高溫回火對4330V鋼組織及力學性能的影響

隨著全球各類探礦工程往深部發(fā)展和擴孔直徑的增加，鉆具受力大且復雜，一般選用高淬透性合金調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。4330V為一種鉻鎳鉬釩鋼，調(diào)制后具有很高的強度，同時具有良好的塑性和韌性，廣泛用于大直徑鉆具生產(chǎn)。基于4330V合金鋼作為探礦領(lǐng)域鉆具材料的力學性能要求：抗拉強度在1033MPa以上，硬度高于321HBW，縱向沖擊吸收能量KV2≥90J，本工作研究不同的高溫回火溫度對4330V的組織及力學性能的影響。

實驗材料為某大型石油機械退火4330V余料，尺寸為60mm×60mm×125mm，晶粒度為ASTM4.0級，主要成分（wt%）為：0.333C，0.977Cr，2.45Ni，0.469Mo，0.0902V，0.212Si，0.559Mn，0.0054P，0.0015S。4330V試樣奧氏體加熱溫度為880℃，保溫2h油冷，淬火后試樣分別進行560、590、620、650℃回火，保溫2h水冷。依照GB/T2975在條鋼的相應位置切取拉伸試樣、沖擊試樣。按GB/T228標準進行拉伸試驗；按GB/T229標準進行沖擊試驗。依照GB/T231-2012標準在DHB-3000型布氏硬度計上進行硬度測量，鋼球直徑10mm，壓力29.4kN，保持荷載15s。金相試樣經(jīng)預磨、拋光、3%硝酸酒精溶液腐蝕10～15s后，在AE2000MET倒置金相顯微鏡下觀察組織形貌。

結(jié)果表明，4330V鋼經(jīng)880℃油淬560～650℃回火后的組織均為回火索氏體+片狀或塊狀鐵素體+碳化物；4330V鋼在620℃回火后具有優(yōu)良的強韌性匹配；560℃回火后，室溫強度和布氏硬度達到最大，沖擊吸收能量測量則最低，而650℃回火后則反之。隨著回火溫度升高，4330V鋼的抗拉強度、屈服強度、硬度逐漸下降，沖擊吸收能逐漸升高。綜合考慮材料的強度與塑性，4330V鋼經(jīng)過560～650℃高溫回火后，620℃為4330V作為礦用大直徑特種鉆具材料的最優(yōu)回火溫度。