20SiMn2MoV合金结构钢的低温冲击性能

针对石油钻采设备的服役条件，考察了20SiMn2MoV合金结构钢在-60℃-20℃内的冲击性能以及热处理工艺、毛坯尺寸等因素的影响。试验结果表明，20SiMn2MoV钢的冲击性能在试验温度范围内随温度降低而逐渐下降。在低温（略高于Ac3）淬火＋高温回火时，毛坯尺寸对冲击性能的温度依赖性有显著影响，毛坯尺寸越大，冲击性能随温度下降而降低的变化率越高。在高温淬火＋低温回火时，20SiMn2MoV钢表现出较低的冲击性能，但温度对冲击性能的影响相对较小。适当降低淬火温度，提高回火温度有利于改善20SiMn2MoV钢的冲击性能。冲击断口分析表明，断口上存在着团簇状的碳化物和氧化物颗粒及其脱落后而形成的孔洞，对于钢的冲击性能产生不利影响。

“零保温”淬火对20SiMn2MoV钢冲击性能的影响

研究了＂零保温＂淬火对20SiMn2MoV钢冲击性能的影响。实验表明,常规热处理制度下,20SiMn2MoV钢的低温冲击韧度不满足API-8C标准,而＂零保温＂淬火温度为910~950℃时,其冲击韧度及拉伸性能均满足标准要求。＂零保温＂淬火温度为870～950℃时,随淬火温度的升高,20SiMn2MoV钢试样的冲击韧度逐渐升高;与常规的热处理工艺相比,＂零保温＂淬火试样的晶粒度要高出一个等级,这是材料具有优良强韧性的主要原因。

亚温淬火对20SiMn2MoV钢低温韧度的影响

采用常规热处理工艺和亚温淬火工艺对20SiMn2MoV钢进行热处理,以研究亚温淬火对20SiMn2MoV钢低温韧度的影响。研究结果表明,亚温淬火工艺可使20SiMn2MoV钢获得板条马氏体+针状铁素体的组织,能有效地提高其低温韧度;亚温淬火温度在800～840℃时,随着淬火温度的升高,铁素体的形态由块状变为针状,材料的低温韧度得到提高;常规热处理工艺试样的低温韧度不满足API 8C标准要求,而采用预备热处理为900℃淬火、最终热处理为840℃淬火+200℃回火的亚温淬火工艺,可使材料的低温冲击韧度和拉伸性能均满足API 8C标准要求。

残留奥氏体含量对20SiMn2MoV钢强韧性的影响

采用新型Q-P-T（淬火-碳分配-回火）工艺对20SiMn2MoV钢进行热处理，通过改变淬火介质温度（QT）和碳分配＋回火时间（PT＋TT），改变其组织，旨在提高钢的强韧性。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和力学性能测试等手段，研究了新型Q-P-T工艺对20SiMn2MoV钢、微观组织及其对力学性能的影响。结果表明，20SiMn2MoV钢经Q-P-T工艺处理获得了板条马氏体＋含量较多的残留奥氏体，残留奥氏体含量为8％～11％；试样拉断后，测量试样中残留奥氏体的体积分数变化，显示了残留奥氏体量明显减少。通过对比应力-应变曲线发现，在缩颈前试样曲线斜率发生了明显变化．因此，20SiMn2MoV钢在拉伸过程中表现出明显的相变诱发塑性（TRIP）效应；淬火介质温度为110℃，碳分配90s时。钢的抗拉强度为1331MPa，伸长率达23．0％，强塑积为30613MPa％，具有优良的强韧性匹配．强韧性得到提高。

20SiMn2MoVE钢氢脆形成机制和消除措施

针对20SiMn2MoVE钢原材料进厂复验力学性能塑性指标低的情况,采用电子显微镜对拉伸和冲击试样断口进行了分析。结果表明,20SiMn2MoVE钢塑性指标低是钢的第二类氢脆导致的氢致损伤缺陷,它一般只发生在应变速率较慢的拉伸试样上,而对应变速率较快的冲击试样基本没有影响。通过在210℃长时间保温脱氢处理后,消除了氢脆,钢材的延伸率和断面收缩率两个塑性指标得到了恢复。

20SiMn2MoV钢奥氏体晶粒度研究

通过研究一次正火、一次正火+淬火、二次正火、二次正火+淬火对20SiMn2MoV小试样晶粒度的影响,延伸到完全退火+一次正火、完全退火+二次正火、二次正火对20SiMn2MoV整体试样晶粒度的影响;确定采用完全退火+两次正火的处理方式,20SiMn2MoV热轧材完全可以达到7级奥氏体晶粒度。

提高射孔器零件冲击韧度的热处理工艺改进

就20SiMn2MoV钢制射孔器淬火+低温回火后,零件低温冲击韧度不足的现象进行了原因分析。不均匀的马氏体组织、过高的淬火加热温度会导致淬火组织细密均匀程度降低,从而降低钢的低温冲击韧度。由此对原热处理工艺进行改进试验。结果表明,经两次正火+淬火处理后,可使晶粒细化;适当降低淬火温度,通过调整淬火冷却介质和控制淬火冷却时间,获得一定数量下贝氏体和低碳马氏体的混合组织,能够显著提高20SiMn2MoV钢零件的低温冲击韧度。