CN109680218A - 一种提高锻件冲击功的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高09MnNiD锻件冲击功的生产方法，主要涉及金属锻造领域。本发明提供了一种提高09MnNiD锻件冲击功的生产方法，包括以下步骤：(1)原材料冶炼；(2)锻造；所述的锻造过程中原材料钢锭的加热时间为JB/T6052标准加热时间的1.5‑1.8倍，加热保温温度为1220‑1240℃，原材料为钢锭时，锻造比大于3；(3)热处理；所述的热处理为先进行一次退火处理和/或一次正火处理，然后采用淬火和回火处理。本发明通过优化加热温度和加热保温时间，严格控制参数减少了锻件的内部缺陷并且增加了组织致密度，性能热处理采用调质处理，明显提高了锻件的冲击性能和稳定性。

Description

一种提高锻件冲击功的生产方法
技术领域
本发明主要涉及金属锻造领域，尤其涉及一种提高锻件冲击功的生产方法。
背景技术
09MnNiD钢是在碳锰钢的基础上添加了0.45％-0.85％的镍元素，从而改善钢的低温冲击韧性，使钢在－45-－70℃低温范围内仍保持较高的强度和低温韧性。因此，在低温承压设备零件中得到了广泛应用,随着经济的高速发展，国内石化、化工对低温高韧性用钢的需求越来越大，09MnNiD钢作为-70℃级低温钢顶替进口低温钢材得到了广泛的应用，按照NB/T47009-2017的生产标准，要求09MnNiD锻件在-70℃低温时冲击功≥60J。
热处理是锻件生产过程中不可缺少的关键工序，合理正确的热处理可以赋予锻件优良的综合力学性能，保证产品在服役条件下的安全可靠性。在09MnNiD钢锻件的生产过程中，部分产品的性能热处理需要进行外委处理。回厂的锻件在力学性能测试过程中，有时会出现低温冲击吸收功低于标准规定值，且其数值波动幅度很大，产品的低温冲击韧性不合格，影响了产品的性能，并且锻件的制造是一个复杂的系统工程，锻件的质量与锻件用钢的冶炼、坯料的加热、锻造成型、锻后热处理、粗加工、性能热处理、理化检测、精加工等环节都息息相关，因此为生产出优质的09MnNiD钢锻件应加强以下工序的质量控制：(1)提高锻件用钢的纯净度，减少钢中非金属杂质物，严格控制钢中P、S、Sn、Sb、As等有害元素的含量；(2)钢坯在锻造时要有足够的锻造比，充分压实压透内部金属打碎钢种的树枝晶组织和非金属夹杂物，并且改善其分布形态。增强锻件内部金属的致密度，减少锻件的内部缺陷；(3)在热处理时控制处理温度，改变锻件用钢的晶粒大小、组织形态、第二相大小及分布，提高锻件经过调质处理后的塑韧性和冷脆抗力。
但是，经过一系列的改进，在生产过程中，尤其是大型锻件生产过程中，依然会出现低温冲击力不足或冲击功不稳定的情况，并且针对如何提升09MnNiD钢锻件的冲击力的报道也少之又少。
中国专利申请201610013786.X公开了一种低温钢法兰锻件及其生产方法，其材料中各化学成分比重为：C：0.09-0.12；Si：0.15-0.25；Mn:1.40-1.60；P：≤0.010；S：≤0.005；Cr：≤0.20；Cu：≤0.20；Ni：0.70-0.85；Nb：≤0.05，生产方法中，利用淬火温度935℃±10℃，回火温度为670℃±10℃进行热处理，本发明提供的低温钢法兰锻件，其材料化学组成成分中，通过降低P、S的含量来降低危害，且通过增加Mn和Ni比重来提高低温韧性；对于该发明所提供的低温钢法兰锻件的生产方法中，调质状态的热处理的温度高于正火+回火的温度，提高了低温法兰锻件的机械性能，且低温冲击功显著提高，但是该生产方法并没有在根本上解决09MnNiD低温冲击功不稳定的问题。
现有技术“影响09MnNiD钢锻件低温冲击韧性的因素及对策”中公开了提高锻件低温冲击韧性的措施，其采用电炉或氧气转炉冶炼+路外精炼的镇静钢，并且对锻件进行了调质处理，与正火+高温回火相比，淬火+高温回火的调质处理可以使锻件获得更加优质的强韧性，特别是低温冲击韧性有较好的提高，09MnNiD钢锻件调质处理的淬火温度宜采用上限值(930℃～940℃)，即为了提高09MnNiD锻件的冲击功需要对各个参数进行合理控制，但是依然会出现09MnNiD锻件冲击功不合格或不稳定的现象。
发明内容
本发明为了进一步改进09MnNiD锻件冲击功不稳定和不合格的现象，对09MnNiD锻件冲击功不稳定和不合格的冲击试样进行了收集和分析，通过分析找出冲击功不合格或不稳定的原因，通过对原材料定制、锻造方法改进以及热处理方法改进，使生产的09MnNiD锻件具有优异的冲击强度、抗拉强度、屈服强度和伸长率。
为了解决现有技术中锻件存在冲击功不稳定或不合格的现象，本发明旨在提供一种提高锻件冲击功的生产方法。
一种提高09MnNiD锻件冲击功的生产方法，包括以下步骤：
(1)原材料冶炼；
所述的原材料冶炼是指把废钢或生铁中的金属提取出来得到原材料钢锭；
(2)锻造；
所述的锻造是利用锻压机械对步骤(1)中得到的原材料钢锭加热施加压力，使其产生塑性变形获得锻造后的锻件；
所述的锻造过程中原材料钢锭的加热时间为JB/T6052标准加热时间的1.5-1.8倍，加热保温温度为1220-1240℃，原材料为钢锭时，锻造比大于3；
(3)热处理；
所述的热处理是指将步骤(2)得到的锻造后的锻件在固态下，通过加热、保温和冷却的手段改变改变锻件内部微观组织，获得所需性能锻件的热加工工艺；
所述的热处理为先进行一次退火处理和/或一次正火处理，然后采用调质处理，即淬火和回火处理。
上述步骤(1)中所述的原材料冶炼为先采用电炉冶炼，然后进行炉外精炼，最后进行真空脱气的冶炼方式。
优选的，上述步骤(2)所述的锻造过程中原材料钢锭的加热时间为JB/T6052标准加热时间的1.5倍，加热保温温度为1240℃，原材料为钢锭时，锻造比大于3，原材料为轧制钢坯或为已经锻造过的材料时，锻造比大于2。
优选地，上述步骤(3)中所述的退火和正火温度为920-930℃，保温时间为1.2-1.5min/mm；优选地，所述的退火和正火温度为920℃，保温时间为1.2min/mm。
上述步骤(3)中所述的淬火温度900-920℃，保温时间为0.8-1.0min/mm，回火温度为660-690℃，保温时间为2-2.5min/mm，回火时间不低于2小时；
优选地，所述的淬火温度920℃，保温时间为0.8min/mm，回火温度为660℃，保温时间为2min/mm，回火时间不低于2小时。
上述步骤(3)所述的淬火后利用冷却水进行冷却，冷却水体积不小于500立方米，冷却水循环速度为300吨/小时，锻件出水温度不高于60℃。
其中，所述的09MnNiD锻件包括以下质量百分比的元素成分：C：0.08％-0.12％，Mn：1.4％-1.6％，P：≤0.01％，S：≤0.005％，Ni：0.70％-0.85％；Nb：0.03％-0.05％；
优选地，所述的09MnNiD锻件包括以下质量百分比的元素成分：C：0.10％-0.12％，Mn：1.5％-1.6％，P：≤0.01％，S：≤0.005％，Ni：0.80％-0.85％；Nb：0.04％-0.05％；
再优选地，所述的09MnNiD锻件包括以下质量百分比的元素成分：C：0.12％，Mn：1.6％，P：≤0.01％，S：≤0.005％，Ni：0.85％；Nb：0.05％。
上述提高09MnNiD锻件冲击功的生产方法具体包括以下步骤：
(1)、电炉冶炼：加料、造渣、出渣、熔池搅拌和脱磷硫，将矿石制成钢水；
(2)、炉外精炼：将步骤(1)中得到的钢水进行进一步精炼，得到精炼后的钢水；
(3)、真空脱气：将步骤(2)中得到的精炼后的钢水进行真空抽气，去除有害气体，得到原材料钢锭；
(4)、锻造：对步骤(3)中得到的原材料钢锭进行锻造加工，所述的锻造加热时间为JB/T6052标准时间的1.5-1.8倍，加热保温温度为1220-1240℃，原材料为钢锭时，锻造比大于3，原材料为轧制钢坯或为已经锻造过的材料时，锻造比大于2，得到锻造后的锻件；
(5)、热处理：将步骤(4)中得到的锻造后的锻件进行热处理，所述的热处理为先进行一次退火处理和/或一次正火处理，所述的退火和/或正火温度为920-930℃，保温时间为1.2-1.5min/mm，然后采用调质处理，即淬火和回火处理，所述的淬火温度900-920℃，保温时间为0.8-1.0min/mm，回火温度为660-690℃，保温时间为2-2.5min/mm，回火时间不低于2小时；淬火时进行冷却处理，冷却水循环速度为300吨/小时，锻件出水温度不高于60℃，即得到所需锻件。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种09MnNiD锻件，其材料化学组成成分通过控制各种成分的含量提高09MnNiD锻件-70℃低温冲击功；本发明还提供了一种提高09MnNiD锻件冲击功的生产方法，通过采用电炉、炉外精炼和真空脱气的冶炼方式，以及对锻造方法进行改进，优化加热温度和加热保温时间，可使钢锭加热时充分消除元素解析的影响，加热温度为1240℃，原材料为钢锭时，锻造比大于3，对该参数的严格控制减少了锻件的内部缺陷并且增加了组织致密度；对热处理方法进行了改进，在性能热处理之前，增加一次退火处理和/或一次正火处理，性能热处理采用调质处理，明显提高了锻件的冲击性能和稳定性。
具体实施方式
实施例1一种提高09MnNiD锻件冲击功的生产方法
所述的09MnNiD锻件包括以下质量百分比的元素成分：C：0.08％，Mn：1.4％，P：≤0.01％，S：≤0.005％，Ni：0.70％；Nb：0.03％；
生产方法：包括以下步骤：
(1)、电炉冶炼：加料、造渣、出渣、熔池搅拌和脱磷硫，将矿石制成钢水；
(2)、炉外精炼：将步骤(1)中得到的钢水进行进一步精炼，得到精炼后的钢水；
(3)、真空脱气：将步骤(2)中得到的精炼后的钢水进行真空抽气，去除有害气体，得到原材料钢锭；
(4)、锻造：对步骤(3)中得到的原材料钢锭进行锻造加工，所述的锻造加热时间为JB/T6052标准时间的1.5倍，加热保温温度为1220℃，原材料为钢锭时，锻造比大于3，原材料为轧制钢坯或为已经锻造过的材料时，锻造比大于2，得到锻造后的锻件；
(5)、热处理：将步骤(4)中得到的锻造后的锻件进行热处理，所述的热处理为先进行一次退火处理和一次正火处理，所述的退火和/或正火温度为
920℃，保温时间为1.2min/mm，然后采用调质处理，即淬火和回火处理，所述的淬火温度900℃，保温时间为0.8min/mm，回火温度为660℃，保温时间为2min/mm，回火时间不低于2小时；淬火时进行冷却处理，冷却水循环速度为300吨/小时，锻件出水温度不高于60℃，即得到所需锻件。
实施例2一种提高09MnNiD锻件冲击功的生产方法
所述的09MnNiD锻件包括以下质量百分比的元素成分：C：0.09％，Mn：1.5％，P：≤0.01％，S：≤0.005％，Ni：0.75％；Nb：0.04％；
生产方法：包括以下步骤：
(1)、电炉冶炼：加料、造渣、出渣、熔池搅拌和脱磷硫，将矿石制成钢水；
(2)、炉外精炼：将步骤(1)中得到的钢水进行进一步精炼，得到精炼后的钢水；
(3)、真空脱气：将步骤(2)中得到的精炼后的钢水进行真空抽气，去除有害气体，得到原材料钢锭；
(4)、锻造：对步骤(3)中得到的原材料钢锭进行锻造加工，所述的锻造加热时间为JB/T6052标准时间的1.6倍，加热保温温度为1230℃，原材料为钢锭时，锻造比大于3，原材料为轧制钢坯或为已经锻造过的材料时，锻造比大于2，得到锻造后的锻件；
(5)、热处理：将步骤(4)中得到的锻造后的锻件进行热处理，所述的热处理为先进行一次正火处理，所述的正火温度为930℃，保温时间为1.3min/mm，然后采用调质处理，即淬火和回火处理，所述的淬火温度910℃，保温时间为0.9min/mm，回火温度为670℃，保温时间为2.1min/mm，回火时间不低于2小时；淬火时进行冷却处理，冷却水循环速度为300吨/小时，锻件出水温度不高于60℃，即得到所需锻件。
实施例3一种提高09MnNiD锻件冲击功的生产方法
所述的09MnNiD锻件包括以下质量百分比的元素成分：C：0.10％，Mn：1.5％，P：≤0.01％，S：≤0.005％，Ni：0.80％；Nb：0.04％；
生产方法：包括以下步骤：
(1)、电炉冶炼：加料、造渣、出渣、熔池搅拌和脱磷硫，将矿石制成钢水；
(2)、炉外精炼：将步骤(1)中得到的钢水进行进一步精炼，得到精炼后的钢水；
(3)、真空脱气：将步骤(2)中得到的精炼后的钢水进行真空抽气，去除有害气体，得到原材料钢锭；
(4)、锻造：对步骤(3)中得到的原材料钢锭进行锻造加工，所述的锻造加热时间为JB/T6052标准时间的1.7倍，加热保温温度为1240℃，原材料为钢锭时，锻造比大于3，原材料为轧制钢坯或为已经锻造过的材料时，锻造比大于2，得到锻造后的锻件；
(5)、热处理：将步骤(4)中得到的锻造后的锻件进行热处理，所述的热处理为先进行一次退火处理，所述的退火温度为925℃，保温时间为1.4min/mm，然后采用调质处理，即淬火和回火处理，所述的淬火温度920℃，保温时间为1.0min/mm，回火温度为680℃，保温时间为2.3min/mm，回火时间不低于2小时；淬火时进行冷却处理，冷却水循环速度为300吨/小时，锻件出水温度不高于60℃，即得到所需锻件。
实施例4一种提高09MnNiD锻件冲击功的生产方法
所述的09MnNiD锻件包括以下质量百分比的元素成分：C：0.12％，Mn：1.6％，P：≤0.01％，S：≤0.005％，Ni：0.85％；Nb：0.05％。
生产方法：包括以下步骤：
(1)、电炉冶炼：加料、造渣、出渣、熔池搅拌和脱磷硫，将矿石制成钢水；
(2)、炉外精炼：将步骤(1)中得到的钢水进行进一步精炼，得到精炼后的钢水；
(3)、真空脱气：将步骤(2)中得到的精炼后的钢水进行真空抽气，去除有害气体，得到原材料钢锭；
(4)、锻造：对步骤(3)中得到的原材料钢锭进行锻造加工，所述的锻造加热时间为JB/T6052标准时间的1.5倍，加热保温温度为1240℃，原材料为钢锭时，锻造比大于3，原材料为轧制钢坯或为已经锻造过的材料时，锻造比大于2，得到锻造后的锻件；
(5)、热处理：将步骤(4)中得到的锻造后的锻件进行热处理，所述的热处理为先进行一次退火处理和一次正火处理，所述的退火和/或正火温度为920℃，保温时间为1.2min/mm，然后采用调质处理，即淬火和回火处理，所述的淬火温度920℃，保温时间为0.8min/mm，回火温度为660℃，保温时间为2min/mm，回火时间不低于2小时；淬火时进行冷却处理，冷却水循环速度为300吨/小时，锻件出水温度不高于60℃，即得到所需锻件。
对比例1
与实施例4的区别在于不进行一次退火处理和一次正火处理；其他操作与步骤与实施例4相同。
对比例2
与实施例4的区别在于不进行调质处理；其他操作与步骤与实施例4相同。
对比例3
与实施例4的区别在于：锻造加热时间为JB/T6052标准时间的2.5倍，其他操作与步骤与实施例4相同。
对比例4
与实施例4的区别在于：锻造加热时间为JB/T6052标准时间，其他操作与步骤与实施例4相同
对比例5
原材料为钢锭时，锻造比为2，其他操作与步骤与实施例4相同。
对比例6
中国专利申请201610013786.x公开的低温钢法兰锻件及其生产工艺。
性能测试
拉伸试验方法标准为GB/T228.1；
冲击试验方法标准为GB/T229；
实施例1-4公开的09MnNiD锻件机械性能检测
表1 09MnNiD锻件机械性能的比较
根据上表数据可知，通过本发明公开的生产方法制备的09MnNiD锻件的冲击功(-70℃)明显升高，并且屈服强度、抗拉强度和断后伸长率也明显高于现有技术，即本发明提供的生产方法明显解决了09MnNiD锻件的冲击功(-70℃)低且不稳定的现象。
表2 09MnNiD锻件机械性能的比较
根据上表2的检测数据可知，任一改变本发明的参数或者将热处理的步骤进行调整，都会明显影响09MnNiD锻件的性能，尤其是冲击功会明显降低，由上可知，只有使用本发明提供的方法和参数制备的09MnNiD锻件的冲击功(-70℃)明显升高，并且稳定性高。
上述内容对实施例做了详细的说明，但本发明不受上述实施方式和实施例的限制，在不脱离本发明宗旨的前提下，在本领域技术人员所具备的知识范围内还可以对其进行各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明要保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种提高09MnNiD锻件冲击功的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)原材料冶炼；
所述的原材料冶炼是指把废钢或生铁中的金属提取出来得到原材料钢锭；
(2)锻造；
所述的锻造是利用锻压机械对步骤(1)中得到的原材料钢锭加热并施加压力，使其产生塑性变形获得锻造后的锻件；
所述的锻造过程中原材料钢锭的加热时间为JB/T6052标准加热时间的1.5-1.8倍，加热保温温度为1220-1240℃，原材料为钢锭时，锻造比大于3；
(3)热处理；
所述的热处理是指将步骤(2)得到的锻造后的锻件在固态下，通过加热、保温和冷却的手段改变改变锻件内部微观组织，获得所需性能锻件的热加工工艺；
所述的热处理为先进行一次退火处理和/或一次正火处理，然后采用淬火和回火处理。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤(2)中所述的锻造过程中原材料钢锭的加热时间为JB/T6052标准加热时间的1.5倍，加热保温温度为1240℃，原材料为钢锭时，锻造比大于3，原材料为轧制钢坯或为已经锻造过的锻件时，锻造比大于2。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤(3)所述的淬火时利用冷却水进行冷却，冷却水循环速度为300吨/小时，锻件出水温度不高于60℃。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述的09MnNiD锻件包括以下质量百分比的元素成分：C：0.08％-0.12％，Mn：1.4％-1.6％，P：≤0.01％，S：≤0.005％，Ni：0.70％-0.85％；Nb：0.03％-0.05％。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：所述的09MnNiD锻件包括以下质量百分比的元素成分：C：0.10％-0.12％，Mn：1.5％-1.6％，P：≤0.01％，S：≤0.005％，Ni：0.80％-0.85％；Nb：0.04％-0.05％。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于：所述的09MnNiD锻件包括以下质量百分比的元素成分：C：0.12％，Mn：1.6％，P：≤0.01％，S：≤0.005％，Ni：0.85％；Nb：0.05％。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤(3)中所述的退火和/或正火温度为920-930℃，保温时间为1.2-1.5min/mm；优选地，所述的退火和正火温度为920℃，保温时间为1.2min/mm。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤(3)中所述的淬火温度900-920℃，保温时间为0.8-1.0min/mm，回火温度为660-690℃，保温时间为2-2.5min/mm，回火时间不低于2小时；优选地，所述的淬火温度920℃，保温时间为0.8min/mm，回火温度为660℃，保温时间为2min/mm，回火时间不低于2小时。
9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤(1)中所述的原材料冶炼为先采用电炉冶炼，然后进行炉外精炼，最后进行真空脱气的冶炼方式。
10.根据权利要求1-9任一项所述的生产方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)、电炉冶炼：加料、造渣、出渣、熔池搅拌和脱磷硫，将废钢或生铁制成钢水；
(2)、炉外精炼：将步骤(1)中得到的钢水进行进一步精炼，得到精炼后的钢水；
(3)、真空脱气：将步骤(2)中得到的精炼后的钢水进行真空抽气，去除有害气体，得到原材料钢锭；
(4)、锻造：对步骤(3)中得到的原材料钢锭进行锻造加工，所述的锻造加热时间为JB/T6052标准时间的1.5-1.8倍，加热保温温度为1220-1240℃，原材料为钢锭时，锻造比大于3，原材料为轧制钢坯或为已经锻造过的锻件时，锻造比大于2，得到锻造后的锻件；
(5)、热处理：将步骤(4)中得到的锻造后的锻件进行热处理，所述的热处理为先进行一次退火处理和/或一次正火处理，所述的退火和/或正火温度为920-930℃，保温时间为1.2-1.5min/mm，然后采用调质处理，即淬火和回火处理，所述的淬火温度900-920℃，保温时间为0.8-1.0min/mm，回火温度为660-690℃，保温时间为2-2.5min/mm，回火时间不低于2小时；猝火时进行冷却处理，冷却水循环速度为300吨/小时，锻件出水温度不高于60℃，即得到所需锻件。
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