8630鋼熱處理工藝試驗研究

文/蘇惠聰·寶雞職業技術學院

8630鋼熱處理工藝試驗研究

文/蘇惠聰·寶雞職業技術學院

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

深海石油鉆井機械用某關鍵零件為殼體狀，深海水下工作，其在液壓機構驅動下實現兩個部件的接卸任務，使用過程中要承受較大的作用力和沖擊，故其需要高的強度、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鍛造。基于以上需要，選用了美國標準鋼材8630鋼。8630鋼是一種高強度合金結構鋼，是水下石油鉆采制造行業中應用十分廣泛的材料，該鋼具有較高的強度、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，內在質量依靠熱加工保證。為了確保制件性能，制訂正確的熱加工工藝方案，對8630鋼進行了熱處理工藝試驗研究。深海石油殼體產品的力學性能設計要求如表1。

表1 深海石油殼體零件材料的力學性能設計要求

試驗方法

通過對國內采購的8630鋼進行工藝性能試驗，確定其性能達到了產品的設計要求，并通過顯微鏡對8630鋼微觀組織進行了分析，結合生產技術條件，確立了8630鋼的最佳熱處理工藝參數，制訂了熱處理工藝方案，為實際生產提供了理論和試驗依據。

試驗用鋼系外購，等效試棒尺寸為φ125mm× 250mm，對等效試棒進行不同熱處理工藝試驗，對熱處理后的試棒進行力學性能測試和金相組織分析。

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

表2 8630鋼熱處理工藝

力學性能試驗結果

力學性能試驗取樣位置位于等效試棒的1/2處，拉伸試驗按照ASTM A370標準要求執行，拉伸試樣尺寸為d0=12.5mm，L0＝4d0，在SHT4605D電液伺服萬能試驗機上進行試驗。沖擊試樣采用標準V型缺口試樣，沖擊試驗溫度分別為-20℃和-29℃，低溫介質為液氮與乙醇混合液。每個溫度下測試3個試樣，取其沖擊能量的平均值作為該溫度下的沖擊性能，在RKP-450擺錘沖擊試驗機上進行沖擊試驗，用ROCK-300數顯洛氏硬度計測試硬度，并進行了布氏硬度的換算。試驗結果見表3。

表3 試驗結果

試驗結果與分析

試驗結果可用圖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，用光學顯微鏡觀察其金相組織，在蔡司圖像分析儀上進行金相組織分析，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，且組織較為均勻細小。

圖1 回火溫度對力學性能的影響

圖2 8630鋼金相組織圖

結論

通過以上試驗分析可以看出，在不同的熱處理工藝條件下，8630鋼可以獲得不同的性能。在合適的熱處理條件下，8630鋼可以獲得良好的綜合力學性能，能夠滿足設計要求。對于要求不僅要有較高強度和足夠塑性，而且要有較好的低溫韌性，在深海環境下工作的殼體零件，8630鋼能夠滿足產品的設計選材要求。

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

⑵對8630鋼主要化學成分組成進行適當的調整，還可獲得更好的綜合力學性能。