CN106544600A - 一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件及其加工方法 - Google Patents

一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件及其加工方法，解决现有加工方法制得奥氏体不锈钢锻件综合性能不高的问题。技术方案一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件，其化学成分的质量百分比为：C：≤0.09%；Mn：≤2.00%；Si：≤1.00%；P：≤0.025%；Ni：4.00~8.00%；Mo：0.20~0.80%；Cu：1.00~4.00%；Nb：≤0.70%；V：≤0.20%；余量为Fe，制备出的锻件具有高强度、高韧性、抗腐蚀、抗磨损、耐候性强、耐高温、耐低温和稳定性强等优点。

Description

一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件及其加工方法
技术领域
本发明涉及奥氏体型不锈钢加工技术领域，特别涉及一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件及其加工方法。
背景技术
目前石油化工和煤化工发展迅猛，设备规模越来越趋向于大型化，无论是在石油、燃煤开采机械设备或者是石化核心设备加氢反应器重量已经超越千吨级。渐渐地，国内的开采机械以及板焊结构的反应器正向锻焊结构升级改造。
公开号为CN1432073的专利申请公开了增强奥氏体不锈钢耐蚀性的方法，方法包括：除去钢的至少部分表面上足够量的材料，以提供临界缝隙腐蚀温度高于X的处理表面，其中X(℃)＝3.2(重量％Cr)+7.6(重量％Mo)+10.5(重量％N)-88.5。
上述提高了锻件的耐腐蚀性能提高，但是锻件的综合性能低；同时从目前锻造处理技术来看，石油开采机械、轨道交通技术业或者军工产品等在恶劣工况下作业的机械设备中不锈钢锻件的屈服强度、抗拉强度和抗腐蚀性能三者的平衡度比较低，综合效果不高，存在改进之处。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件，具有的屈服强度高、抗拉强度和抗腐蚀性能三者之间的平衡性高，同时三者性能均较佳，因此锻件的综合效果比较高。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件，其化学成分的质量百分比为：C：≤0.09％；Mn：≤2.00％；Si：≤1.00％；P：≤0.025％；S：≤0.020％；Cr：16～18％；Ni：4.00～8.00％；Mo：0.20～0.80％；Cu：1.00～4.00％；Nb：≤0.70％；V：≤0.20％；余量为Fe。
本发明进一步的：其化学成分的质量百分比为：C：0.09％；Mn：2.00％；Si：0.50％；P：0.02％；S：0.020％；Cr：18％；Ni：4.00％；Mo：0.20％；Cu：1.00％；Nb：0.70％；V：0.20％；余量为Fe。
本发明进一步的：其化学成分的质量百分比为：C：0.05％；Mn：1.00％；Si：0.50％；P：0.012％；S：0.010％；Cr：17％；Ni：6.00％；Mo：0.50％；Cu：2.00％；Nb：0.35％；V：0.10％；余量为Fe。
通过上述技术方案，奥氏体的结构是面立方结构，在此范围内的碳元素含量，碳原子在熔体冷却形成晶体时进入到铁的晶格，形成具有一定的屈服强度和抗拉强度的不锈钢结构；一定量的锰元素能够扩大形成奥氏体的区域，同时可用于调质组织均匀并细化,减少了碳化物发生聚集成块；铬元素使得锻件具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用；钼元素能够有效地消除(或降低)残余应力，便于锻造出本发明的锻件；硅能溶于奥氏体中提高钢的硬度和强度；在调质钢中0.1％的钒主要用于细化晶粒和提高回火抗力；添加Nb元素可以同时提高屈服和抗拉强度，同时在锻造过程中锻件的延伸率略微降低，得到一个很好的强塑性体，达到便于锻造的效果。
本发明的第二目的是提供一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件的加工方法，通过此方法制备出的锻件具有较为平衡的屈服强度高、抗拉强度和抗腐蚀性能，同时三者性能比较高。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种制备上述一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件的加工方法，包括如下步骤：步骤S1，分拣、选取纯铁和合金混合物投入至炼钢炉内进行造渣处理得到铁液；步骤S2，对步骤S1的铁液进行LFV真空碳脱氧和VD钢包精炼处理得到钢液；步骤S3，对步骤S2的钢液进行元素成分分析，合格后冷却进行锻造处理，并于电炉内进行退火处理得到锻坯；步骤S4，对步骤S3的锻坯进行热处理得到锻件；步骤S5，对步骤S4中锻件进行超声波探伤、清洁得到产品。
通过上述技术方案，LVF具有还原精炼和真空脱气等功能，此过程中LVF对真空罐体的抽真空速率为260kg/h，期间真空系统泄露量少，小于10kg/h，抽真空与稳定真空在67Pa的时间仅在30min左右；还原精炼和真空脱气体现在真空条件下主要通过碳还原铁的氧化物和硫化物生成一氧化碳，制造的真空条件，一氧化碳持续被排出，破坏了碳、氧原有的平衡，使得碳的脱氧能力急剧增强，提高除去钢液中的氧、硫杂质；VD钢包精炼过程中，钢液在VD工位进行真空脱气，进一步降低钢中气体含量，同时进一步使夹杂物上浮。
本发明进一步的：所述步骤2中，进行完LVF真空碳脱氧和VD钢包精炼后，进行电渣重熔处理。
通过上述技术方案，电渣重熔主要体现在通过熔渣电阻热进行二次重熔，进而减少锻件中的缩孔和夹杂物，具有很高的组织致密性。
本发明进一步的：所述步骤S3中，锻造处理采用分段加热，第一段加热温度至400℃进行预热处理；第二段加热温度至600～680℃，保温25min进行均热处理；第三段加热温度至850℃，保温30min；第四段加热至1150～1200℃进行锻造再冷却到800℃保温30min后冷却得到锻件。
通过上述技术方案，较高的塑性和较小的变形抗力。含碳量为0.9％，温度过高容易脱碳甚至烧坏，温度过低锻造容易出现裂纹，而在较高温度下锻造需要较短的时间完成锻造处理，否则会出现晶粒长大。
本发明进一步的：所述步骤4中，热处理包括固溶处理和人工时效处理，其中固溶处理为：将锻件加热至1000～1150℃，并采用油冷；人工时效处理为：将固溶处理后的锻件加热至570～650℃，再采用空冷至室温。
通过上述技术方案，将锻件加热到550～650℃进行去应力退火，残余应力去除较为彻底，该手段为人工时效来强化锻件，能够提高锻件的屈服强度耐高温的特性。
本发明进一步的：所述固溶处理过程中，将锻件加热至1100℃；所述人工时效处理的处理温度为600℃。
通过上述技术方案，能够得到具有的一定参数的屈服强度高、抗拉强度和抗腐蚀性能的奥氏体不锈钢锻件，同时三者性能均较佳，因此锻件的综合效果比较高。
综上所述：本发明具有下优点：通过一定量的合金元素与纯铁锻造，减少引入杂质的量，但不会影响合金和纯铁锻造锻件；在VD钢包精炼后采用电渣重熔操作，再次降低杂质，同时能够降低锻件内部的缩孔；通过在一定的温度下的热处理，使得锻件具有的屈服强度高、抗拉强度和抗腐蚀性能三者之间的平衡性高，同时制备出的锻件具有高韧性、抗磨损、耐候性强、耐高温、耐低温和稳定性强等优点，综合性能较高。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
制定实施例1～8及对比例进行试验，实施例1～8及对比例按照本发明的加工方法进行锻造。具体如下操作：步骤S1，分拣、选取纯铁和合金混合物投入至炼钢炉内进行造渣处理得到铁液；
步骤S2，对步骤S1的铁液进行LFV真空碳脱氧和VD钢包精炼处理得到钢液；
步骤S3，对步骤S2的钢液进行元素成分分析，其中实施例1～4和对比例得到钢液中各元素的质量百分比如表格1～5所示，实施例1～4中的元素组分均采用本发明的组分，实施例1～4中的元素质量百分比含量不同，对比例中元素组分和质量百分比均不同，上述钢液符合试验合格后对其冷却进行锻造处理，其中锻造处理采用分段加热，第一段加热温度至400℃进行预热处理；第二段加热温度至600℃，保温25min进行均热处理；第三段加热温度至850℃，保温30min；第四段加热至1150℃进行锻造再冷却到800℃保温30min后冷却得到锻件；锻造处理结束后并于电炉内进行退火处理得到锻坯；
步骤S4，对步骤S3的锻坯进行热处理得到锻件，其中固溶处理为：将锻件加热至1000℃，并采用油冷；人工时效处理为：将固溶处理后的锻件加热至600℃，再采用空冷至室温；
步骤S5，对步骤S4中锻件进行超声波探伤、清洁得到产品。
实施例1
表格1实施例1的一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件中各元素的质量百分比
组分 质量百分比 组分 质量百分比
C 0.3％ Ni 1.00％
Mn 3.00％ Mo 1.80％
Si 1.00％ Cu 5.00％
P 0.025％ Nb 0.80％
S 0.04％ V 0.01％
Cr 20％ Fe 余量
实施例2
表格2实施例2的一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件中各元素的质量百分比
组分 质量百分比 组分 质量百分比
C 0.07％ Ni 1.00％
Mn 1.00％ Mo 1.60％
Si 0.50％ Cu 5.00％
P 0.02％ Nb 0.90％
S 0.10％ V 0.01％
Cr 10％ Fe 余量
实施例3
表格3实施例3的一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件中各元素的质量百分比
实施例4
表格4实施例4的一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件中各元素的质量百分比
组分 质量百分比 组分 质量百分比
C 0.05％ Ni 6.00％
Mn 1.00％ Mo 0.50％
Si 0.50％ Cu 2.00％
P 0.012％ Nb 0.35％
S 0.01％ V 0.10％
Cr 17％ Fe 余量
对比例
表格5对比例：一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件中各元素的质量百分比
组分 质量百分比 组分 质量百分比
C 0.1％ Mo 0.50％
Mn 1.00％ Cu 3.00％
Si 0.50％ Nb 0.35％
P 0.035％ V 0.10％
Ni 6.00％ N 0.05％
Cr 18％ Ce 0.15％
S 0.03％ Fe 余量
实施例5，一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件的加工方法，与实施例4的不同之处在于，进行完LVF真空碳脱氧和VD钢包精炼后，进行电渣重熔处理，具体步骤S2如下操作：步骤S2，对步骤S1的铁液进行LFV真空碳脱氧和VD钢包精炼处理得到钢液；步骤S3，对步骤S2的钢液进行元素成分分析，元素组分和元素质量百分比以实施例4中元素组分和元素质量百分比为试验合格标准，钢液符合试验合格后对其冷却进行锻造处理，未合格的进行元素添加或者化学反应消除，并于电炉内进行退火处理得到锻坯，其余步骤与实施例4的加工方法均相同。
实施例6，一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件的加工方法，与实施例5的不同之处在于步骤S3，步骤S3，对步骤S2的钢液进行元素成分分析，对符合实施例4中各元素的质量百分比的钢液冷却并进行锻造处理，其中锻造处理采用分段加热，第一段加热温度至300℃进行预热处理；第二段加热温度至550℃，保温25min进行均热处理；第三段加热温度至850℃，保温30min；第四段加热至1150℃进行锻造再冷却到800℃保温5min后冷却得到锻件；锻造处理结束后并于电炉内进行退火处理得到锻坯。
实施例7，一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件的加工方法，与实施例5的不同之处在于步骤S3，步骤S3，对步骤S2的钢液进行元素成分分析，对符合实施例4中各元素的质量百分比的钢液冷却并进行锻造处理，其中锻造处理采用分段加热，第一段加热温度至400℃进行预热处理；第二段加热温度至650℃，保温25min进行均热处理；第三段加热温度至700℃，保温30min；第四段加热至1020℃进行锻造再冷却到800℃保温30min后冷却得到锻件；锻造处理结束后并于电炉内进行退火处理得到锻坯。
实施例8，一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件的加工方法，与实施例5的不同之处在于，步骤S4过程中，锻件加热至1200℃，并采用油冷；人工时效处理为：将固溶处理后的锻件加热至600℃，再采用空冷至室温，人工时效处理为：将固溶处理后的锻件加热至700℃。
产物性能表征一，采用屈服强度试验机测定实施例1～8锻件以及对比例锻件屈服强度值，测试时，当测力度盘的指针首次停止转动的恒定力作为屈服强度值，记录结果如表格5所示；
产物性能表征二，利用拉力试验机测试实施例1～8锻件以及对比例锻件的抗拉伸强度，记录结果如表格5所示；
产物性能表征二，实施例1～8锻件以及对比例锻件浸没于0.1mg/ml的硝酸溶液，静置30d，观察锻件表面的腐蚀情况，腐蚀程度(以裂纹和腐蚀孔作为参考)制定≤100级，100级为做最严重，记录结果如表格5所示。
表格5：一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件的性能参数(屈服强度、抗拉强度和抗腐蚀性)
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：C：≤0.09%；Mn：≤2.00%；Si：≤1.00%；P：≤0.025%；S：≤0.020%；Cr：16~18%；Ni：4.00~8.00%；Mo：0.20~0.80%；Cu：1.00~4.00%；Nb：≤0.70%；V：≤0.20%；余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：C：0.09%；Mn：2.00%；Si：0.50%；P：0.02%；S：0.020%；Cr：18%；Ni：4.00%；Mo：0.20%；Cu：1.00%；Nb：0.70%；V：0.20%；余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：C：0.05%；Mn：1.00%；Si：0.50%；P：0.012%；S：0.010%；Cr：17%；Ni：6.00%；Mo：0.50%；Cu：2.00%；Nb：0.35%；V：0.10%；余量为Fe。
4.一种制备如权利要求1~3所述的任一一种奥氏体型沉淀硬化不锈钢锻件的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，分拣、选取纯铁和合金混合物投入至炼钢炉内进行造渣处理得到铁液；步骤S2，对步骤S1的铁液进行LFV真空碳脱氧和VD钢包精炼处理得到钢液；步骤S3，对步骤S2的钢液进行元素成分分析，合格后冷却进行锻造处理，并于电炉内进行退火处理得到锻坯；步骤S4，对步骤S3的锻坯进行热处理得到锻件；步骤S5，对步骤S4中锻件进行超声波探伤、清洁得到产品。
5.根据权利要求4所述的一种加工方法，其特征在于，所述步骤2中，进行完LVF真空碳脱氧和VD钢包精炼后，进行电渣重熔处理。
6.根据权利要求5所述的一种加工方法，其特征在于，所述步骤S3中，锻造处理采用分段加热，第一段加热温度至400℃进行预热处理；第二段加热温度至600~680℃，保温25min进行均热处理；第三段加热温度至850℃，保温30min；第四段加热至1150~1200℃进行锻造再冷却到800℃保温30min后冷却得到锻件。
7.根据权利要求6所述的一种加工方法，其特征在于，所述步骤4中，热处理包括固溶处理和人工时效处理，其中固溶处理为：将锻件加热至1000~1150℃，并采用油冷；人工时效处理为：将固溶处理后的锻件加热至570~650℃，再采用空冷至室温。
8.根据权利要求7所述的一种加工方法，其特征在于，所述固溶处理过程中，将锻件加热至1100℃；所述人工时效处理的处理温度为600℃。
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