CN108165870B - 一种钢锻件及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种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。技术方案中的一种钢锻件为：其化学成分的质量百分比为：C：≤0.08%；Mn：≤2.20%；Si：≤1.50%；P：≤0.02%；S：≤0.025%；Cr：11~13%；Ni：2.00~8.00%；Mo：0.30~0.60%；Cu：1.50~3.50%；Nb：≤0.60%；V：≤0.25%；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

一种钢锻件及其加工方法

技术领域

本发明涉及钢材加工技术领域，特别涉及一种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。

不锈钢的沉淀硬化处理通常描述为三个阶段。具体热处理步骤和马氏体钢、碳钢及合金钢类似。事实上，沉淀硬化型不锈钢就是在普通的不锈钢的基础上加以改进，是其耐蚀性、韧性和加工性能进一步改善。

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钢锻件的加工方法，加工得到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：一种钢锻件的加工方法，主要包括如下步骤，步骤S1、在电炉内熔化铁化物原料，打开电炉内钢包底部的滑动水口；钢液从钢包流入中间包；当中间包里的钢液面达到一定高度时打开中间包底部的滑动水口，并且使得钢液流入到含有合成渣料以及脱氧剂的LF炉内精炼，在还原性气氛下，通过电极埋弧造渣，完成钢液的脱硫、脱氧的处理；打开LF炉的滑动水口，将钢液再次转移到中间钢包进行去渣处理；步骤S2、对步骤S1的钢液进行元素成分分析，合格后冷却进行初坯锻造；步骤S3、采用台阶式加热法对步骤S2中得到的初坯进行加热，然后进行锻造，锻造时采用三火次成型，第一火次锻造时，锻造加热温度为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；第三段加热温度加热至1150～1200℃进行锻造再冷却到800℃保温30min后冷却得到合金初产品；步骤S4、对步骤S3的合金初产品进行热处理得到合金产品；步骤S5、对步骤S4中合金产品进行超声波探伤、清洁选择合格产品。

通过上述技术方案，将钢包内的钢液转移到中间包内后，将杂质储留在钢包内，紧接着将初步除杂后的钢液转移到LF炉内进行精炼，由于进行了初步除杂，所以采用造渣还原的效率更高，经过LF炉精炼后，钢液中含有的杂质量更低；然后再经过中间钢包内再一次去杂处理，达到将钢液中的杂质含量达到最低，在此基础上进行初坯锻造，避免生产的初坯含有不均匀杂质，以至于不利于后续的锻造，例如造成合金初产品其组织由内至外的韧性小；本发明正是着重于对初坯的前处理从而能够得到了屈服强度高、抗拉强度和抗腐蚀性能三者兼具的不锈钢锻件，同时三者性能均较佳，锻件的综合效果比较高。

本发明进一步的：于所述步骤S2中，所述初坯锻造包括如下步骤：步骤S2.1、钢液流入到强制水冷的结晶器，当结晶器内钢液面达到一定高度时并且钢液四周已凝固成具有一定厚度的坯壳；步骤S2.2、启动拉矫机咬住引锭杆向下移动，因钢液与引锭杆黏结一起故初坯被拉出结晶器；钢坯进入二冷区，因坯壳很薄内部是钢液故喷水冷却，沿着辊道进入拉矫机，拉矫机的作用是将连铸坯拉直，步骤S2.3、完全凝固的钢坯经矫直切成所需长度。

通过上述技术方案，引锭杆在连铸机刚开始生产时起拉动第一块钢坯的作用；在液态钢液在结晶器中凝结之后，引锭杆将钢坯从下方拉出，同时拉开连铸生产的序幕；钢坯进入二冷区，在该二次冷却道中向钢坯喷射冷却水，将钢坯将逐渐从外表冷却到中心，沿着辊道进入拉矫机，拉矫机的后方是切割机，通过切割机切割得到不同长度的钢坯。

本发明进一步的：中间包底部中间设置为向上凸起的弧形结构，所述弧形结构的两侧向下凹陷形成有废料槽；在中间包的底部设置有两组吹氩气装置，两组所述吹氩气装置位于中间包底部靠近中间位置的两侧，且两组所述吹氩气装置吹氩气方向朝向两侧；中间钢包和中间包的结构、形状均相同。

通过上述技术方案，中间包介于钢包和结晶器之间，接受来自钢包的钢液，并向结晶器分流，起到减压、稳流、除渣、储钢分流、均匀温度和成分的作用，将其中间设置为向上凸起的弧形结构，通过该弧形结构可以将随着钢液进入到中间包内的废渣流淌中间包的两边，而废料槽则用于储存废渣的作用，达到便于工作人员收集的目的；吹氩气装置吹氩气能够避免如果设置在底部靠近两边的位置，则容易将下沉的废渣在氩气的作用力下，容易再次混入到钢液当中，从而影响了产品的质量；而本技术方案是将两组吹氩气装置位于中间包底部靠近中间位置的两侧，并且两组所述吹氩气装置吹氩气方向朝向两侧，因此可以将废渣向下吹，使得废渣由中部流向两边，然后沉降到弧形结构上后流到废料槽内，而避免长期混入在钢液当中。

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1050～1100℃，并采用油冷；人工时效处理为：将固溶处理后的锻件加热至650～700℃，再采用空冷至室温。

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：所述固溶处理过程中，将锻件加热至1070℃；所述人工时效处理的处理温度为675℃。

通过上述技术方案，将锻件加热到675℃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。

本发明的第二目的是提供一种钢锻件，该不锈钢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：一种钢锻件的加工方法得到的钢锻件，其化学成分的质量百分比为：C：≤0.08％；Mn：≤2.20％；Si：≤1.50％；P：≤0.02％；S：≤0.025％；Cr：11～13％；Ni：2.00～8.00％；Mo：0.30～0.60％；Cu：1.50～3.50％；Nb：≤0.60％；V：≤0.25％；余量为Fe。

本发明进一步的：其化学成分的质量百分比为：C：0.08％；Mn：2.20％；Si：1.50％；P：0.02％；S：0.025％；Cr：13％；Ni：8.00％；Mo：0.30％；Cu：1.50％；Nb：0.40％；V：0.25％；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：2.00％；Si：1.00％；P：0.015％；S：0.020％；Cr：12％；Ni：4.00％；Mo：0.50％；Cu：2.00％；Nb：0.3％；V：0.20％；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。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有如下优点：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；而将钢液再次转移到中间钢包进行去渣处理，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1～4及对比例进行试验，实施例1～4及对比例按照本发明的加工方法进行锻造。具体如下操作：

一种钢锻件的加工方法，其特征在于，主要包括如下步骤，

步骤S1、在电炉内熔化铁化物原料，打开电炉内钢包底部的滑动水口；钢液从钢包流入中间包；当中间包里的钢液面达到一定高度时打开中间包底部的滑动水口，并且使得钢液流入到含有合成渣料以及脱氧剂的LF炉内精炼，在还原性气氛下，通过电极埋弧造渣，完成钢液的脱硫、脱氧的处理；打开LF炉的滑动水口，将钢液再次转移到中间钢包进行去渣处理；步骤S2、对步骤S1的钢液进行元素成分分析，合格后冷却进行初坯锻造；

步骤S3、采用台阶式加热法对步骤S2中得到的初坯进行加热，然后进行锻造，锻造时采用三火次成型，第一火次锻造时，锻造加热温度为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；第三段加热温度加热至1150℃进行锻造再冷却到800℃保温30min后冷却得到合金初产品；

步骤S4、对步骤S3的合金初产品进行热处理得到合金产品；

步骤S5、对步骤S4中合金产品进行超声波探伤、清洁选择合格产品。

实施例1

表格1实施例1的一种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	0.08％	Ni	2.00％
Mn	2.20％	Mo	0.30％
				Si	1.50％	Cu	1.50％
P	0.02％	Nb	0.40％
				S	0.025％	V	0.25％
Cr	11％	Fe	余量

实施例2

表格2实施例2的一种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	0.06％	Ni	8.00％
Mn	2.00％	Mo	0.20％
				Si	1.20％	Cu	1.50％
P	0.01％	Nb	0.20％
				S	0.020％	V	0.20％
Cr	13％	Fe	余量

实施例3

表格3实施例3的一种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	0.08％	Ni	8.00％
Mn	2.20％	Mo	0.30％
				Si	1.50％	Cu	1.50％
P	0.02％	Nb	0.40％
				S	0.025％	V	0.25％
Cr	13％	Fe	余量

实施例4

表格4实施例4的一种钢锻件中各元素的质量百分比

对比例1

表格5对比例1：一种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	0.15％	S	0.03％
Mn	2.50％	Mo	0.70％
				Si	2.00％	Cu	3.80％
P	0.03％	Nb	0.65％
				Ni	8.00％	V	0.25％
Cr	13％	Fe	余量

实施例5，一种钢锻件的加工方法，与实施例4的不同之处在于，中间包底部中间设置为向上凸起的弧形结构，所述弧形结构的两侧向下凹陷形成有废料槽；在中间包的底部设置有两组吹氩气装置，两组所述吹氩气装置位于中间包底部靠近中间位置的两侧，且两组所述吹氩气装置吹氩气方向朝向两侧；中间钢包和中间包的结构、形状均相同。

实施例6，一种钢锻件的加工方法，与实施例4的不同之处在于，所述步骤3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1050℃，并采用油冷；人工时效处理为：将固溶处理后的锻件加热至650℃，再采用空冷至室温。

实施例7，一种钢锻件的加工方法，与实施例6的不同之处在于，所述固溶处理过程中，将锻件加热至1070℃；所述人工时效处理的处理温度为675℃。

对比例2，一种钢锻件的加工方法，与实施例6的不同之处在于，所述固溶处理过程中，将锻件加热至900℃；所述人工时效处理的处理温度为725℃。

产物性能表征一，采用屈服强度试验机测定实施例1～5的屈服强度值，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1～5锻件的抗拉伸强度，记录结果如表格5所示；

产物性能表征三，实施例1～5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级为最严重，记录结果如表格5所示。

表格5：一种钢锻件的性能参数(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 (6)

1.一种钢锻件的加工方法，其特征在于，主要包括如下步骤，步骤S1、在电炉内熔化铁化物原料，打开电炉内钢包底部的滑动水口；钢液从钢包流入中间包；当中间包里的钢液面达到一定高度时打开中间包底部的滑动水口，并且使得钢液流入到含有合成渣料以及脱氧剂的LF炉内精炼，在还原性气氛下，通过电极埋弧造渣，完成钢液的脱硫、脱氧的处理；打开LF炉的滑动水口，将钢液再次转移到中间钢包进行去渣处理；步骤S2、对步骤S1的钢液进行元素成分分析，合格后冷却进行初坯锻造；步骤S3、采用台阶式加热法对步骤S2中得到的初坯进行加热，然后进行锻造，锻造时采用三火次成型，第一火次锻造时，锻造加热温度为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；第三段加热温度加热至1150~1200℃进行锻造再冷却到800℃保温30min后冷却得到合金初产品；步骤S4、对步骤S3的合金初产品进行热处理得到合金产品，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1050~1100℃，并采用油冷；人工时效处理为：将固溶处理后的锻件加热至650~700℃，再采用空冷至室温；步骤S5、对步骤S4中合金产品进行超声波探伤、清洁选择合格产品；

钢锻件的加工方法得到的钢锻件，其化学成分的质量百分比为：C：≤0.08%；Mn：≤2.20%；Si：≤1.50%；P：≤0.02%；S：≤0.025%；Cr：11~13%；Ni：2.00~8.00%；Mo：0.30~0.60%；Cu：1.50~3.50%；Nb：≤0.60%；V：≤0.25%；余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种钢锻件的加工方法，其特征在于，于所述步骤S2中，所述初坯锻造包括如下步骤：步骤S2.1、钢液流入到强制水冷的结晶器，当结晶器内钢液面达到一定高度时并且钢液四周已凝固成具有一定厚度的坯壳；步骤S2.2、启动拉矫机咬住引锭杆向下移动，因钢液与引锭杆黏结一起故初坯被拉出结晶器；钢坯进入二冷区，因坯壳很薄内部是钢液故喷水冷却，沿着辊道进入拉矫机，拉矫机的作用是将连铸坯拉直，步骤S2.3、完全凝固的钢坯经矫直切成所需长度。

3.根据权利要求2所述的一种钢锻件的加工方法，其特征在于，中间包底部中间设置为向上凸起的弧形结构，所述弧形结构的两侧向下凹陷形成有废料槽；在中间包的底部设置有两组吹氩气装置，两组所述吹氩气装置位于中间包底部靠近中间位置的两侧，且两组所述吹氩气装置吹氩气方向朝向两侧；中间钢包和中间包的结构、形状均相同。

4.根根据权利要求1所述的一种钢锻件的加工方法，其特征在于，所述固溶处理过程中，将锻件加热至1070℃；所述人工时效处理的处理温度为675℃。

5.根根据权利要求1所述的一种钢锻件的加工方法，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：C：0.08%；Mn：2.20%；Si：1.50%；P：0.02%；S：0.025%；Cr：13%；Ni：8.00%；Mo：0.30%；Cu：1.50%；Nb：0.40%；V：0.25%；余量为Fe。

6.根根据权利要求1所述的一种钢锻件的加工方法，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：C：0.05%；Mn：2.00%；Si：1.00%；P：0.015%；S：0.020%；Cr：12%；Ni：4.00%；Mo：0.50%；Cu：2.00%；Nb：0.3%；V：0.20%；余量为Fe。