CN103981347B - 一种CrNiMoV高压用钢锻件晶粒细化的加工方法 - Google Patents

一种CrNiMoV高压用钢锻件晶粒细化的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种改善锻件的综合力学性能指标的CrNiMoV高压用钢锻件晶粒细化的加工方法，步骤如下：步骤S01：选用二级及二级以上废钢、镍料头、钢屑、含镍生铁及海绵铁作为电渣锭，并控制各元素的含量；步骤S02：对步骤S01中选用的材料进行锻前加热，加热至1180～1210℃温度范围，并在此温度范围内保温15个小时；步骤S03：对所述步骤S02中加热后的电渣锭进行宽砧压实及控温锻造处理；步骤S04：对所述步骤S03中锻造后的锻件进行预备热处理；步骤S05：对所述步骤S04中预备热处理后的锻件进行淬火处理，而后在600±10℃进行回火处理。本发明提供一种通过控制原料化学成分、改变生产工艺来提高生产效率、降低生产成本的CrNiMoV高压用钢锻件晶粒细化的加工方法。

Description

一种CrNiMoV高压用钢锻件晶粒细化的加工方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料制造工艺控制领域，尤其涉及一种改善锻件的综合力学性能指标的CrNiMoV高压用钢锻件晶粒细化的加工方法。
背景技术
目前生产CrNiMoV的高压用钢锻件中，大多采用这样的工艺：电炉冶炼、真空精炼、电渣重熔、油压机镦粗、拔长、机加工及调质热处理，由于锻造过程中砧宽比、热处理工艺及合金元素控制不合理，在生产过程中容易出现超探存在草状波、晶粒度不合、性能不合等问题，使产品的不合格率大大提高，降低生产效率，提高了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的高压用钢锻件内部超探存在草状波、晶粒度不合、性能不合等问题提供一种通过控制原料化学成分、改变生产工艺来提高生产效率、降低生产成本的CrNiMoV高压用钢锻件晶粒细化的加工方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一种CrNiMoV高压用钢锻件晶粒细化的加工方法，步骤如下：
步骤S01：选用二级及二级以上废钢、镍料头、钢屑、含镍生铁及海绵铁作为电渣锭，并控制各元素的含量为：C为0.31～0.35％、Si为0.15～0.30％、Mn为0.50～0.65％、Ni为3.00～3.10％、Cr为0.90～1.00％、Mo为0.45～0.52％、Al为0.02～0.05％、V为0.05～0.10％、P不大于0.015％、S不大于0.010％，五害元素Pb、As、Sn、Sb、Bi成分均小于0.02%，气体含量中控制各元素的量为：[H]不大于2.0ppm、[O]不大于30ppm、[N]不大于150ppm；
步骤S02：对步骤S01中选用的材料进行锻前加热，加热至1180～1210℃温度范围，并在此温度范围内保温15个小时；
步骤S03：对所述步骤S02中加热后的电渣锭进行宽砧压实及控温锻造处理；
步骤S04：对所述步骤S03中锻造后的锻件进行预备热处理；
步骤S05：对所述步骤S04中预备热处理后的锻件进行淬火处理，而后在600±10℃进行回火处理。
所述步骤S03中采用多次镦粗和拔长的锻造方式，拔长时采用900宽砧主变形进行拔长，保证砧宽比为0.6～0.8，确保锻件内部压实，在锻造过程中预留1.5的锻造比在750～780℃温度范围内进行控温锻造。
所述步骤S04中预备热处理的方法为：首先将锻件空冷至400～450℃后入炉执行扩氢退火；退火后在880~900℃温度范围内进行正火，正火后采用风冷将锻件快速冷却至450℃，然后再空冷至350～400℃。
在所述步骤S05中淬火之前首先对锻件进行两次正火处理，然后采用电阻加热炉加热至870±10℃奥氏体化后，保温5小时。
在所述步骤S05淬火处理中，淬火水冷时前五分钟注冷水。
本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明对高压用钢锻件的化学成分进行优化控制，锻造过程中采用宽砧压实及控温锻造；锻后采用退火+正回火的热处理方式，调质处理时加强淬火力度，强化冷却效果，适当提高回火温度，即通过双重均匀、细化晶粒的工艺手段有效解决高压用钢锻件中出现的超探杂波、晶粒度混晶、性能不合等问题；使得高压用钢锻件具有较细的实际晶粒度，较高的纵、横向力学性能，并达到较高的抗低温冲击韧性。
根据CrNiMoV高压用钢锻件的材料特性，对生产高压用钢锻件的原料的化学成分进行优化控制，选用二级及二级以上废钢、镍料头、钢屑、含镍生铁及海绵铁作为电渣锭，并控制各元素的含量为：C为0.31～0.35％、Si为0.15～0.30％、Mn为0.50～0.65％、Ni为3.00～3.10％、Cr为0.90～1.00％、Mo为0.45～0.52％、Al为0.02～0.05％、V为0.05～0.10％、P不大于0.015％、S不大于0.010％，五害元素Pb、As、Sn、Sb、Bi成分均小于0.02%，气体含量中控制各元素的量为：[H]不大于2.0ppm、[O]不大于30ppm、[N]不大于150ppm，这样的比例及选择符合各个元素的力学性能及可充分满足对晶粒度的要求。
对所述步骤S01中选用的材料进行锻前加热，加热至1180～1210℃温度范围，并在此温度范围内保温15个小时，使得原料的组织及成分充分均匀化。
采用多次镦粗和拔长的锻造方式，拔长时确定合理的砧宽比，采用900宽砧进行主变形，确保钢锻件内部压实；预留1.5的锻造比在750～780℃温度范围内进行控温锻造，这样既能防止变形温度过高而产生的粗晶，又可避免温度过低使锻造变形不均而产生的混晶问题。
对所述步骤S04中预备热处理后的锻件进行淬火处理，而后在600±10℃进行回火处理，细化组织与晶粒度，以提高锻件性能。
所述步骤S04中预备热处理的方法为：首先将锻件空冷至400～450℃后入炉执行扩氢退火，在此阶段保证锻件组织均匀化，避免出现混晶，为细化晶粒及解决超探存在杂波的问题做准备；退火后在880~900℃温度范围内进行正火，正火后采用风冷将锻件快速冷却至450℃，然后再空冷至350～400℃，真正细化晶粒并消除超探的杂波问题。
在所述步骤S05中淬火之前首先对锻件进行两次正火处理，然后采用电阻加热炉加热至870±10℃奥氏体化后，保温5小时，以获得较细的珠光体组织，细化晶粒，消除魏氏组织，为最终热处理提供合适的组织状态。
在所述步骤S05淬火处理中，淬火水冷时前五分钟注冷水，加强淬火力度。
所述步骤S05中在第一次回火处理后再进行第二次回火处理，再次细化组织与晶粒度，提高CrNiMoV高压用钢锻件的性能。
本发明解决了CrNiMoV高压用钢锻件中出现的超探存在杂波、晶粒度混晶、性能不合等问题，使产品质量得到保证，同时该加工方法的生产效率高，降低了生产成本，延长CrNiMoV高压用钢锻件的使用寿命，生产工艺更加经济、科学。
附图说明
图1为本发明锻后预备热处理（退火+正回火）工艺曲线图。
图2为本发明正火+调质热处理工艺曲线图。
具体实施方式
一种CrNiMoV高压用钢锻件晶粒细化的加工方法，以5缸高压用钢锻件为例，其加工步骤如下：
步骤S01：选用二级及1000㎏二级以上废钢、镍料头、钢屑、含镍生铁及海绵铁作为电渣锭，利用φ880/φ940结晶器，并控制各元素的含量为：C为0.31～0.35％、Si为0.15～0.30％、Mn为0.50～0.65％、Ni为3.00～3.10％、Cr为0.90～1.00％、Mo为0.45～0.52％、Al为0.02～0.05％、V为0.05～0.10％、P不大于0.015％、S不大于0.010％，五害元素Pb、As、Sn、Sb、Bi成分均小于0.02%，气体含量中控制各元素的量为：[H]不大于2.0ppm、[O]不大于30ppm、[N]不大于150ppm；
步骤S02：对步骤S01中选用的材料进行锻前加热，加热至1180～1210℃温度范围，并在此温度范围内保温15个小时，使成分及组织充分均匀化；
步骤S03：采用多次镦粗和拔长的锻造方式，拔长时确定合理的砧宽比，采用900宽砧进行主变形，确保锻件内部压实，之后换用700砧锻造成品；预留1.5的锻比在750～780℃温度范围内进行控温锻造；
步骤S04：锻造后进行预备热处理：此步骤为均匀并细化组织处理步骤之一，锻件锻造后首先执行退火：空冷至400～450℃后入炉执行扩氢退火，退火后进行正回火处理：在890±10℃温度下进行正火，之后采用风冷快速冷却至450℃，然后再空冷至350～400℃；如图1所示，具体正回火过程如下：
空冷至400～450℃后入炉，而后回火，在600～650℃下保温5.5小时，然后空冷至300～350℃进行炉冷，炉冷至250～300℃保温9小时，而后以80℃/h的速度进行回火，在680±10℃温度下保温70小时，而后以30℃/h的速度冷却至400℃，再以15℃/h的速度冷却至130℃，然后再以80℃/h的速度回火至650±10℃温度保温5.5小时，而后以全功率的速度加热，至890±10℃温度范围保温5.5小时，而后风冷至450℃再进行空冷至350～400℃，以80℃/h的速度进行回火，在680±10℃温度下保温11小时，最后以40℃/h降温至300℃；
在此阶段保证锻件组织均匀化，避免出现混晶，为细化晶粒及解决超探存在杂波的问题做准备；退火后进行正回火处理，细化晶粒并消除超探的杂波问题。
步骤S05：淬回火热处理：高压用钢锻件经机械加工后，调质前首先进行两次正火处理，然后采用电阻加热炉加热至870±10℃奥氏体化后，保温5小时，进行淬火，淬火水冷时前五分钟注冷水，加强淬火力度；随后在600±10℃进行第一次回火；具体的变化过程如下：
在温度小于等于450℃的温度下入炉，回火至650±20℃预热2小时，然后加热至890±10℃温度均温不大于6小时，保温5小时，而后出炉空冷2小时后进行空冷，而后再次在温度小于等于450℃的温度下入炉，重复上述正火步骤，在880±10℃温度进行均温不大于5.5小时，保温5小时，而后出炉空冷2小时后进行空冷，而后再次在温度小于等于450℃的温度下入炉，加热至650±10℃预热2小时，而后在870±10℃奥氏体化，然后出炉淬火，而后温度小于等于450℃的温度下入炉在600±10℃进行第一次回火，然后根据理化检测情况进行第二次回火。通过以上细化处理再次细化组织与晶粒度，以提高锻件性能。
通过上述各优化工序的严格控制，得到CrNiMoV高压用钢锻件的理化检测结果如下表：

Claims (4)

1.一种CrNiMoV高压用钢锻件晶粒细化的加工方法，其特征在于：步骤如下：
步骤S01：选用二级及二级以上废钢、镍料头、钢屑、含镍生铁及海绵铁作为电渣锭，并控制各元素的含量为：C为0.31～0.35％、Si为0.15～0.30％、Mn为0.50～0.65％、Ni为3.00～3.10％、Cr为0.90～1.00％、Mo为0.45～0.52％、Al为0.02～0.05％、V为0.05～0.10％、P不大于0.015％、S不大于0.010％，五害元素Pb、As、Sn、Sb、Bi成分均小于0.02%，气体含量中控制各元素的量为：[H]不大于2.0ppm、[O]不大于30ppm、[N]不大于150ppm；
步骤S02：对步骤S01中选用的材料进行锻前加热，加热至1180～1210℃温度范围，并在此温度范围内保温15个小时；
步骤S03：对步骤S02中加热后的电渣锭进行宽砧压实及控温锻造处理；
步骤S04：对步骤S03中锻造后的锻件进行预备热处理；
步骤S05：对步骤S04中预备热处理后的锻件进行淬火处理，淬火水冷时前五分钟注冷水，而后在600±10℃进行回火处理。
2.如权利要求1所述的一种CrNiMoV高压用钢锻件晶粒细化的加工方法，其特征在于：所述步骤S03中采用多次镦粗和拔长的锻造方式，拔长时采用900宽砧进行主变形，确保锻件内部压实，在锻造过程中预留1.5的锻造比在750～780℃温度范围内进行控温锻造。
3.如权利要求1所述的一种CrNiMoV高压用钢锻件晶粒细化的加工方法，其特征在于：所述步骤S04中预备热处理的方法为：首先将锻件空冷至400～450℃后入炉执行扩氢退火；退火后在880~900℃温度范围内进行正火，正火后采用风冷将锻件快速冷却至450℃，然后再空冷至350～400℃。
4.如权利要求1所述的一种CrNiMoV高压用钢锻件晶粒细化的加工方法，其特征在于：在所述步骤S05中淬火之前首先对锻件进行两次正火处理，然后采用电阻加热炉加热至870±10℃奥氏体化后，保温5小时。
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