三相为板条马氏体，逆转奥氏体主要分布在板条马氏体边界，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为11.4%，第三相体积百分数为8.5%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为4.0%，第三相体积百分数为9.5%。
[0009]本实施例的用于钢结构工程的高韧钢的热处理工艺，采用正火-二次正火-回火的热处理工艺；正火温度为960°C，在常化炉中进行，采用第一冷却工序冷至室温，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；二次正火温度为790°C，在常化炉中进行，采用第二冷却工序冷至室温，得到板条马氏体组织；回火温度为670°C，在回火炉中进行，采用第三冷却工序冷至室温，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；其中，第一冷却工序:先采用水冷以12°C /s的冷却速率将钢冷却至720°C，然后空冷至650°C，再采用压缩空气或雾状淬火液以9°C /s的冷却速率将钢冷却至420°C，最后采用风冷以4°C /s的冷却速率将钢冷却至室温；第二冷却工序:先采用水冷以irC /s的冷却速率将钢冷却至620°C，然采用风冷以4°C /s的冷却速率将钢冷却至490°C，再采用水冷以7°C /s的冷却速率将钢冷却至室温；第三冷却工序:先采用风冷以5°C /s的冷却速率将钢冷却至510°C，再采用水冷以Il0C /s的冷却速率将钢冷却至370°C，最后采用压缩空气或雾状淬火液以7V /s的冷却速率将钢冷却至室温。
[0010]本实施例所制造的用于钢结构工程的高韧钢的屈服强度为590-630MPa、抗拉强度为 680-720MPa、延伸率为 26.0-30.0%、冲击功为 200-230J。
[0011]实施例2 本实施例是一种用于钢结构工程的高韧钢，其成分及质量百分比为:c:0.82%、Ni:9.66%、Mn:0.16%、S1:0.18%、P:0.007%、S:0.003%、Nb:0.04%、V:0.18%、T1:0.16%、Al:0.06%,N:0.002%,H:0.0001%，Cu:0.013%，Cr:0.55%，Mo:0.14%，余量为 Fe 和不可避免的杂质；该钢中第一相为回火索氏体，第二相为逆变奥氏体，第三相为板条马氏体，逆转奥氏体主要分布在板条马氏体边界，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为11.5%，第三相体积百分数为8.6%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为4.2%，第三相体积百分数为9.6%。
[0012]本实施例的用于钢结构工程的高韧钢的热处理工艺，采用正火-二次正火-回火的热处理工艺；正火温度为970°C，在常化炉中进行，采用第一冷却工序冷至室温，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；二次正火温度为800°C，在常化炉中进行，采用第二冷却工序冷至室温，得到板条马氏体组织；回火温度为680°C，在回火炉中进行，采用第三冷却工序冷至室温，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；其中，第一冷却工序:先采用水冷以13°C /s的冷却速率将钢冷却至730°C，然后空冷至660°C，再采用压缩空气或雾状淬火液以10°C /s的冷却速率将钢冷却至430°C，最后采用风冷以5°C /s的冷却速率将钢冷却至室温；第二冷却工序:先采用水冷以12°C /s的冷却速率将钢冷却至630°C，然采用风冷以5°C /s的冷却速率将钢冷却至500°C，再采用水冷以8°C /s的冷却速率将钢冷却至室温；第三冷却工序:先采用风冷以6°C /s的冷却速率将钢冷却至520°C，再采用水冷以12°C /s的冷却速率将钢冷却至380°C，最后采用压缩空气或雾状淬火液以8V /s的冷却速率将钢冷却至室温。
[0013]本实施例所制造的用于钢结构工程的高韧钢的屈服强度为670_710MPa、抗拉强度为 700-740MPa、延伸率为 21.0-25.0%、冲击功为 180-210J。
[0014]实施例3
本实施例是一种用于钢结构工程的高韧钢，其成分及质量百分比为:c:0.83%、Ni:9.67%、Mn:0.17%、S1:0.19%、P:0.008%、S:0.005%、Nb:0.05%、V:0.19%、T1:0.17%、Al:0.07%,N:0.002%,H:0.0001%，Cu:0.015%，Cr:0.56%，Mo:0.15%，余量为 Fe 和不可避免的杂质；该钢中第一相为回火索氏体，第二相为逆变奥氏体，第三相为板条马氏体，逆转奥氏体主要分布在板条马氏体边界，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为11.6%，第三相体积百分数为8.7%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为4.3%，第三相体积百分数为9.7%。
[0015]本实施例的用于钢结构工程的高韧钢的热处理工艺，采用正火-二次正火-回火的热处理工艺；正火温度为990°C，在常化炉中进行，采用第一冷却工序冷至室温，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；二次正火温度为810°C，在常化炉中进行，采用第二冷却工序冷至室温，得到板条马氏体组织；回火温度为690°C，在回火炉中进行，采用第三冷却工序冷至室温，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；其中，第一冷却工序:先采用水冷以15°C /s的冷却速率将钢冷却至750°C，然后空冷至670°C，再采用压缩空气或雾状淬火液以irC /s的冷却速率将钢冷却至440