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      8630鋼熱處理工藝試驗(yàn)研究

      2015-06-21 10:34:09蘇惠聰寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院
      鍛造與沖壓 2015年11期
      關(guān)鍵詞:試棒金相深海

      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。

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