8630钢热处理工艺试验研究

文/苏惠聪·宝鸡职业技术学院

8630钢热处理工艺试验研究

文/苏惠聪·宝鸡职业技术学院

苏惠聪，高校讲师，热处理高级技师。主要从事金属加工、金属热处理等方面的教学以及科研工作，参与多项重点科研课题研究。

深海石油钻井机械用某关键零件为壳体状，深海水下工作，其在液压机构驱动下实现两个部件的接卸任务，使用过程中要承受较大的作用力和冲击，故其需要高的强度、高的可靠性、足够的可塑性和低温韧性。为确保使用性能，该零件在切削加工前需经锻造。基于以上需要，选用了美国标准钢材8630钢。8630钢是一种高强度合金结构钢，是水下石油钻采制造行业中应用十分广泛的材料，该钢具有较高的强度、良好的可塑性和韧性、良好的冷热加工性。不同的热处理工艺后能获得不同的性能，有不同的用途，特别适用大截面、高负荷和承受冲击载荷的重要锻件。

深海石油壳体工件的几何尺寸靠切削加工保证，内在质量依靠热加工保证。为了确保制件性能，制订正确的热加工工艺方案，对8630钢进行了热处理工艺试验研究。深海石油壳体产品的力学性能设计要求如表1。

表1 深海石油壳体零件材料的力学性能设计要求

试验方法

通过对国内采购的8630钢进行工艺性能试验，确定其性能达到了产品的设计要求，并通过显微镜对8630钢微观组织进行了分析，结合生产技术条件，确立了8630钢的最佳热处理工艺参数，制订了热处理工艺方案，为实际生产提供了理论和试验依据。

试验用钢系外购，等效试棒尺寸为φ125mm× 250mm，对等效试棒进行不同热处理工艺试验，对热处理后的试棒进行力学性能测试和金相组织分析。

综合考虑该材料各热处理影响因素，确定其热处理试验工艺方案，对8630钢进行热处理工艺试验。将等效试棒先进行正火、淬火处理，再选择不同温度进行回火，具体工艺见表2。

表2 8630钢热处理工艺

力学性能试验结果

力学性能试验取样位置位于等效试棒的1/2处，拉伸试验按照ASTM A370标准要求执行，拉伸试样尺寸为d0=12.5mm，L0＝4d0，在SHT4605D电液伺服万能试验机上进行试验。冲击试样采用标准V型缺口试样，冲击试验温度分别为-20℃和-29℃，低温介质为液氮与乙醇混合液。每个温度下测试3个试样，取其冲击能量的平均值作为该温度下的冲击性能，在RKP-450摆锤冲击试验机上进行冲击试验，用ROCK-300数显洛氏硬度计测试硬度，并进行了布氏硬度的换算。试验结果见表3。

表3 试验结果

试验结果与分析

试验结果可用图1直观地表示出来。从图1中可以看出，随着回火温度的升高，8630钢的强度逐渐降低，而塑性明显提高。为了更清楚了解8630钢热处理后金相组织，在等效试棒1/2处心部取样，用光学显微镜观察其金相组织，在蔡司图像分析仪上进行金相组织分析，其金相显微组织见图2。从金相组织上可以看出，8630钢半径1/2处的组织为回火索氏体+少量上贝氏体，且组织较为均匀细小。

图1 回火温度对力学性能的影响

图2 8630钢金相组织图

结论

通过以上试验分析可以看出，在不同的热处理工艺条件下，8630钢可以获得不同的性能。在合适的热处理条件下，8630钢可以获得良好的综合力学性能，能够满足设计要求。对于要求不仅要有较高强度和足够塑性，而且要有较好的低温韧性，在深海环境下工作的壳体零件，8630钢能够满足产品的设计选材要求。

⑴8630钢作为深海石油机械的壳体零件材料，最佳热处理工艺为正火870℃，淬火860℃×2h，回火580～600℃。

⑵对8630钢主要化学成分组成进行适当的调整，还可获得更好的综合力学性能。