CN108246944A - 一种改善15-5ph不锈钢晶粒度的锻造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善15‑5PH不锈钢晶粒度的锻造方法，包括对15‑5PH不锈钢坯料进行常规锻造成型，使坯料接近成型尺寸；依据零件形状对常规锻造成型后的坯料进行弯曲，其中坯料的锻造预热温度为850℃±50℃，加热系数为0.2～0.3min/mm，锻造加热温度为1000℃～1150℃±15℃，加热系数为0.3～0.4min/mm，保温到设定时间后，立即出炉在自由锻锤上弯曲，同时控温；对弯曲后的坯料进行热处理。本发明的方法通过把锻坯的弯曲工序安排在终锻火次完成，并通过降低锻造加热温度，解决了15‑5PH不锈钢小变形量终锻时晶粒易长大的问题。利用本发明的方法，可使15‑5PH不锈钢锻件强度、塑性和断裂韧性达到预期要求，提高15‑5PH不锈钢构件的组织可靠性。

Description

一种改善15-5PH不锈钢晶粒度的锻造方法
技术领域
本发明属于材料加工领域，尤其涉及一种改善15-5PH不锈钢晶粒度的锻造方法。
背景技术
15-5PH是马氏体、沉淀硬化、铬镍铜不锈钢、具有很好的表面光滑性和尺寸稳定性。加工工艺性好，力学性能优良，耐一般腐蚀环境。15-5PH钢具有高强度、好的横向韧性，热处理工艺简单，变形小，使用性能工艺性能兼备等特点，已在飞机、舰船、导弹壳体等关键部件上得到广泛的应用。随着航空技术的飞速发展，钢在飞机上所使用的比重逐渐降低，因此需要高强度的钢材来实现飞行件结构上的减重，近年来，一些(超)高强度钢种的国产化进程进入了空前的快速发展阶段，特别是沉淀硬化不锈钢。但沉淀硬化不锈钢，比如15-5PH钢在锻造时，存在加热时晶粒开始长大，在晶粒长大的情况下，如果锻造变形量小，锻件强度会急剧下降。
发明内容
鉴于现有技术的上述情况，本发明的目的是提供一种改善15-5PH不锈钢晶粒度的锻造方法，以解决15-5PH不锈钢锻造时晶粒易长大的问题，从而确保锻件强度，提高15-5PH不锈钢构件的组织可靠性。
本发明的上述目的是利用以下的技术方案实现的：
一种改善15-5PH不锈钢晶粒度的锻造方法，所述方法包括：
(1)对15-5PH不锈钢坯料进行常规锻造成型，使坯料接近成型尺寸；
(2)依据零件形状对常规锻造成型后的坯料进行弯曲，其中坯料的锻造预热温度为850℃±50℃，加热系数为0.2～0.3min/mm，锻造加热温度为1000℃～1150℃±15℃，加热系数为0.3～0.4min/mm，保温到设定时间后，立即出炉在自由锻锤上弯曲，同时控温；
(3)对弯曲后的坯料进行热处理。
进一步地，步骤(2)中的锻造加热温度为1000℃±15℃。锻造加热温度降低，晶粒基本没有长大，更好地保证锻件强度。
进一步地，步骤(1)中的常规锻造成型是坯料的锻造预热温度为850℃±50℃，加热系数为0.2～0.3min/mm，锻造加热温度为1110℃～1150℃±15℃，加热系数为0.3～0.4min/mm，保温到设定时间后，立即出炉在自由锻锤上镦拔，同时控温，变形量为30％～40％，使坯料接近成型尺寸，每工步镦拔变形量为镦粗比为1：2～2.5，拔长比为1.5～2：1。
进一步地，步骤(3)中的热处理包括固溶处理和沉淀硬化，其中固溶处理是加热到1038℃±14℃，保温不少于30分钟的时间后，空冷至32℃以下，沉淀硬化处理是在552℃±6℃，保温4h，随后空冷。
进一步地，在步骤(3)中，采用热电偶测温，进行反馈控制炉温。
进一步地，在步骤(1)和(2)中，对工装进行200℃～300℃的预热。
本发明的方法通过把锻坯的弯曲工序安排在终锻火次完成，在终锻只有局部弯曲，没有足够大的变形量，通过降低锻造加热温度，解决了15-5PH不锈钢小变形量终锻时晶粒易长大的问题。利用本发明的方法，可使15-5PH不锈钢锻件强度、塑性和断裂韧性达到预期要求，提高15-5PH不锈钢构件的组织可靠性。
附图说明
图1是本发明方法的实施例中的坯料弯曲图。
图2是本发明方法的实施例中的原材料的晶粒度评定金相图。
图3是按照本发明的方法，1火锻造后坯料在不同厚度处的晶粒度评定金相图。
图4是按照本发明的方法，2火锻造后坯料在不同厚度处的晶粒度评定金相图。
图5是按照本发明的方法，热处理后坯料在不同厚度处的晶粒度评定金相图。
具体实施方式
为了更清楚地理解本发明的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
本发明提供一种改善15-5PH不锈钢晶粒度的锻造方法，所述方法包括：(1)对15-5PH不锈钢坯料进行常规锻造成型，使坯料接近成型尺寸；(2)依据零件形状对常规锻造成型后的坯料进行弯曲，其中坯料的锻造预热温度为850℃±50℃，加热系数为0.2～0.3min/mm，锻造加热温度为1000℃～1150℃±15℃，加热系数为0.3～0.4min/mm，保温到设定时间后，立即出炉在自由锻锤上弯曲，同时控温；(3)对弯曲后的坯料进行热处理。马氏体时效不锈钢是固溶处理后，冷至室温时总是以马氏体组织存在，由固溶态再进行时效处理产生析出相而强化。
所述步骤(1)中的常规锻造成型是坯料的锻造预热温度为850℃±50℃，加热系数为0.2～0.3min/mm，锻造加热温度为1110℃～1150℃±15℃，加热系数为0.3～0.4min/mm，保温到设定时间后，立即出炉在自由锻锤上镦拔，同时控温，变形量为30％～40％，使坯料接近成型尺寸，每工步镦拔变形量为镦粗比为1：2～2.5，拔长比为1.5～2：1。
步骤(3)中的热处理包括固溶处理和沉淀硬化，其中固溶处理是加热到1038℃±14℃，保温不少于30分钟的时间后，空冷至32℃以下，沉淀硬化处理是在552℃±6℃，保温4h，随后空冷。处理中，可采用热电偶测温，进行反馈控制炉温。
在步骤(1)和(2)中，还可对锻造用工装进行200℃～300℃的预热。
实施例一
1.1原材料
(1)15-5PH不锈钢坯料原材料化学成分按标准AMS 5659进行复检，结果为合格，见表1；
表1原材料化学成分
(2)原材料力学性能按标准AMS5659进行复检，结果为合格，见表2；
表2原材料力学性能
(3)原材料低倍组织：未见冶金缺陷，标准：AMS 5659；
(4)原材料高倍组织：未见游离态铁素体，标准：AMS 5659；
(5)原材料探伤：按Φ2.0平底孔，结果合格，标准：AMS-STD-2154中的A级；
原材料的晶粒度评定金相图如图2所示。
1.2锻造、热处理及检查
(1)第一火(即，常规锻造成型)：利用2500T自由锻锤，将Φ280mm×230mm的111.2Kg坯料拔长至160mm±5×230mm±5×385mm±10。坯料的锻造预热温度为850℃±15℃，加热系数为0.3min/mm，锻造加热温度为1130℃±15℃，加热系数为0.4min/mm，保温到设定时间后，立即出炉在自由锻锤上镦拔，同时控温，变形量为30％～40％，使坯料接近成型尺寸，每工步镦拔变形量为镦粗比为1:2.3，拔长比为1.8:1；
(2)第二火(即，弯曲)：加热温度为(850℃±1℃)×80min+(1000℃±15℃)×50min，其余加热条件同第一火，保温到设定时间后，立即出炉在自由锻锤上弯曲，同时控温，将锻件沿长度折弯至图1的尺寸。
1.3、热处理：固溶处理：小于800℃入炉+850℃×120min+1038℃×150min，散开空冷至32℃以下；沉淀硬化处理：552℃×120min(均热)+240min(保温)，空冷。
1.4、晶粒度检查：第一火完成后，沿坯料385mm方向切割20mm厚的试料，标记为D1，送检。在1/2及1/4厚度处取样进行晶粒度检测，标记分别为D1-1，D1-2，验收标准ASTME112，结果报实测。晶粒评定度如图3所示。
第二火完成后，沿坯料193mm方向切割20mm厚的试料，标记为D2，送检。在1/2及1/4厚度处取样进行晶粒度检测，标记分别为D2-1，D2-2，验收标准ASTM E112，结果报实测。晶粒评定度如图4所示。
热处理完成后，在坯料上进行标识，分别在1/2及1/4厚度处取样进行晶粒度检测，标记分别为R1-1，R1-2结果报实测。晶粒评定度如图5所示。
表3晶粒度检查结果
本发明的方法的工艺机理是：
1)沉淀硬化型马氏体不锈钢，变形温度范围较窄，工艺塑性较差，硬化倾向较大，易发生晶粒长大。锻造变形的目的是将长大后的晶粒、晶界进行破碎以得到细小的组织，保证锻件的塑形指标。
2)马氏体不锈钢当加热温度高、终锻变形程度小时，可能由于组织遗传引起低倍粗晶。对不锈钢材料除控制适宜的终锻温度外，终锻变形量应大于12％～20％。因变形范围窄，本发明通过在保证一火时变形量后，将锻坯的弯曲工序安排在了终锻火次完成。在终锻只有局部弯曲，没有足够大变形量的情况下，将锻造加热温度降低，比如从1130℃降低到1000℃±15℃，解决了马氏体不锈钢小变形量终锻时晶粒易长大的问题。试验发现，锻造加热温度如果进一步降低，会再次发生晶粒长大的现象，故在本发明中，锻造加热温度最终选为1000℃～1150℃±15℃。

Claims (6)

1.一种改善15-5PH不锈钢晶粒度的锻造方法，所述方法包括：
(1)对15-5PH不锈钢坯料进行常规锻造成型，使坯料接近成型尺寸；
(2)依据零件形状对常规锻造成型后的坯料进行弯曲，其中坯料的锻造预热温度为850℃±50℃，加热系数为0.2～0.3min/mm，锻造加热温度为1000℃～1150℃±15℃，加热系数为0.3～0.4min/mm，保温到设定时间后，立即出炉在自由锻锤上弯曲，同时控温；
(3)对弯曲后的坯料进行热处理。
2.按照权利要求1所述的方法，其中步骤(2)中的锻造加热温度为1000℃±15℃。
3.按照权利要求1所述的方法，其中步骤(1)中的常规锻造成型是坯料的锻造预热温度为850℃±50℃，加热系数为0.2～0.3min/mm，锻造加热温度为1110℃～1150℃±15℃，加热系数为0.3～0.4min/mm，保温到设定时间后，立即出炉在自由锻锤上镦拔，同时控温，变形量为30％～40％，使坯料接近成型尺寸，每工步镦拔变形量为镦粗比为1：2～2.5，拔长比为1.5～2：1。
4.按照权利要求1所述的方法，其中步骤(3)中的热处理包括固溶处理和沉淀硬化，其中固溶处理是加热到1038℃±14℃，保温不少于30分钟的时间后，空冷至32℃以下，沉淀硬化处理是在552℃±6℃，保温4h，随后空冷。
5.按照权利要求4所述的方法，其中在步骤(3)中，采用热电偶测温，进行反馈控制炉温。
6.按照权利要求1所述的方法，其中在步骤(1)和(2)中，对工装进行200℃～300℃的预热。
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