CN105798539A - 高温合金螺栓生产方法 - Google Patents

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张腾
李鹏远
康道安
侯炳林
韩石磊
许丹
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Abstract

一种高温合金螺栓生产方法。为了克服现有螺栓存在的技术性能无法满足聚变装置要求，不能保证聚变装置安全稳定运行不足，本发明的步骤为：(1)选用高温合金GH4169为螺栓原材料；(2)锻造螺栓胚料，温度为980～1050℃，拔长锻造比为5～8，晶粒度等级为3～6级；(3)固溶处理，温度为1020～1050℃，时间1.5～3小时，炉内充氮气保护；随后水冷；(4)机械加工；(5)在氮气保护环境下进行沉淀强化，温度680～750℃，保温6～8小时，随炉冷却至580～620℃，保温10～14小时；随炉冷却至室温；(6)冷滚压螺纹一次成型。其有益效果是工艺合理，能够显著提高高温镍基合金螺栓的强度及疲劳性能。

Description

高温合金螺栓生产方法
技术领域
本发明涉及一种螺栓生产方法，尤其是涉及一种高温合金螺栓生产方法。
背景技术
聚变装置等核电工业设备中用于联接的螺栓大量采用镍基合金螺栓制造，由于其螺栓应用场合的特殊性，螺栓的直径大，强度要求高，预紧力大，安全等级高。经测试发现，传统的机械加工以及滚压工艺制造的大直径镍基合金螺栓的技术性能无法满足聚变装置要求，不能保证聚变装置安全稳定运行。
发明内容
为了克服现有螺栓存在的技术性能无法满足聚变装置要求，不能保证聚变装置安全稳定运行不足，本发明提供一种高温合金螺栓生产方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高温合金螺栓生产方法的步骤为：
(1)材料的选择与检验
选用高温合金GH4169为螺栓原材料；
对选用的材料进行质量检验，通过微观金相、常规力学实验、超声探伤检验材料的性能参数符合设计要求；
(2)锻造螺栓胚料
根据螺栓规格锻造胚料，等温锻造温度为980～1050℃，拔长锻造比为5～8，晶粒度等级为3～6级；
(3)螺栓胚料的固溶处理
对螺栓胚料固溶处理，温度为1020～1050℃，时间1.5～3小时，炉内充氮气保护；随后水冷；
热处理完成后，对胚料进行超声探伤，产品质量合格；
(4)机械加工
将螺栓胚料精加工为螺柱至工艺设计尺寸，检验结果：尺寸合格，滚压螺纹部分的直径应小于螺纹的公称直径1～2mm，表面粗糙度≤Ra3.2，表面无裂纹；
(5)螺柱的沉淀强化处理
在氮气保护环境下进行沉淀强化，温度680～750℃，保温6～8小时，随炉冷却至580～620℃，保温10～14小时；
随炉冷却至室温；
沉淀强化后螺柱硬度为45～50HRC；
(6)滚压螺纹
在螺纹滚压机冷滚压螺纹一次成型；
对螺纹表面检验：无发纹，裂纹，切痕，折叠。
所选用的高温合金GH4169化学成分质量百分比为：C≤0.03％，Mn≤0.35％，Si≤0.35％，P≤0.05％，Cu≤0.03％，S≤0.015％，Co≤0.1％，Cr含量17％～21％，Ti含量0.65％～1.15％，Al含量0.2％～0.8％，B含量为0.006％，Ni含量50％～55％，Nb+Ta含量4.75％～5.5％，余量为Fe。
进一步的还可以选择工艺参数如下，胚料锻造温度为1000～1030℃，拔长锻造比为6～7，晶粒度等级为4～5级；固溶处理的温度为1030～1040℃，时间为2～2.5小时；沉淀强化的温度为700～730℃，保温6.5～7.5小时，随炉冷却至590～610℃，保温11～13h。
步骤(6)所用滚丝模具的材质为Cr12MoV，模具进行表面渗氮处理。
本发明的有益效果是，工艺合理，能够显著提高高温镍基合金螺栓的强度及疲劳性能，且无需再进行表面处理。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。
本发明高温合金螺栓生产方法，其步骤为：
(1)材料的选择与检验
选用高温合金GH4169为螺栓原材料，其化学成分质量百分比为：C≤0.03％，Mn≤0.35％，Si≤0.35％，P≤0.05％，Cu≤0.03％，S≤0.015％，Co≤0.1％，Cr含量17％～21％，Ti含量0.65％～1.15％，Al含量0.2％～0.8％，B含量为0.006％，Ni含量50％～55％，Nb+Ta含量4.75％～5.5％，余量为Fe。
参照标准ASTME112～962《金属材料微观金相检验方法》、ASTMA370《钢材力学性能检验方法》、ASTME45～2005《钢材夹杂物含量试验方法》和ASTME384～99《金属材料显微硬度检验方法》，对选用的材料进行质量检验，包括微观金相、常规力学实验、无损检测等。晶粒度应在3级或3级以上，不允许宏观夹杂物的存在，A、B、C、D四类夹杂物不得超过2级，不允许黑斑、白斑、LAVES相的存在。
材料检验合格后，进入锻造工序。
(2)锻造螺栓胚料
根据螺栓规格锻造胚料，等温锻造温度为980～1050℃，拔长锻造比为5～8，晶粒度等级为3～6级；当胚料锻造的工艺参数选择为温度1000～1030℃，拔长锻造比为6～7，晶粒度等级为4～5级，螺栓胚料质量更佳。
(3)螺栓胚料的固溶处理
对螺栓胚料固溶处理，使材料达到固溶态，采用温度为1020～1050℃，时间1.5～3小时，炉内充氮气保护；随后水冷；当固溶处理的工艺参数选择为温度1030～1040℃，时间为2～2.5小时，螺栓胚料固溶处理效果更佳。
固溶处理完成后，对胚料进行质量检验，包括微观金相、常规力学实验、无损检测等，检测产品质量合格后，进入机械加工工序。
(4)机械加工
将螺栓胚料精加工为螺柱至工艺设计尺寸，其中滚压螺纹部分的直径应小于螺纹的公称直径1～2mm，表面粗糙度≤Ra3.2。
产品质量检验：尺寸合格，且表面无裂纹等其他缺陷。
(5)螺柱的沉淀强化处理
在氮气保护环境下进行沉淀强化，具体工艺参数为：温度680～750℃，保温6～8h，随炉冷却至580～620℃，保温10～14小时之后，随炉冷却至室温；当工艺参数选择为温度700～730℃，保温6.5～7.5小时，随炉冷却至590～610℃，保温11～13h，强化处理效果会更佳。
沉淀强化后取样对螺柱进行硬度试验，硬度应为45～50HRC。
(6)滚压螺纹
在螺纹滚压机上冷滚压螺纹一次成型。所用滚丝模具选用Cr12MoV材料制作，模具表面渗氮处理。
滚压完成后，对螺纹表面进行检验：无发纹，裂纹，切痕，折叠等缺陷；对螺栓机械性能进行检测，结果符合设计要求。
实施例1：
螺栓直径为M80、长度1000mm。选用的棒料尺寸Φ100×1100mm；锻造螺栓胚料，工艺参数：温度1040℃，拔长锻造比为7，晶粒度等级5级；胚料固溶处理，工艺参数：温度为1040℃，时间2小时，炉内充氮气保护；随后水冷；对胚料进行无损检测，检测产品质量合格；机械加工将螺栓胚料加工至Φ80mm，滚压螺纹部分的直径Φ79mm，表面粗糙度为Ra3.2，长度1000mm；产品质量检验：尺寸合格，且表面无裂纹等其他缺陷；螺柱沉淀强化处理，工艺参数为：温度720℃，保温7小时，随炉冷却至610℃，保温12小时之后，随炉冷却至室温；沉淀强化后检测硬度为46HRC；滚压螺纹，在螺纹滚压机冷滚压螺纹一次成型；滚压完成后，对螺纹表面进行检验：无发纹，裂纹，切痕，折叠等缺陷；对螺栓机械性能进行检测，结果符合设计要求。
实施例2：
螺栓直径为M60、长度1000mm。选用的棒料尺寸Φ80×1100mm。锻造螺栓胚料，工艺参数：温度1020℃，拔长锻造比为6，晶粒度等级6级；胚料固溶处理，工艺参数：温度为1020℃，时间2.5小时，炉内充氮气保护；随后水冷；对胚料进行无损检测，检测产品质量合格；机械加工将螺栓胚料加工至Φ60mm，滚压螺纹部分的直径Φ59mm，表面粗糙度Ra3.0，长度1000mm；产品质量检验：尺寸合格，且表面无裂纹等其他缺陷；螺柱沉淀强化处理，工艺参数为：温度710℃，保温6.5小时，随炉冷却至590℃，保温13小时之后，随炉冷却至室温；沉淀强化后检测硬度为48HRC；滚压螺纹，在螺纹滚压机冷滚压螺纹一次成型；滚压完成后，对螺纹表面进行检验：无发纹，裂纹，切痕，折叠等缺陷；对螺栓机械性能进行检测，结果符合设计要求。
实施例3：
螺栓直径为M33、长度1000mm，选用的棒料尺寸Φ50×1100mm；锻造螺栓胚料，工艺参数：温度1010℃，拔长锻造比为5.5，晶粒度等级4级；胚料固溶处理，工艺参数：温度为1030℃，时间3小时，炉内充氮气保护；随后水冷；对胚料进行无损检测，检测产品质量合格；机械加工，将螺栓胚料加工至Φ33×1000mm尺寸，滚压螺纹部分的直径Φ32mm，表面粗糙度Ra3.1；产品质量检验：尺寸合格，且表面无裂纹等其他缺陷；螺柱沉淀强化处理，工艺参数为：温度700℃，保温6h，随炉冷却至600℃，保温11小时之后，随炉冷却至室温；沉淀强化后检测硬度为49HRC；滚压螺纹，在螺纹滚压机冷滚压螺纹一次成型；滚压完成后，对螺纹表面进行检验：无发纹，裂纹，切痕，折叠等缺陷；对螺栓机械性能进行检测，结果符合设计要求。
应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。

Claims (6)

1.一种高温合金螺栓生产方法，其步骤为：
(1)材料的选择与检验
选用高温合金GH4169为螺栓原材料；
对选用的材料进行质量检验，通过微观金相、常规力学实验、超声探伤检验材料的性能参数符合设计要求；
(2)锻造螺栓胚料
根据螺栓规格锻造胚料，等温锻造温度为980～1050℃，拔长锻造比为5～8，晶粒度等级为3～6级；
(3)螺栓胚料的固溶处理
对螺栓胚料固溶处理，温度为1020～1050℃，时间1.5～3小时，炉内充氮气保护；随后水冷；
热处理完成后，对胚料进行超声探伤，产品质量合格；
(4)机械加工
将螺栓胚料精加工为螺柱至工艺设计尺寸，检验结果：尺寸合格，滚压螺纹部分的直径应小于螺纹的公称直径1～2mm，表面粗糙度≤Ra3.2，表面无裂纹；
(5)螺柱的沉淀强化处理
在氮气保护环境下进行沉淀强化，温度680～750℃，保温6～8小时，随炉冷却至580～620℃，保温10～14小时；
随炉冷却至室温；
沉淀强化后螺柱硬度为45～50HRC；
(6)滚压螺纹
在螺纹滚压机冷滚压螺纹一次成型；
对螺纹表面检验：无发纹，裂纹，切痕，折叠。
2.根据权利要求1所述高温合金螺栓生产方法，其特征是：所述高温合金GH4169的化学成分质量百分比为：C≤0.03％，Mn≤0.35％，Si≤0.35％，P≤0.05％，Cu≤0.03％，S≤0.015％，Co≤0.1％，Cr含量17％～21％，Ti含量0.65％～1.15％，Al含量0.2％～0.8％，B含量为0.006％，Ni含量50％～55％，Nb+Ta含量4.75％～5.5％，余量为Fe。
3.根据权利要求2所述高温合金螺栓生产方法，其特征是：所述胚料锻造温度为1000～1030℃，拔长锻造比为6～7，晶粒度等级为4～5级。
4.根据权利要求3所述高温合金螺栓生产方法，其特征是：所述固溶处理的温度为1030～1040℃，时间为2～2.5小时。
5.根据权利要求4所述高温合金螺栓生产方法，其特征是：所述沉淀强化的温度为700～730℃，保温6.5～7.5小时，随炉冷却至590～610℃，保温11～13小时。
6.根据权利要求1所述高温合金螺栓生产方法，其特征是：所述步骤(6)所用滚丝模具的材质为Cr12MoV，模具表面渗氮处理。
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