CN103492099B - 阶梯锻造材料的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够使大径的凸缘部和小径的轴部均成为均匀微细的组织的阶梯锻造材料的制造方法。本发明的阶梯锻造材料的制造方法，包括如下步骤：获得一次锻造材料的步骤，将奥氏体类不锈钢性的柱状原材料加热到1000℃～1080℃，之后在不对该原材料进行加热的情况下，通过往复锻造以1.5以上的锻造比将该原材料的全长锻造成圆柱状；获得二次锻造材料的步骤，在不对一次锻造材料进行再加热的情况下，在该一次锻造材料的表面温度未从上述原材料的加热温度下降200℃以上的温度的条件下通过往复锻造而逐渐形成小径的轴部，在最终锻造部分的表面温度从上述原材料的加热温度降低300℃以上的温度之前结束锻造，从而形成了大径的凸缘部和小径的轴部；以及进行固溶化热处理的步骤，以1040℃～1100℃将该二次锻造材料加热30分钟以上。

Description

阶梯锻造材料的制造方法
技术领域
本发明涉及一种锻造奥氏体类不锈钢来形成凸缘部和小径的轴部的阶梯锻造材料的制造方法。
背景技术
以往，由奥氏体类不锈钢构成的具有凸缘部和小径的轴部的部件，被应用于在航空器、核能这样的领域的机械部件等，尤其被应用于要求优异的韧性和强度的情况中。
在锻造成具有凸缘部和小径的轴部的形状、实施所谓的阶梯锻造上，为了同时实现韧性和强度所需要的是使合金组织的优化。例如根据日本特开平4-190941号公报（专利文献1）被指出产生如下问题：仅以1次加热、即在锻造途中不进行再加热的情况下进行锻造时会出现由加工热量产生的组织的粗大化，或者在锻造途中进行完再加热后会产生的细粒组织的不均匀。并且，在专利文献1中公开有为了解决该问题，应用四锤头径向锻造机，并且不是只进行一次小径部分的锻拔，而是将分为两个以上阶段来进行锻拔，且仅向一个方向进行锻拔的方法。
另外，根据日本特开2003-334633号公报（专利文献2），作为以成品率较佳且短时间形成凸缘部和轴部的方法，还提供有同时锻造两个、四个工件的锻造方案。
专利文献1：日本特开平4-190941号公报
专利文献2：日本特开2003-334633号公报
发明要解决的问题
专利文献1所指出的课题是尤其关注在阶梯锻造中的小径部的组织的方法。
然而，根据本发明者等对奥氏体类不锈钢的阶梯锻造的研究，可以利用最优化的加热温度和锻造比来实现解决由加工热量产生的组织粗大化的问题，但是还是直接面对了尤其是难以实现大径的凸缘部的组织的微细化这样的问题。
详细而言，在从柱状的原材料进行制造时，与作为大径部分的凸缘部相比，作为小径部分的轴部能够采取较大的锻造比，在调整形成时的温度和锻造比过程中能够累积应变，在锻造后的固溶化热处理中能够获得具有微细的再结晶粒的组织。然而，与小径部分的轴部相比，作为大径部分的凸缘部不能采用较大的锻造比，而难以获得均匀微细的组织。
另外，在形成小径的轴部之前、或者在形成小径的轴部的途中进行加热工序时，有因锻造后的固溶化热处理产生凸缘部的组织粗大化这样的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够使组织易于粗大化的构成大径部分的凸缘部形成均匀微细的组织、能够使小径的轴部的组织也形成均匀微细的组织的阶梯锻造材料的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明者等发现了如下锻造条件而完成了本发明，该锻造条件为在锻造形成凸缘部之前进行了加热以后，在锻造工序中应用不进行加热的工序，在该工序中能够获得适当的均匀微细组织。
即本发明是一种阶梯锻造材料的制造方法，其中，包括如下步骤：
获得一次锻造材料的步骤，将由奥氏体类不锈钢构成的锻造用柱状原材料加热到1000℃～1080℃，之后在不对该原材料进行加热的情况下，通过重复进行将该原材料从轴向一端至另一端输送到锻造装置接着向反方向输送该原材料的锻造动作的往复锻造，以1.5以上的锻造比将该原材料的全长锻造成圆柱状；
获得二次锻造材料的步骤，在不对一次锻造材料进行再加热的情况下，在该一次锻造材料的表面温度未从上述原材料的加热温度下降200℃以上的温度的条件下开始锻造，通过重复进行将该一次锻造材料从轴向一端至规定位置输送到上述锻造装置接着向反方向输送该原材料的锻造动作的往复锻造而逐渐形成小径的轴部，在最终锻造部分的表面温度从上述原材料的加热温度降低300℃以上的温度之前结束锻造，从而形成了大径的凸缘部和小径的轴部；以及
进行固溶化热处理的步骤，以1040℃～1100℃将该二次锻造材料加热30分钟以上。
在本发明中，优选获得一次锻造材料的锻造比为1.5～1.9，从一次锻造材料获得二次锻造材料的小径的轴部的锻造比为3.0以下。
另外，应用于本发明的锻造优选是通过四锤头径向锻造装置来进行的，该四锤头径向锻造装置通过从被锻造材料的轴向的正交的4个方向沿径向同時进行锻造并一边使上述被锻造材料绕上述轴转动一边沿轴向输送上述被锻造材料来进行锻造。
发明的效果
根据本发明的阶梯锻造材料的制造方法，由于能够在阶梯锻造材料的全长上获得均匀微细的组织，因此，成为有效的手段，以获得要求有高可靠性的航空器、核能这样的领域的机械部件。
附图说明
图1是表示由本发明方法获得的阶梯锻造材料的一例的图。
图2是表示由本发明制造而成的阶梯锻造材料的凸缘部的结晶粒径观察的一例的显微镜组织照片。
图3是表示由本发明制造而成的阶梯锻造材料的轴部的结晶粒径观察的一例的显微镜组织照片。
图4是表示根据比较例制造而成的阶梯锻造材料的凸缘部的结晶粒径观察的一例的显微镜组织照片。
图5是表示根据比较例制造而成的阶梯锻造材料的轴部的结晶粒径观察的一例的显微镜组织照片。
具体实施方式
如上所述，本发明的重要的特征在于发现了如下锻造条件：在锻造形成凸缘部之前进行了加热以后，在锻造工序中应用不进行加热的工序，该锻造条件适于该工序。以下进行详细说明。
在本发明中，以奥氏体类不锈钢为对象。奥氏体类不锈钢例如是日本工业规格的G4303、3214中规定的、被分类为奥氏体类的组成的合金或该组成的合金的改良合金。
这些奥氏体类不锈钢是将碳限制得较低的钢，是耐腐蚀性优异，用于大量航空器、核能领域的机械部件的材料。并且，对于奥氏体类不锈钢，为了在热加工工序中利用微量存在的碳来析出Cr的碳化物，需要应用使不锈钢固溶来增大耐腐蚀性的固化热处理。由于固溶热处理的温度比再结晶温度高，因此，在热加工工序中因残留的应变引起再结晶。若在固溶化热处理之前不充分残留应变，则会导致组织粗大化，无法获得强度和韧性都优异的均匀微细组织。
本发明发现了在最终决定组织的该固溶化热处理中，能够获得均匀微细的组织的工序。
在本发明中，首先将锻造用柱状原材料加热到1000℃～1080℃，之后在对该原材料不进行加热的情况下，通过重复进行将该原材料从轴向一端至另一端输送到锻造装置接着向反方向输送该原材料的锻造动作的往复锻造，以1.5以上的锻造比将该原材料的全长锻造成圆柱状来获得一次锻造材料。
在本发明中，当锻造前的加热温度超过1080℃时，加热温度过高而使应变被释放，不能在锻造中要获得的大径的凸缘部上残留充分的应变。另外，在锻造前的加热温度低于1000℃时，不能使材料充分软化，在锻造时易于产生裂纹。另外，出现大径部的结晶粒度而成为混晶组织。因此，本发明中，将加热温度限定在1000℃～1080℃的范围内。
另外，在本发明中，若在锻造工序中进行加热，则会导致大量应变被释放而在固溶化热处理中无法获得微细的组织。因而，在锻造工序中不进行加热是本发明中的基本的特征。
另外，在本发明中，重复进行将该原材料从轴向一端至另一端输送到锻造装置接着向反方向输送该原材料的锻造动作。通过这样逐渐利用往复锻造来进行锻造，能够均匀地锻造该原材料整体。与在一个方向上进行的锻造相比，利用往复锻造能够缩短锻造时间，能够在一定的温度范围内进行锻造，能够使均匀的应变残留下来。
作为应用于本发明的锻造装置，应用四锤头径向锻造装置是很有效的，该四锤头径向锻造装置通过从被锻造材料的轴向的正交的4个方向沿径向同時进行锻造并一边使被锻造材料绕上述轴转动一边沿轴向输送上述被锻造材料来进行锻造。因为四锤头径向锻造机能够在正交上的4个方向同時进行加压，对于制作圆柱状的形状比二锤头径向锻造机优异。
另外，在本发明的决定大径的凸缘部的该步骤中，为了实现使充分的应变残留下来，需要1.5以上的锻造比。
另外，锻造比过大是指使最初的原材料的直径大，效率不高，作为锻造比的上限优选为1.9。
接着，在对所获得的一次锻造材料不进行再加热的情况下，在一次锻造材料的表面温度未从上述原材料的加热温度下降200℃以上的温度的条件下开始锻造，通过重复进行将上述一次锻造材料从轴向一端至规定位置输送到上述锻造装置接着向反方向输送该原材料的锻造动作的往复锻造而逐渐形成小径的轴部，在最终锻造部分的表面温度从上述原材料的加热温度降低300℃以上的温度之前结束锻造，从而获得形成了大径的凸缘部和小径的轴部的二次锻造材料。
在获得二次锻造材料上，若锻造温度下降，逐渐变得与用于获得形成凸缘部的一次锻造材料的锻造温度条件大不相同，则会发生因塑性下降引起的锻造缺陷的问题。为了避免这样的问题，在本发明中，在获得形成小径的轴部的二次锻造材料的步骤中，在一次锻造材料的表面温度未从上述原材料的加热温度下降200℃以上的温度的条件下开始锻造，在从上述加热温度下降300℃以上的温度之前结束锻造。
在获得二次锻造材料的步骤中，应用了与获得一次锻造材料的步骤同样的往复锻造是为了残留均匀的应变。
另外，在本发明的决定小径的轴部的上述步骤中，优选从圆柱状构件的端面至规定位置的锻造比为3.0以下。若锻造比过大，则易于产生缺陷、裂纹等。因此，在本发明中从柱状构件的端面至规定位置的锻造比为3.0以下。
另外，在此所说的锻造比是表示从圆柱状构件起算的锻造比。
接着，进行以1040℃～1100℃将二次锻造材料加热30分钟以上的固溶化热处理。如上所述，该固溶化热处理的步骤是使Cr碳化物固溶和增大耐腐蚀性的重要的步骤。在固溶化处理的温度较低的情况下，无法充分推进再结晶，难以实现结晶粒的微细化。另一方面，在固溶化处理的温度较高的情况下，导致出现结晶粒，难以实现结晶粒的微细化。固溶化处理的时间需要在30分钟以上。
実施例
在以下的実施例中进一步详细地说明本发明。
将由JIS G3214SUS316钢构成的锻造用柱状原材料制造成图1所示的阶梯锻造材料。首先，将截面8边形的320ｍｍ×1700ｍｍL的锻造用原材料加热到1050℃，之后在不对该原材料进行加热的情况下，利用四锤头径向锻造装置开始锻造。所采用的四锤头径向锻造机在4个方向上具有压头液压缸，以每1个行程的输送速度50ｍｍ、旋转角30°的条件进行锻造。
重复进行将上述原材料从轴向一端至另一端输送到四锤头径向锻造装置接着向反方向输送该原材料的锻造动作，以1.6的锻造比往复锻造该原材料的全长而获得直径260ｍｍ、长度2700ｍｍ的一次锻造材料。
接着，在不对该原材料进行再加热的情况下，在一次锻造材料表面温度为表1所示温度的条件下开始锻造，通过重复进行将该一次锻造材料从轴向一端至长度方向3／4的位置输送到锻造装置接着向反方向输送该一次锻造材料的锻造动作的往复锻造，以2.3的锻造比在一次锻造材料上形成直径170ｍｍ的小径的轴部。此时，在最终锻造部分的表面温度成为表1的温度之前结束锻造，从而获得本发明的二次锻造材料。
表1
另外，作为比较例，在与本发明同样地获得一次锻造材料之后，在以1050℃保持加热3小时的条件下进行再加热，直接开始形成小径的轴部的锻造。之后的锻造条件与本发明同样，获得比较例的二次锻造材料。
所获得的本发明和比较例的二次锻造材料以1050℃保持120分钟来进行固溶化热处理从而形成阶梯锻造材料。
图1表示所获得的阶梯锻造材料的概略图。从图1所示的Ａ、Ｂ部分采集各自的金属组织观察用试验片。将本发明、比较例的平均的晶粒度表示在表1中，将代表性的（本发明No.1和比较例）金属组织的照片表示在图2～图5中。
表2
如表2、图2及图3所示，在本发明中，能够使组织易于粗大化的作为大径部分的凸缘部成了均匀微细的组织，使小径的轴部的组织也成了均匀微细的组织。另外，也未确认到锻造缺陷的发生。
另一方面，在比较例中，如表2、图4及图5所示，凸缘部的结晶粒度为2.0的较粗糙的结果。另外，轴部的结晶粒度与本发明相比较也较粗糙，还确认到了较大的不均匀的情况，成为了逊色于本发明的组织。
附图标记说明
1凸缘部
2轴部

Claims (3)

1.一种阶梯锻造材料的制造方法，其特征在于，
包括如下步骤：
获得一次锻造材料的步骤，将由奥氏体类不锈钢构成的锻造用柱状原材料加热到1000℃～1080℃，之后在不对该原材料进行加热的情况下，通过重复进行将该原材料从轴向一端至另一端输送到锻造装置接着向反方向输送该原材料的锻造动作的往复锻造，以1.5以上的锻造比将该原材料的全长锻造成圆柱状；
获得二次锻造材料的步骤，在不对一次锻造材料进行再加热的情况下，在该一次锻造材料的表面温度未从上述原材料的加热温度下降200℃以上的温度的条件下开始锻造，通过重复进行将该一次锻造材料从轴向一端至规定位置输送到上述锻造装置接着向反方向输送该原材料的锻造动作的往复锻造而逐渐形成小径的轴部，在最终锻造部分的表面温度从上述原材料的加热温度降低300℃以上的温度之前结束锻造，从而形成了大径的凸缘部和小径的轴部；以及
进行固溶化热处理的步骤，以1040℃～1100℃将该二次锻造材料加热30分钟以上。
2.根据权利要求1所述的阶梯锻造材料的制造方法，其特征在于，
获得一次锻造材料的锻造比为1.5～1.9，从一次锻造材料获得二次锻造材料的小径的轴部的锻造比为3.0以下。
3.根据权利要求1或2所述的阶梯锻造材料的制造方法，其特征在于，
锻造是通过四锤头径向锻造装置来进行的，该四锤头径向锻造装置通过从被锻造材料的轴向的正交的4个方向沿径向同時进行锻造并一边绕上述轴转动一边沿轴向输送上述被锻造材料来进行锻造。
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