CN101638716A - 将ASTMA514(GradeQ)钢锭自由锻成形板形锻件的特种工艺 - Google Patents

将ASTMA514(GradeQ)钢锭自由锻成形板形锻件的特种工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种将ASTMA 514(GradeQ)钢锭自由锻成形板形锻件的特种工艺，将钢锭装炉，加热过程中，当炉温升到～500℃和～850℃时，分别保温4～5小时，然后加热至始锻温度1250℃保温7小时出炉；将出炉的钢锭在锻压设备上首先开成矩形截面的钢坯，其初始锻造比≥3.8，钢锭的始锻温度和终锻温度分别为1250℃和750℃，终锻成形后，锻件的综合锻造比≥4，钢锭材料利用率为70％～80％；锻压设备为31,500KN水压机；开成矩形截面坯的初坯锻件即所得钢锭坯料A锻后热处理-正火(890℃)+回火(650℃)；开坯所得钢锭坯料A，被再次加热按锻件图锻造完工，并再次锻后热处理-正火(890℃)+回火(650℃)，锻件的综合锻造比≥4；完工后的锻件厚度为320mm；无论对开坯或完工锻件，冷却方式均采用炉冷以减缓冷却速度；锻件经粗加工后调质热处理-890℃水淬+610℃回火；对调质后的锻件取样试验。

Description

将ASTMA514(GradeQ)钢锭自由锻成形板形锻件的特种工艺
技术领域
本发明涉及一种将ASTMA 514(GradeQ)钢锭自由锻成形板形锻件的特种工艺，属钢锭自由锻成形板形锻件的特种工艺领域。
背景技术
A514(Grade Q)是ASTM标准体系中一种轧制钢板(厚度≤6 in.)的牌号，是一种高屈服强度并适于焊接的调质合金钢(High-Yield-Strength，Quenched and Tempered Alloy Steel plate，Suitable for Welding).该材料被设计选用制造海上钻井平台齿轮箱中的轴承座锻件，由于该锻件厚度为320mm，是ASTM标准体系中轧制钢板(厚度≤6 in.约152毫米)所不能满足的，所以采用这种材料的钢锭锻造成形便成了唯一的选择.
发明内容
本发明的设计目的，利用高屈服强度并适于焊接的调质合金钢钢锭锻造出厚度为320mm的锻件，且其机械性能又必须满足ASTM标准对于轧制钢板(厚度≤6 in.)所提出的要求。
本发明的设计方案之一。材料选择：A514(Grade Q)是ASTM标准体系中一种轧制钢板(厚度≤6 in.)的牌号，是一种高屈服强度并适于焊接的调质合金钢(High-Yield-Strength，Quenched and Tempered Alloy Steelplate，Suitable for Welding)其化学成份和机械性能如下：
化学成份(％)
    C     Si     Mn   P   S   Cr   Mo   Ni   V
    0.14～0.21     0.15～0.35     0.95～1.30   ≤0.035   ≤0.035   1.00～1.50   0.40～0.60   1.20～1.50   0.03～0.05
机械性能
    RmN/mm2   ReHN/mm2     A5％     Z％     CVNJ(-40℃)     HB
    690～895   ≥620     ≥16     ≥50     ≥34
本发明的设计方案之二。试验大纲制订：选择美国船级社ABS认可的钢厂所生产的钢锭作为锻件原材料.考虑到锻件未来的工作环境和负荷，按照设计要求，ABS船检规范对以此种钢锭为原材料生产的锻件提出了一份项目繁多的试验大纲，内容除了常规的材料化学成份分析、常温下的机械性能(拉伸、冲击)试验，宏观、微观试验和无损检测之外，该大纲超出常规之处在于其取样部位涉及锻件的不同方向和多个层面，尤其对于冲击试验，要求其试验温度从20℃至-70℃每隔10度取值一次，并就试验结果绘出冲击值(J)和温度(T)变化曲线，还增加了时效应变和非时效应变状态下的冲击试验以观察材料的时效敏感性。
技术方案：一种将ASTM A514(GradeQ)钢锭自由锻成形板形锻件的特种工艺.(1)加热：将钢锭装炉且装炉温度不高于350℃，升高炉温，使炉温在升高到～500℃和～850℃时，分别保温4～5小时，然后加热至始锻温度1250℃保温7小时出炉；(2)变形：将出炉的钢锭在锻压设备上首先开成矩形截面的钢坯，其开坯锻造比≥3.8，钢锭的始锻温度和终锻温度分别为1250℃和750℃，锻件完工后的综合锻造比≥4，钢锭材料利用率为70％～80％；(3)锻后热处理：锻压设备为31，500KN水压机，先将钢锭开成矩形截面坯，并进行锻后热处理-正火(890℃)+回火(650℃)，获得锻造后的钢锭坯料A；(4)二次锻后热处理：锻造后的钢锭坯料A，被再次加热按锻件图锻造完工，并再次进行锻后热处理-正火(890℃)+回火(650℃)；(5)锻件粗加工后进行调质：890℃水淬+610℃回火；(6)按试验大纲的要求对材料进行机械性能(拉伸、冲击)试验，宏观、微观试验和无损检测；(7)其中冲击试验：试验温度从20℃至-70℃每隔10度取值一次；(8)冷却：无论对开坯或完工锻件，为减缓冷却速度，冷却方式均采用炉冷，以消除材料内部各种应力对其造成的损害并预防白点的产生.锻件厚度为320mm；(9)取样部位涉及锻件的不同方向和多个层面。
本发明与背景技术相比，利用本发明的工艺，不仅使采用符合ASTM A514(Grade Q)化学成分的钢锭锻造成厚度为320mm锻件成为现实，为此种形状的锻件直接采用钢锭锻造成形开创了先例.而且所锻造出来的锻件完全符合ASTM标准中对于其钢板的技术要求。
以下提供的试验结果将表明本发明工艺的科学性与合理性，因为唯有通过锻造才能使这种板形锻件获得产品所要求的最佳综合机械性能和优良的组织结构。
附图说明
图1轴承座锻件示意图。
图2轴承座粗加工取样示意图。
图3在不同温度状态下接近锻件的上部和底部的纵向和横向CVN非时效应变冲击试验结果所给出的冲击值(J)和温度(T)变化曲线。
图4在不同温度状态下锻件的1/2和1/4厚度处纵向和横向CVN非时效应变冲击试验结果所给出的冲击值(J)和温度(T)变化曲线。
图5在不同温度状态下锻件的1/2和1/4厚度处纵向和横向CVN时效应变冲击试验结果所给出的冲击值(J)和温度(T)变化曲线。
图6在不同温度状态下锻件的1/2和1/4厚度处纵向和横向CVN非时效应变冲击试验和时效应变冲击试验的时效敏感性表现所给出的变化曲线。
具体实施方式
实施例1：参照附图1～6。一种将ASTM A514(GradeQ)钢锭自由锻成形板形锻件的特种工艺，  在取得合格的原材料的前提下，该工艺规范必须包括以下内容：
1加热规范-装炉温度、加热速度和保温时间、出炉温度.
采用10.4t钢锭，装炉温度不高于350℃，随炉升温，加热过程中，当炉温升到～500℃和～850℃时，分别保温4～5小时，然后加热至始锻温度1250℃保温7小时出炉；
2变形工艺-包括锻压设备、变形工序、材料的变形程度和锻造比、钢锭出坯，钢锭底部和冒口的切除和钢锭利用率、始锻温度和终锻温度等内容，在上文中均有描述.
3锻后热处理-钢锭先开成矩形截面坯并进行锻后热处理-正火(890℃)+回火(650℃)；
4二次锻后热处理：其后坯料被再次加热按锻件图锻造完工，并再次进行锻后热处理-正火(890℃)+回火(650℃)；
5冷却规范-为避免各种应力(如温度应力、组织应力、残余应力等)对材料带来的不良影响和白点的产生，无论对开坯或完工锻件，其冷却方式均采用炉冷以减缓冷却速度；
6调质：为第二热处理，在锻件粗加工后进行，890℃水淬+610℃回火。
在以上规范中，各种工艺参数的采用合理与否直接影响到工艺效果和锻件的质量，当然有些参数是需要通过试验才能取得的，在锻造生产过程中严格执行工艺规范是生产合格锻件的根本保证。
7试验结果：以下为该锻件按上述试验大纲进行试验后所获得的结果.结果是令人满意的。此处缩简了大部分表格而只列出试验结果的平均值或试验结论，也畧去了试样断口、硫印、金相、宏观等各类照片。
7.1化学成份复验
Figure G2009101021748D00051
7.2机械性能试验
7.2.1接近锻件的底部和上部横向拉伸试验
Figure G2009101021748D00052
7.2.2在不同温度状态下接近锻件的上部和底部的纵向和横向CVN非时效应变冲击试验并给出冲击值(J)和温度(T)变化曲线(图三)
Figure G2009101021748D00053
7.2.3在不同温度状态下锻件的1/2和1/4厚度处纵向和横向CVN非时效应变冲击试验并给出冲击值(J)和温度(T)变化曲线(图四)
Figure G2009101021748D00061
7.2.4在不同温度状态下锻件的1/2和1/4厚度处纵向和横向CVN时效应变冲击试验并给出冲击值(J)和温度(T)变化曲线(图五)
说明：(1)时效试棒的拉伸残余变形为其原始标定尺寸的10％(±0.5％)
(2)人工时效：试样被加热至250℃(±10℃)-保温1小时-空冷。
7.2.5在不同温度状态下锻件的1/2和1/4厚度处纵向和横向CVN非时效应变冲击试验和时效应变冲击试验的时效敏感性表现并给出其变化曲线(图六)
Figure G2009101021748D00071
说明：时效敏感性为钢在时效前后冲击韧性平均值之差与其在原状态
(非时状态)下冲击韧性平均值之百分比。
值得提出的是，ABS规范就不同温度状态下对材料进行冲击试验的要求并观察其试样进行时效处理后其时效敏感性的表现，目的是在于了解以此种材料制造的锻件在未来恶劣的低温环境下工作，其冲击韧性是否会出现剧烈的变化而或导致灾难性的后果！通过仔细观察以上的试验结果和曲线图，结论是令人满意的.
8金相试验(×100和×500)
取样部位：锻件的上部、底部、1/2厚度和1/4厚度处；
金相组织：回火索氏体；
晶粒度：7~8级(按GB/T6394-2002)。
9宏观腐蚀试验(横相取样)结果：一般疏松为1.5级；一般点状偏析为1.0级。
10硫印试验(横向取样)结果：硫的点状偏析为0.5级(以上2项试验按GB/T4236-1984，GB/T1979-2001和GB/T226-1991评定)。
11超声波探伤：合格(按ZB U05 008-1990)，试棒的切取位置和方向见图二。
注：以上所有试验都在锻件经粗加工并调质后进行。
需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1、一种将ASTMA514(GradeQ)钢锭自由锻成形板形锻件的特种工艺，其工艺过程的特征是：
(1)加热：将钢锭装炉，装炉温度不高于350℃，升高炉温，在炉温升高到～500℃和～850℃时，分别保温4～5小时，然后加热至始锻温度1250℃保温7小时出炉；
(2)变形：将出炉的钢锭在锻压设备上首先开成矩形截面的钢坯，其初始锻造比≥3.8，钢锭的始锻温度和终锻温度分别为1250℃和750℃，终锻成形后，锻件的综合锻造比≥4，钢锭材料利用率为70％～80％；
(3)锻后热处理：锻压设备为31,500KN水压机，先将钢锭开成矩形截面坯，并进行锻后热处理-正火(890℃)+回火(650℃)，获得锻造后的钢锭坯料A；
(4)二次锻后热处理：锻造后的钢锭坯料A，被再次加热按锻件图锻造完工，获得锻件厚度为320mm，并再次进行锻后热处理-正火(890℃)+回火(650℃)；
(5)锻件粗加工后进行调质：890℃水淬+610℃回火；
(6)按试验大纲的要求对材料进行机械性能(拉伸、冲击)试验，宏观、微观试验和无损检测；
(7)对于冲击试验：试验温度从20℃至-70℃每隔10度取值一次；
(8)冷却：无论对开坯或完工锻件，为减缓冷却速度，冷却方式均采用炉冷，以消除材料内部各种应力对其造成的损害并预防白点的产生；
(9)取样部位涉及锻件的不同方向和多个层面。
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