36Mn2V钢套管管箍的亚温淬火强韧化处理工艺研究

邵立乾，郭国瑞，南世龙

（甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730100）

1 亚温淬火强韧化处理的主要内容及其现实价值的概述

1.1 亚温淬火强韧化处理的主要内容

对于亚温淬火而言，其主要在Ac1～Ac3温度之间两相区内对亚共析钢加热，并进行充分的保温后淬火（临界区淬火），能够达到提升钢件韧性的效果。如果在实际的处理过程中需要消除机加工应力，则要在淬火处理前进行正火，并在未达到800℃的条件下实施淬火处理；随后，直接放于盐水中展开冷透处理，以此确保淬火组织中留存未溶铁素体，含量为15%～20%，保证硬度的同时降低变形，也将有效降低裂纹产生的概率。

1.2 36Mn2V钢套管管箍亚温淬火强韧化处理的现实价值

36Mn2V钢套管管箍在经过热处理后，其力学性能总体呈现出较为理想的水平，强韧性也相对较强。但是，在当前的发展实践中，对于环保性能的要求呈现出逐步提升的状态，因此，原有的管套套箍油淬工艺、设备逐步被淘汰。同时，因为36Mn2V钢中包含较高含量的碳元素，所以无法引入水淬处理工艺。基于这样的情况，使用微合金化对36Mn2V钢的力学性能展开优化调整受到更多关注。但是，从现实的角度来看，依托上述方式优化完善36Mn2V钢的力学性能虽然在强度方面可以满足API Spec 5CT标准规定要求，但是，其韧性难以达标，此时，获取到的非调质36Mn2V钢套管管箍力学性能指标参数如下所示：使用“热轧+在线常化”作为试样制作工艺，其屈服点σs为609～642MPa；淬火后的抗拉强度值σb为878～909MPa；游离铁素体含量为17.3%～19.1%；钢材的冲击功Akv为6.9～9J；硬度HBS为261～268。基于这样的参数条件，在实际应用过程中发生冲击断口、断口缺陷不断扩大的概率表现出大幅上升的趋势。与此同时，通过在钢制件热处理过程中应用亚温淬火处理工艺，还可以实现对相应钢零部件脆性转变温度的降低，有效抑制钢零部件可逆回火脆性。

基于这样的情况，相关研究人员将目光转向对36Mn2V钢套管管箍进行其他处理的方面，而亚温淬火工艺则能够在避免硬度明显下降的条件下提升36Mn2V钢套管管箍制件的韧性，因此受到重点关注与应用。

2 36Mn2V钢套管管箍的技术要求以及热处理工艺分析

2.1 36Mn2V钢套管管箍的技术要求

在进行36Mn2V钢套管管箍的制备过程中，要求必须将有害元素的总量维持在不超过0.05%的水平下；控制各等级非金属夹杂物均维持在不超过2.5级的条件下。标准条件下，36Mn2V钢套管管箍的化学成分（质量分数）具体如表1所示。

2.2 36Mn2V钢套管管箍的热处理工艺

36Mn2V钢套管管箍的一般性热处理工艺参数如下所示：在860℃的条件下保温时间为45min；随后实施油淬；在640℃的条件下回火，保温时间为70min。经过上述热处理工艺操作后，36Mn2V钢套管管箍的力学性能具体如下：屈服点σs为700～760MPa；淬火后的抗拉强度值σb为870～909MPa；游离铁素体含量为21.7%；钢材的冲击功Akv为49～58焦耳；硬度HBS为256～281。API Spec 5CT标准规定中，要求36Mn2V钢套管管箍屈服点σs为552～758MPa；淬火后的抗拉强度值σb不低于689MPa；游离铁素体含量不低于15.5%；钢材的冲击功Akv不低于15J。

3 36Mn2V钢套管管箍的亚温淬火强韧化处理试验分析

3.1 试验过程设计

亚温淬火处理工艺是新兴的一种的热处理工艺，实践中，其加热温度始终保持在奥氏体与铁素体之间的双向区的范围内，相比一般性热处理工艺而言，亚温淬火处理中选用的加热温度偏低，两者之间的差距保持在50～70℃的范围内。因此，相比一般性热处理工艺而言，亚温淬火处理工艺在降低能耗、规避零部件热处理变形或开裂问题方面均能够表现出极为理想的水平，可以促使相应零部件的力学性能上升，并实现对应产品加工合格率的增高。基于这样的优势，亚温淬火处理工艺在当前多样性材料加工方面得到深入性、广泛性应用，且整体发展前景极为理想。当应用亚温淬火处理工艺对钢零部件展开热处理的过程中，能够做到在避免硬度明显下降的条件下提升钢套管管箍的韧性，其作用机理主要设定如下：依托亚温淬火处理工艺使用条件下，钢零部件内部微溶铁素体、细化晶粒的增加，实现对裂纹扩散的有效性规避，促使残余奥氏体呈现出增加的趋势，同时，对钢零部件内杂质、有害元素分布情况的改善，达到强化钢零部件强韧性的效果。由于亚温淬火处理工艺具有上述优势，因此，在当前的结构钢热处理加工中得到广泛应用。

选择36Mn2V钢套管管箍试样，设定淬火加热的保温时间稳定在48min，回火加热的保温时间维持在72min。对于36Mn2V钢而言，其奥氏体与铁素体之间的双向区为720～810℃，所以设定亚温淬火处理的温度维持在720～810℃的范围内。选取36Mn2V钢作为样本制备材料，长度为270毫米，规格为114.3mm×6.35mm，严格依照API Spec 5CT石油套管规范制作成36Mn2V钢套管管箍作为样本。在此过程中，依托SX2实验电阻炉，结合正交试验法的应用，完成对热处理工艺参数的初步性获取；随后，引入规格为12.5m×8m、12.5m×10m的步进式热处理炉，实施生产验证，由此实现对热处理工艺参数的获取。另外，在800℃的条件下，水淬试样表现出裂纹缺陷。

表1

3.2 试验结果分析

36Mn2V钢套管管箍的亚温淬火强韧化处理试验的数据结果如下所示：在淬火730℃、回火610℃的条件下，屈服点σs为420～460MPa；淬火后的抗拉强度值σb为653～703MPa；游离铁素体含量为20.7%～25.6%；钢材的冲击功Akv为48～56J；硬度HBS为195～212。在淬火750℃、回火610℃的条件下，屈服点σs为626～669MPa；淬火后的抗拉强度值σb为826～830MPa；游离铁素体含量为17.3%～19.5%；钢材的冲击功Akv为32～46J；硬度HBS为254～265。在淬火770℃、回火630℃的条件下，屈服点σs为660～750MPa；淬火后的抗拉强度值σb为790～820MPa；游离铁素体含量为23.6%；钢材的冲击功Akv为59～65J；硬度HBS为240～261。

综合来看，第一，经过亚温淬火与普通淬火的试样硬度呈现出基本相同的状态，造成这一结果的主要原因在于，亚温淬火的加热始终维持在两相区内，经过淬火后，基体组织内部的游离铁素体相对较少，促使硬度表现出逐步下降的趋势。第二，当试样经过亚温淬火后，相比普通淬火处理后，其冲击韧性表现出增高的趋势，促使开裂现象得到基本消除，实现对相应产品生产合格率的明显提升。造成这一结果的主要原因在于，在亚温淬火工艺中，加热温度始终表现出较低水平，使得淬火应力有所下降。同时，经过亚温淬火后，细小奥氏体能够随之生成，实现对钢试样韧性的增强，从而达到减小回火脆性的效果。

4 结语

综上所述，相对于普通热处理工艺而言，亚温淬火强韧化处理工艺可以获取更理想的强韧化处理结果。结合处理试验结果能够了解到：经过亚温淬火与普通淬火的试样硬度呈现出基本相同的状态；当试样经过亚温淬火后，相比普通淬火处理后，其冲击韧性表现出增高的趋势，促使开裂现象得到基本消除，实现对相应产品生产合格率的明显提升；36Mn2V钢套管管箍的亚温淬火强韧化处理的最优参数为770℃水淬48min、630℃回火72min。