8630鋼熱處理工藝試驗(yàn)研究

文/蘇惠聰·寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院

8630鋼熱處理工藝試驗(yàn)研究

文/蘇惠聰·寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院

蘇惠聰，高校講師，熱處理高級(jí)技師。主要從事金屬加工、金屬熱處理等方面的教學(xué)以及科研工作，參與多項(xiàng)重點(diǎn)科研課題研究。

深海石油鉆井機(jī)械用某關(guān)鍵零件為殼體狀，深海水下工作，其在液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)兩個(gè)部件的接卸任務(wù)，使用過程中要承受較大的作用力和沖擊，故其需要高的強(qiáng)度、高的可靠性、足夠的可塑性和低溫韌性。為確保使用性能，該零件在切削加工前需經(jīng)鍛造?；谝陨闲枰?，選用了美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)鋼材8630鋼。8630鋼是一種高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼，是水下石油鉆采制造行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的材料，該鋼具有較高的強(qiáng)度、良好的可塑性和韌性、良好的冷熱加工性。不同的熱處理工藝后能獲得不同的性能，有不同的用途，特別適用大截面、高負(fù)荷和承受沖擊載荷的重要鍛件。

深海石油殼體工件的幾何尺寸靠切削加工保證，內(nèi)在質(zhì)量依靠熱加工保證。為了確保制件性能，制訂正確的熱加工工藝方案，對(duì)8630鋼進(jìn)行了熱處理工藝試驗(yàn)研究。深海石油殼體產(chǎn)品的力學(xué)性能設(shè)計(jì)要求如表1。

表1 深海石油殼體零件材料的力學(xué)性能設(shè)計(jì)要求

試驗(yàn)方法

通過對(duì)國(guó)內(nèi)采購(gòu)的8630鋼進(jìn)行工藝性能試驗(yàn)，確定其性能達(dá)到了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，并通過顯微鏡對(duì)8630鋼微觀組織進(jìn)行了分析，結(jié)合生產(chǎn)技術(shù)條件，確立了8630鋼的最佳熱處理工藝參數(shù)，制訂了熱處理工藝方案，為實(shí)際生產(chǎn)提供了理論和試驗(yàn)依據(jù)。

試驗(yàn)用鋼系外購(gòu)，等效試棒尺寸為φ125mm× 250mm，對(duì)等效試棒進(jìn)行不同熱處理工藝試驗(yàn)，對(duì)熱處理后的試棒進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試和金相組織分析。

綜合考慮該材料各熱處理影響因素，確定其熱處理試驗(yàn)工藝方案，對(duì)8630鋼進(jìn)行熱處理工藝試驗(yàn)。將等效試棒先進(jìn)行正火、淬火處理，再選擇不同溫度進(jìn)行回火，具體工藝見表2。

表2 8630鋼熱處理工藝

力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置位于等效試棒的1/2處，拉伸試驗(yàn)按照ASTM A370標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行，拉伸試樣尺寸為d0=12.5mm，L0＝4d0，在SHT4605D電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。沖擊試樣采用標(biāo)準(zhǔn)V型缺口試樣，沖擊試驗(yàn)溫度分別為-20℃和-29℃，低溫介質(zhì)為液氮與乙醇混合液。每個(gè)溫度下測(cè)試3個(gè)試樣，取其沖擊能量的平均值作為該溫度下的沖擊性能，在RKP-450擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，用ROCK-300數(shù)顯洛氏硬度計(jì)測(cè)試硬度，并進(jìn)行了布氏硬度的換算。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)結(jié)果可用圖1直觀地表示出來。從圖1中可以看出，隨著回火溫度的升高，8630鋼的強(qiáng)度逐漸降低，而塑性明顯提高。為了更清楚了解8630鋼熱處理后金相組織，在等效試棒1/2處心部取樣，用光學(xué)顯微鏡觀察其金相組織，在蔡司圖像分析儀上進(jìn)行金相組織分析，其金相顯微組織見圖2。從金相組織上可以看出，8630鋼半徑1/2處的組織為回火索氏體+少量上貝氏體，且組織較為均勻細(xì)小。

圖1 回火溫度對(duì)力學(xué)性能的影響

圖2 8630鋼金相組織圖

結(jié)論

通過以上試驗(yàn)分析可以看出，在不同的熱處理工藝條件下，8630鋼可以獲得不同的性能。在合適的熱處理?xiàng)l件下，8630鋼可以獲得良好的綜合力學(xué)性能，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)于要求不僅要有較高強(qiáng)度和足夠塑性，而且要有較好的低溫韌性，在深海環(huán)境下工作的殼體零件，8630鋼能夠滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)選材要求。

⑴8630鋼作為深海石油機(jī)械的殼體零件材料，最佳熱處理工藝為正火870℃，淬火860℃×2h，回火580～600℃。

⑵對(duì)8630鋼主要化學(xué)成分組成進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，還可獲得更好的綜合力學(xué)性能。