CN103372756B - 一种低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件的制作方法，按照低碳奥氏体1Mn18Cr18N钢的化学成分进行炼制并将得到的钢水浇注成电极棒；电极棒经除锈、打磨、清理后再经电渣重熔炉熔炼为电渣钢锭；对电渣钢锭加热后进一步进行锻造、固熔化处理、冷作强化变形锻造、二次粗加工及去除残余应力回火工艺后，即得到低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件。与现有技术相比，本发明制作得到的产品的材料力学性能完全符合DFJP‑15‑2009技术条件要求。

Description

一种低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件的制作方法
技术领域
本发明涉及一种钢锻件的制作方法，尤其是涉及一种低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件的制作方法。
背景技术
低碳奥氏体1Mn18Cr18N钢是德国埃森联合锻造公司(VSG)在奥氏体50Mn18Cr4钢的基础上研制成的一新钢种。在1981年才成为300MW～1200MW汽轮发电机的护环锻件专用钢。
制造护环锻件的技术复杂，难度极高。由于国外技术的保密，目前世界上只有少数几个国家才能制造1Mn18Cr18N钢的护环锻件。我国尚未全面掌握制造护环锻件相关生产的工艺技术，正处于研制阶段。
支撑筒锻件产品是军工电机的护环，技术条件要求很高，低碳奥氏体1Mn18Cr18N无磁性钢的化学成分中C≤0.12，要求很低，N≤0.47要求又很高。钢的冶炼工艺必须采用电炉加电渣重熔。技术上要解决钢水中加氮气的难度，又要考虑电渣重熔过程中氮气减少的问题，要研究编制合理锻压工艺，钢的加热温度选择、保温时间确定，锻件的锻造比，锻件变形过程的火次的分配，变形量的均匀控制及奥氏体晶粒度的均匀性控制。冷作强化变形量的理论计算和实际热偶锻件固溶化处理及机性测试数据内在联系，修正原设计的冷作强化变形率，以确保冷作强化的机性符合DFJP-15-2009技术条件。
冷作强化及要消除冷作强化产生的残余应力，必须进行低温回火处理，保持支撑筒锻件的稳定性，通过联合检验(年代表、用户、本公司三方)，用上述的制造方法生产的低碳奥氏体1Mn18Cr18N无磁性钢的电机支撑筒锻件产品综合性能完全符合DFJP-15-2009技术条件要求。
低碳奥氏体1Mn18Cr18N钢是德国埃森联合锻造公司(VSG)1975年在奥氏体50Mn18Cr4无磁钢的基础上研制成的一新钢种。在1981年才成为300MW～1200MW汽轮发电机的护环锻件专用钢。
用1Mn18Cr18N钢制造汽轮机发电机的护环锻件的技术复杂，难度极高。由于国外技术的保密，目前世界只有德国、日本、法国、意大利等少数几个国家才能制造。我国电机行业300MW～1200MW汽轮机发电机上的护环锻件几乎全部以来进口。
我国尚未完全掌握制造护环锻件相关的工艺技术，我国正处于研究试制阶段，未能形成批量生产。
低碳奥氏体1Mn18Cr18N钢护环锻件要达到性能要求，必须使用万吨锻压机，在液压胀形楔形扩孔的专用工装模具中进行冷作强化。
低碳奥氏体1Mn18Cr18N钢无磁性电机支撑筒锻件技术要求符合JB/T7030-2002标准。实际就是护环锻件相对300MW～600MW汽轮发电无磁性护环锻件小的多、制造的技术难度就更高了，必须创造研究新的制造方法。
目前国内尚无用低碳奥氏体1Mn18Cr18N无磁性钢采用此制造方法生产出强度、塑性冲击韧性达到如此高指标的小护环，国外资料尚无此报导。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种综合性能完全符合DFJP-15-2009技术条件要求。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件的制作方法，包括以下步骤：
(1)按照低碳奥氏体1Mn18Cr18N钢的化学成分进行炼制并将得到的钢水浇注成电极棒；
(2)电极棒经除锈、打磨、清理后再经电渣重熔炉熔炼为电渣钢锭；
(3)对电渣钢锭加热后进一步进行锻造、固熔化处理、冷作强化变形锻造、二次粗加工及去除残余应力回火工艺后，即得到低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件。
步骤(1)中在炼制钢水过程的氧化期和还原期向其中加入复合脱氧剂。
所述的复合脱氧剂由以下组分及重量百分比含量组成：C≤0.45％，Mn：20％，Si：9％，Al：4.5％，Ca：4％，其余为Fe。
步骤(1)中在炼制钢水过程中向其中加入氮化锰铁或氮化铬铁，加入方法如下：将氮化锰铁或氮化铬铁装入小铁箱中，利用小铁箱自重，沉入钢水中，经钢水熔化，发生化学反应产生出的N溶入钢水中并控制氮的含量≥0.47％。
步骤(2)中所述的电渣重熔炉选用2T电渣重熔炉，电压：90V，功率：0.42KW/cm2，冷却水进口温度为常温，出口温度≤90℃，熔炼得到的电渣钢锭中的电渣为CaF：70％+Al2O3：30％或CaF：70％+Al2O3：25％+CaO：5％，电渣的渣重为钢锭重量的4～5％。
步骤(3)中所述的锻造的温度为1200-1210℃，锻造时采用的模具预热至500℃。
步骤(3)中所述的固熔化处理温度为1040-1060℃，处理时间为2h。
步骤(3)中所述的去除残余应力回火工艺为在200℃保温1.5h，然后控制升温速率不大于40℃/h将温度升至320～350℃，保温5h后自然冷却至低于100℃即可。
与现有技术相比，本发明制作得到的产品通过超声波探伤和机械性能测试检查，其材料力学性能完全符合DFJP-15-2009技术条件要求。
附图说明
图1为制作得到的支撑筒锻件的结构示意图；
图2为固熔化处理的曲线图；
图3为去除残余应力回火工艺处理的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件的制作方法，包括以下步骤：
(1)按照低碳奥氏体1Mn18Cr18N钢的化学成分进行炼制并将得到的钢水浇注成电极棒，在炼制钢水过程的氧化期和还原期向其中加入复合脱氧剂，该复合脱氧剂由以下组分及重量百分比含量组成：C≤0.45％，Mn：20％，Si：9％，Al：4.5％，Ca：4％，其余为Fe。低碳奥氏体1Mn18Cr18N无磁性钢的冶炼过程中去合金化期向钢水中加入N时，只能加入氮化物的铁合金。由于1Mn18Cr18N钢是低碳的，因此加入氮化物铁合金为低碳的氮化锰铁，由于其密度较小，因此在加入时将氮化锰铁装入小铁箱中，利用小铁箱自重，沉入钢水中，经钢水熔化，发生化学反应产生出的N溶入钢水中并控制氮的含量≥0.47％；
(2)电极棒经除锈、打磨、清理后再经电渣重熔炉熔炼为电渣钢锭，电渣重熔炉选用2T电渣重熔炉，电压：90V，功率：0.42KW/cm2，冷却水进口温度为常温，出口温度≤90℃，熔炼得到的电渣钢锭中的电渣为CaF：70％+Al2O3：30％，电渣的渣重为钢锭重量的4％；
(3)对电渣钢锭加热后进一步进行锻造、固熔化处理、冷作强化变形锻造、二次粗加工及去除残余应力回火工艺后，即得到低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件，其结构如图1所示。其中，锻造的温度为1200℃，锻造时采用的模具预热至500℃，固熔化处理的曲线图如图2所示，温度为1040℃，处理时间为2h，去除残余应力回火工艺的曲线图如图3所示，在200℃保温1.5h，然后控制升温速率不大于40℃/h将温度升至320℃，保温5h后自然冷却至低于100℃即可。
实施例2
一种低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件的制作方法，包括以下步骤：
(1)按照低碳奥氏体1Mn18Cr18N钢的化学成分进行炼制并将得到的钢水浇注成电极棒，在炼制钢水过程的氧化期和还原期向其中加入复合脱氧剂，该复合脱氧剂由以下组分及重量百分比含量组成：C≤0.45％，Mn：20％，Si：9％，Al：4.5％，Ca：4％，其余为Fe。低碳奥氏体1Mn18Cr18N无磁性钢的冶炼过程中去合金化期向钢水中加入N时，只能加入氮化物的铁合金。由于1Mn18Cr18N钢是低碳的，因此加入氮化物铁合金为低碳的氮化铬铁，由于其密度较小，因此在加入时将氮化铬铁装入小铁箱中，利用小铁箱自重，沉入钢水中，经钢水熔化，发生化学反应产生出的N溶入钢水中并控制氮的含量≥0.47％；
(2)电极棒经除锈、打磨、清理后再经电渣重熔炉熔炼为电渣钢锭，电渣重熔炉选用2T电渣重熔炉，电压：90V，功率：0.42KW/cm2，冷却水进口温度为常温，出口温度≤90℃，熔炼得到的电渣钢锭中的电渣为CaF：70％+Al2O3：25％+CaO：5％，电渣的渣重为钢锭重量的4％；
(3)对电渣钢锭加热后进一步进行锻造、固熔化处理、冷作强化变形锻造、二次粗加工及去除残余应力回火工艺后，即得到低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件。其中，锻造的温度为1210℃，锻造时采用的模具预热至500℃，固熔化处理温度为1060℃，处理时间为2h。去除残余应力回火工艺为在200℃保温1.5h，然后控制升温速率不大于40℃/h将温度升至350℃，保温5h后自然冷却至低于100℃即可。
其中，支撑筒锻件进行热锻和固化处理时，电渣重熔钢锭经过加热及在锤上进行锻造。综合锻造比＞6，要注意加热温度的均匀性，锻造温度的控制，变形量均匀的控制，以保证晶粒的均匀性，防止混晶现象。低碳奥氏体1Mn18Cr18N钢的固溶化处理的目的是获得单一全奥氏体组织更重要的试低碳化物充分熔入奥氏体中，提高该钢的塑性。
支撑筒锻件的冷作强化和残余应力的消除时，根据支撑筒锻件尺寸和机械性能的强度等级计算变形率β值，确定热态锻件毛坯尺寸。支撑筒锻件在自由锻锤上用专用工装进行、冷作强化、均匀变形、严格控制变形尺寸。采用低温回火，消除冷作强化产生的残余应力。
1Mn18Cr18N钢的化学成分如表1所示：
表1
1Mn18Cr18N钢支撑筒锻件技术要求如表2所示：
(1)锻件按JB/T7030-2002验收
(2)材料力学性能要求
表2
在磁场强度为0.8×104A/m，锻件磁导率≤1.32×10-6H/m，超声波探伤标准按DJB4。上述方法制造的低碳奥氏体1Mn18Cr18N无磁性钢支撑筒锻件产品，综合性能完全符合DFJP-15-2009技术条件要求。

Claims (4)

1.一种低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按照低碳奥氏体1Mn18Cr18N钢的化学成分进行炼制并将得到的钢水浇注成电极棒，在炼制钢水过程的氧化期和还原期向其中加入复合脱氧剂，该复合脱氧剂由以下组分及重量百分比含量组成：C≤0.45％，Mn:20％，Si:9％，Al:4.5％，Ca:4％，其余为Fe；
(2)电极棒经除锈、打磨、清理后再经电渣重熔炉熔炼为电渣钢锭；
(3)对电渣钢锭加热后进一步进行锻造、固熔化处理、冷作强化变形锻造、二次粗加工及去除残余应力回火工艺后，锻造的温度为1200-1210℃，锻造时采用的模具预热至500℃，固熔化处理温度为1040-1060℃，处理时间为2h，即得到低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件。
2.根据权利要求1所述的一种低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件的制作方法，其特征在于，步骤(1)中在炼制钢水过程中向其中加入氮化锰铁或氮化铬铁，加入方法如下：将氮化锰铁或氮化铬铁装入小铁箱中，利用小铁箱自重，沉入钢水中，经钢水熔化，发生化学反应产生出的N溶入钢水中并控制氮的含量≥0.47％。
3.根据权利要求1所述的一种低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件的制作方法，其特征在于，步骤(2)中所述的电渣重熔炉选用2T电渣重熔炉，电压：90V，功率：0.42KW/cm2，冷却水进口温度为常温，出口温度≤90℃，熔炼得到的电渣钢锭中的电渣为CaF:70％+Al2O3：30％或CaF:70％+Al2O3:25％+CaO:5％，电渣的渣重为钢锭重量的4～5％。
4.根据权利要求1所述的一种低碳奥氏体无磁性钢电机支撑筒锻件的制作方法，其特征在于，步骤(3)中所述的去除残余应力回火工艺为在200℃保温1.5h，然后控制升温速率不大于40℃/h将温度升至320～350℃，保温5h后自然冷却至低于100℃即可。
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