36Mn2V鋼套管管箍的亞溫淬火強韌化處理工藝研究

邵立乾，郭國瑞，南世龍

（甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730100）

1 亞溫淬火強韌化處理的主要內(nèi)容及其現(xiàn)實價值的概述

1.1 亞溫淬火強韌化處理的主要內(nèi)容

對于亞溫淬火而言，其主要在Ac1～Ac3溫度之間兩相區(qū)內(nèi)對亞共析鋼加熱，并進行充分的保溫后淬火（臨界區(qū)淬火），能夠達(dá)到提升鋼件韌性的效果。如果在實際的處理過程中需要消除機加工應(yīng)力，則要在淬火處理前進行正火，并在未達(dá)到800℃的條件下實施淬火處理；隨后，直接放于鹽水中展開冷透處理，以此確保淬火組織中留存未溶鐵素體，含量為15%～20%，保證硬度的同時降低變形，也將有效降低裂紋產(chǎn)生的概率。

1.2 36Mn2V鋼套管管箍亞溫淬火強韌化處理的現(xiàn)實價值

36Mn2V鋼套管管箍在經(jīng)過熱處理后，其力學(xué)性能總體呈現(xiàn)出較為理想的水平，強韌性也相對較強。但是，在當(dāng)前的發(fā)展實踐中，對于環(huán)保性能的要求呈現(xiàn)出逐步提升的狀態(tài)，因此，原有的管套套箍油淬工藝、設(shè)備逐步被淘汰。同時，因為36Mn2V鋼中包含較高含量的碳元素，所以無法引入水淬處理工藝?；谶@樣的情況，使用微合金化對36Mn2V鋼的力學(xué)性能展開優(yōu)化調(diào)整受到更多關(guān)注。但是，從現(xiàn)實的角度來看，依托上述方式優(yōu)化完善36Mn2V鋼的力學(xué)性能雖然在強度方面可以滿足API Spec 5CT標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，但是，其韌性難以達(dá)標(biāo)，此時，獲取到的非調(diào)質(zhì)36Mn2V鋼套管管箍力學(xué)性能指標(biāo)參數(shù)如下所示：使用“熱軋+在線?；弊鳛樵嚇又谱鞴に?，其屈服點σs為609～642MPa；淬火后的抗拉強度值σb為878～909MPa；游離鐵素體含量為17.3%～19.1%；鋼材的沖擊功Akv為6.9～9J；硬度HBS為261～268?；谶@樣的參數(shù)條件，在實際應(yīng)用過程中發(fā)生沖擊斷口、斷口缺陷不斷擴大的概率表現(xiàn)出大幅上升的趨勢。與此同時，通過在鋼制件熱處理過程中應(yīng)用亞溫淬火處理工藝，還可以實現(xiàn)對相應(yīng)鋼零部件脆性轉(zhuǎn)變溫度的降低，有效抑制鋼零部件可逆回火脆性。

基于這樣的情況，相關(guān)研究人員將目光轉(zhuǎn)向?qū)?6Mn2V鋼套管管箍進行其他處理的方面，而亞溫淬火工藝則能夠在避免硬度明顯下降的條件下提升36Mn2V鋼套管管箍制件的韌性，因此受到重點關(guān)注與應(yīng)用。

2 36Mn2V鋼套管管箍的技術(shù)要求以及熱處理工藝分析

2.1 36Mn2V鋼套管管箍的技術(shù)要求

在進行36Mn2V鋼套管管箍的制備過程中，要求必須將有害元素的總量維持在不超過0.05%的水平下；控制各等級非金屬夾雜物均維持在不超過2.5級的條件下。標(biāo)準(zhǔn)條件下，36Mn2V鋼套管管箍的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）具體如表1所示。

2.2 36Mn2V鋼套管管箍的熱處理工藝

36Mn2V鋼套管管箍的一般性熱處理工藝參數(shù)如下所示：在860℃的條件下保溫時間為45min；隨后實施油淬；在640℃的條件下回火，保溫時間為70min。經(jīng)過上述熱處理工藝操作后，36Mn2V鋼套管管箍的力學(xué)性能具體如下：屈服點σs為700～760MPa；淬火后的抗拉強度值σb為870～909MPa；游離鐵素體含量為21.7%；鋼材的沖擊功Akv為49～58焦耳；硬度HBS為256～281。API Spec 5CT標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中，要求36Mn2V鋼套管管箍屈服點σs為552～758MPa；淬火后的抗拉強度值σb不低于689MPa；游離鐵素體含量不低于15.5%；鋼材的沖擊功Akv不低于15J。

3 36Mn2V鋼套管管箍的亞溫淬火強韌化處理試驗分析

3.1 試驗過程設(shè)計

亞溫淬火處理工藝是新興的一種的熱處理工藝，實踐中，其加熱溫度始終保持在奧氏體與鐵素體之間的雙向區(qū)的范圍內(nèi)，相比一般性熱處理工藝而言，亞溫淬火處理中選用的加熱溫度偏低，兩者之間的差距保持在50～70℃的范圍內(nèi)。因此，相比一般性熱處理工藝而言，亞溫淬火處理工藝在降低能耗、規(guī)避零部件熱處理變形或開裂問題方面均能夠表現(xiàn)出極為理想的水平，可以促使相應(yīng)零部件的力學(xué)性能上升，并實現(xiàn)對應(yīng)產(chǎn)品加工合格率的增高?；谶@樣的優(yōu)勢，亞溫淬火處理工藝在當(dāng)前多樣性材料加工方面得到深入性、廣泛性應(yīng)用，且整體發(fā)展前景極為理想。當(dāng)應(yīng)用亞溫淬火處理工藝對鋼零部件展開熱處理的過程中，能夠做到在避免硬度明顯下降的條件下提升鋼套管管箍的韌性，其作用機理主要設(shè)定如下：依托亞溫淬火處理工藝使用條件下，鋼零部件內(nèi)部微溶鐵素體、細(xì)化晶粒的增加，實現(xiàn)對裂紋擴散的有效性規(guī)避，促使殘余奧氏體呈現(xiàn)出增加的趨勢，同時，對鋼零部件內(nèi)雜質(zhì)、有害元素分布情況的改善，達(dá)到強化鋼零部件強韌性的效果。由于亞溫淬火處理工藝具有上述優(yōu)勢，因此，在當(dāng)前的結(jié)構(gòu)鋼熱處理加工中得到廣泛應(yīng)用。

選擇36Mn2V鋼套管管箍試樣，設(shè)定淬火加熱的保溫時間穩(wěn)定在48min，回火加熱的保溫時間維持在72min。對于36Mn2V鋼而言，其奧氏體與鐵素體之間的雙向區(qū)為720～810℃，所以設(shè)定亞溫淬火處理的溫度維持在720～810℃的范圍內(nèi)。選取36Mn2V鋼作為樣本制備材料，長度為270毫米，規(guī)格為114.3mm×6.35mm，嚴(yán)格依照API Spec 5CT石油套管規(guī)范制作成36Mn2V鋼套管管箍作為樣本。在此過程中，依托SX2實驗電阻爐，結(jié)合正交試驗法的應(yīng)用，完成對熱處理工藝參數(shù)的初步性獲??；隨后，引入規(guī)格為12.5m×8m、12.5m×10m的步進式熱處理爐，實施生產(chǎn)驗證，由此實現(xiàn)對熱處理工藝參數(shù)的獲取。另外，在800℃的條件下，水淬試樣表現(xiàn)出裂紋缺陷。

表1

3.2 試驗結(jié)果分析

36Mn2V鋼套管管箍的亞溫淬火強韌化處理試驗的數(shù)據(jù)結(jié)果如下所示：在淬火730℃、回火610℃的條件下，屈服點σs為420～460MPa；淬火后的抗拉強度值σb為653～703MPa；游離鐵素體含量為20.7%～25.6%；鋼材的沖擊功Akv為48～56J；硬度HBS為195～212。在淬火750℃、回火610℃的條件下，屈服點σs為626～669MPa；淬火后的抗拉強度值σb為826～830MPa；游離鐵素體含量為17.3%～19.5%；鋼材的沖擊功Akv為32～46J；硬度HBS為254～265。在淬火770℃、回火630℃的條件下，屈服點σs為660～750MPa；淬火后的抗拉強度值σb為790～820MPa；游離鐵素體含量為23.6%；鋼材的沖擊功Akv為59～65J；硬度HBS為240～261。

綜合來看，第一，經(jīng)過亞溫淬火與普通淬火的試樣硬度呈現(xiàn)出基本相同的狀態(tài)，造成這一結(jié)果的主要原因在于，亞溫淬火的加熱始終維持在兩相區(qū)內(nèi)，經(jīng)過淬火后，基體組織內(nèi)部的游離鐵素體相對較少，促使硬度表現(xiàn)出逐步下降的趨勢。第二，當(dāng)試樣經(jīng)過亞溫淬火后，相比普通淬火處理后，其沖擊韌性表現(xiàn)出增高的趨勢，促使開裂現(xiàn)象得到基本消除，實現(xiàn)對相應(yīng)產(chǎn)品生產(chǎn)合格率的明顯提升。造成這一結(jié)果的主要原因在于，在亞溫淬火工藝中，加熱溫度始終表現(xiàn)出較低水平，使得淬火應(yīng)力有所下降。同時，經(jīng)過亞溫淬火后，細(xì)小奧氏體能夠隨之生成，實現(xiàn)對鋼試樣韌性的增強，從而達(dá)到減小回火脆性的效果。

4 結(jié)語

綜上所述，相對于普通熱處理工藝而言，亞溫淬火強韌化處理工藝可以獲取更理想的強韌化處理結(jié)果。結(jié)合處理試驗結(jié)果能夠了解到：經(jīng)過亞溫淬火與普通淬火的試樣硬度呈現(xiàn)出基本相同的狀態(tài)；當(dāng)試樣經(jīng)過亞溫淬火后，相比普通淬火處理后，其沖擊韌性表現(xiàn)出增高的趨勢，促使開裂現(xiàn)象得到基本消除，實現(xiàn)對相應(yīng)產(chǎn)品生產(chǎn)合格率的明顯提升；36Mn2V鋼套管管箍的亞溫淬火強韌化處理的最優(yōu)參數(shù)為770℃水淬48min、630℃回火72min。