提高40CrMnMo钢低温冲击功工艺研究.pdf

第6期(总第169期)
机械工程与自动化
2011年12月
MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATION
文章编号:1672-6413(2011)06-0098-02
提高40 Crmnmo钢低温冲击功工艺研究
乔冬梅,安丽,喻亚新,黄旭升
(山西北方风雷工业集团有服责任公司,山西侯马043009)
摘要:研究了9200实心40 Crmnmo棒料的热处理工艺。在采用了新的调质处理后,在拉伸强度、屈服强度
和廷伸率满足标准要求的情况下,一20℃低温冲击功由原来最低22J提高到75J。实验结果表明,采用新
的热处理工艺可明显改变材料的冷脆转变温度,提高材料的低温冲击功。
关键词:大直径实心棒料;低温冲击功;热处理工艺
中图分类号:TG142.1+5
文献标识码:A
0引言
56.25mm,拉伸试验按GB/T228金属材料室温拉
近年来,随着世界石油钻采业的发展,深井、超伸试验方法的规定在300kN万能液压试验机上进
深井以及含硫化氢、二氧化碳腐蚀性环境油气井不断行;冲击试样采用10mmX10mmX55mm试样,
开发。高压喷射等强化钻井新工艺、定向钻井技术、按GB/T229金属夏比缺口冲击试验方法的规定在
丛式井钻井技术的推广应用,不仅要求钻具材料有较JB30A神击试验机上进行。一20℃神击试验所用低
高的强度水平和充足的韧性储备(即可靠性),而且要温介质为液氮与乙醇混合液体,在低温试验过程中,
求其具有较高的低温冲击韧性。为了满足石油市场的试样从介质中取出到冲击之间的时间控制在3s内,
需求,我们研究了提高大规格实心棒料性能的工艺。
相应的介质过冷度控制在2C内。
1工艺试验
试验结果分析
1.1调质处理
2.1试验结果
以外径为200mm的40 Crmnmo钢实心棒料为试
本试验分3组进行。首先选用淬火温度800C、
验材料,其主要化学成分(质量分数)为:0.42%~回火温度525℃、工件前进速度230mm/min,电流频
0.46%的C、0.15%~0.28%的Si、0.75%~1.2%的率分别为38Hz、50Hzx、200Hz进行调质处理。调质
Mn、0.75%~1.2%的Mo。
处理后,一20C低温冲击功最高为64J,最低为22J,
试验在工作频率为38Hz~200Hz连续可调、未能达到用户要求。但是,反映出电流频率为38Hz
功率为100kW/(100Vへ280V)的卧式淬火机床上时,热处理性能高于电流频率为50Hz和200Hz时。
进行,采用由两段感应线圈构成的一体化感应器对工为此,对热处理工艺参数进一步进行调整,最终采用
件进行加热。
淬火温度830℃、回火温度560℃、工件前进速度
工件进行调质处理时,根据产品规格和管体壁厚200mm/min,电流频率分别为38Hz、50Hz、200Hz
选择加热时的感应电流频率、功率、前进速度等,在进行调质处理。调质处理后,电流频率为38Hz时,
感应器内边旋进边加热,等工件加热到淬火温度后进
-20C低温冲击功距外表50mm最高为75J,距外表
行水冷,淬火后立即进入回火感应器内进行回火。
75mm最高为70J,并且抗拉强度和屈服强度完全符
1.2力学性能试验
合标准要求,实现了客户要求的一20C低温冲击功为
调质处理后,根据用户要求,取样部位为试样中65J的目标。不同热处理工艺机械性能对比见表1。
心距外表50mm和75mm两处(简称距外表50mm2.2结果分析
和75mm),主要鉴定产品横截面性能均匀性。
2.2.1降低电流频率增加电流透人深度
拉伸试样为4倍试样,试样标距内直径为
从表1可以看出:在同一热处理工艺下,当感应
收稿日期;2011-09-02;修回日期:2011-09-20
作者简介:乔冬梅(1963-)女,山西翼城人,工程师,本科,主要从事热加工工艺设计。
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2011年第6期
乔冬梅,等:提高40 Crmnmo钢低温冲击功工艺研究
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电流频率由200Hz降低到38Hz,距外表50mm处抗直径方向截面加热均匀,从而提高热处理性能。
拉强度提高9.9%以上,-20C低温冲击功提高2.2.2降低韧脆转变温度提高低温冲击功
3.9%以上;75mm处抗拉强度提高12.5%以上,
韧脆转变温度反映了温度对韧脆性的影响,也是金
20℃低温冲击功提高59%以上;且随着感应电流频属材料的韧性指标。低温脆性除了与材料治金因素有关
率由200Hz降低到38Hz,距外表50mm比距外表75外,还主要与热处理后组织转变均匀性和晶粒度有关
mm处性能变化輻度减小。这表明随着电流频率的降
从表1中可以看出,工件前进速度、淬火和回火
低,电流投入深度增加,工件径向温差大为减小,壁温度相同的情况下,随着感应电流频率由200Hz降低
厚加热均匀性增强,综合机械性能提高。这主要是因到38Hz,-20℃低温冲击功逐步升高。从表1第3
为:工件在感应加热时,由于感应电流密度从外表面组中可以看出:当工件前进速度为200mm/min,感应
向内层呈指数下降,在工件壁厚大于电流透入深度时,电流频率为200Hz时,一20℃低温冲击功距外表
在超过电流透人深度层的工件内层,主要靠热传导向50mm与距外表75mm相差12J;而感应电流频率为
工件内传热。而40 Crmnmo合金钢导热率低,依靠增38Hz时,-20℃低温冲击功距外表50mm与距外表
加加热时间来提高热传导时,不但易使工件表面温度75mm仅相差5J。这表明降低感应电流频率后,电流
过高,而且影响生产力的提高。又由于在感应加热时,投入深度增加,厚壁管径向温差减小,组织转变完全、
工件内电流透入深度与感应电流频率之间存在反比关均匀,从而有效均匀了厚壁管径向机械性能。
系,为此,降低感应电流频率,可以有效地增加工件
图1为感应电流频率分别为200Hz和38Hz时
内电流透入深度,减小工件径向温差,提高淬透深度。的金相组织。由图1可见,感应电流频率由200Hz
电流透人深度与感应电流频率的关系见表2
降低到38HIz时,回火索氏体含量明显增加。对于强
表1不同热处理工艺机械性能对比
度相同组织不同的钢,其冲击值和韧脆转变温度以马
组别
第1组
第2组
第3组
氏体高温回火(回火索氏体)最佳,因此,随着感应
电流频率(HD3815012003850120038150120
电流频率的降低,一20℃低温冲击功逐步升高。
工件前进速度
mm/min
210
20
工艺「火温度
参数
800
80
830
回火温度
525
560
抗拉强度
980955)8901030?9519351105?1000955
距外
表「届服强度786860187178068086880
50m
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(a)电流频率为200Hz
(b)电流频率为38Hz
性能-20℃冲击64584068581507516556
图1电流频率为200Hz和38Hz的金相组织500X
抗拉强度
2.2.3改变热处理工艺参数提高综合力学性能
92088018009