CN109943782B - 一种00Cr17Ni14Mo2不锈钢阀块的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种00Cr17Ni14Mo2不锈钢阀块的加工方法，该不锈钢阀块适合在高压、腐蚀环境下使用，尤其可用于制作高渗透腐蚀气氛下使用的高压阀门。制备步骤包括真空熔炼铸造，按照比例配制合金料，通过真空熔炼得到铸锭；合金的质量百分比组成为：Ni 10～15wt％，Cr 15～18wt％，Mo 2～3wt％，其余为Fe；热锻或热轧开坯获得挤压坯料；中温静液挤压获得方截面厚板料；冷压强化整形处理获得阀块；低温去应力热处理。采用本发明加工工艺制造的00Cr17Ni14Mo2不锈钢阀块兼具高强度、高韧性、高耐蚀、高气密等特性，可用于制造阀体类零件，尤其适于高渗透腐蚀气氛下使用的高压阀门的阀体零件。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造高强高韧00Cr17Ni14Mo2不锈钢阀块的加工方法，具体而言，涉及高压、腐蚀环境下使用的，尤其适于高渗透腐蚀气氛下高压阀门使用的00Cr17Ni14Mo2不锈钢的阀体的加工工艺。
背景技术
00Cr17Ni14Mo2是纯净化奥氏体不锈钢，因含C量低，镍、铬量高，所以耐蚀性好，其耐腐蚀性高于304不锈钢。00Cr17Ni14Mo2耐晶间腐蚀性好，而且韧性极好，耐腐优异，耐酸性好，有良好的综合性能和工艺性，因此在石油、化工、核电阀门中得到大量应用。但此钢强度、硬度偏低，为了获得较好的硬化组织以适于制造高压阀门，通常采用大的冷加工率以提高材料的力学性能，但常规冷加工获得的高强状态，材料韧性和耐蚀性降低较多，难以满足特殊气氛高压条件下安全性和耐久性的使用要求。因此，通过改进加工工艺，使00Cr17Ni14Mo2合金同时具备高强、高韧、并保持良好的耐蚀性能，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强高韧00Cr17Ni14Mo2阀块材料的制备方法，解决传统工艺中该材料强度和韧性难以同步提高且单纯依靠冷加工实现材料强化所导致的耐蚀性降低、高压安全性下降等问题。
本发明00Cr17Ni14Mo2阀块材的制备工艺，首先采用真空熔炼制作低碳低硫低磷纯净化坯料，通过中温静液挤压形变处理方法获得细小均匀组织，在提高材料强度的同时，保持很高的工艺塑性。通过小加工率冷压变形，获得接近阀体尺寸的板料，无需再进行机械加工，保留了完整的加工流线的同时对厚度方向高压危险表面进行了强化处理。最后经过低温热处理，得到的高强度00Cr17Ni14Mo2阀块板料，这种板料表层具有较高的硬度强度，芯部高强高韧，同时具有良好的安全性、耐蚀性，可以直接加工出高压阀块。
一种高强高韧00Cr17Ni14Mo2阀块的制备方法，包括如下主要步骤：
(1)真空熔炼铸造：按照比例配制合金料，通过真空熔炼得到铸锭；合金的质量百分比组成为：Ni 10～15wt％，Cr 15～18wt％，Mo 2～3wt％，其余为Fe；
(2)热锻或热轧开坯获得挤压坯料；
(3)中温静液挤压获得方截面厚板料；
(4)冷压强化整形处理获得阀块；
(5)低温去应力热处理。
步骤(1)中，合金的质量百分比组成优选为：Ni 13～15wt％，Cr 16～18wt％，Mo2～3wt％，其余为Fe；更优选为：Ni 13～14wt％，Cr 15.5～17.5wt％，Mo 2～2.5wt％，其余为Fe；最优选为：Ni 14wt％，Cr 17wt％，Mo 2wt％，其余为Fe。
经过真空熔炼获得的纯净铸锭中，杂质的含量为：C≤0.025wt％，S≤0.02wt％，P≤0.02wt％。
步骤(2)中，热锻或热轧开坯时，锻造比大于4，终锻温度大于900℃，水冷冷却。热锻或热轧开坯获得的挤压坯料(棒坯)的晶粒度不小于3级。
步骤(3)中，中温静液挤压为沿阀块厚度垂直方向挤出变形，挤出的板料厚度为最终成品阀块厚度的1.1～1.3倍。中温静液挤压的温度为500℃～850℃，优选为600℃～850℃；挤压比为4～8，挤压速度为15～30mm/s。
步骤(4)中，采用一定的变形速率对厚阀块进行冷压加工，使变形后的板料厚度与成品阀块厚度相同或保留微小的磨削加工余量。冷压强化整形处理过程中，冷压变形率为10％～30％，优选为15％～25％；冷压变形速度为0.05～1mm/s。
步骤(5)中，对阀块进行低温热处理，去应力热处理制度为加热温度为200℃～450℃，优选为300℃～450℃；保温时间为2～6小时。
本发明的有益效果：
本发明00Cr17Ni14Mo2阀块材的制备方法，通过中温静液挤压形变工艺对坯料进行改性加工，获得细小均匀基体组织，即有利于维持材料的塑性，又有利于强化效果的实现。通过冷压对材料表面进行冷变形，实现表面强化，使得阀块抗高压安全性接近于一般的冷加工强化阀块。经本发明方法处理后的00Cr17Ni14Mo2阀块材，芯部强度较常规工艺提高10％以上(700Mpa)，同时保留了很高的塑性(＞30％)，表面硬度达到HRc30，腐蚀性能保持不变，解决了传统上单纯依赖冷强化处理提高强度导致的耐蚀性差的问题，适合有特殊强度、韧性、耐磨性、耐蚀性要求的产品应用。
采用本发明加工工艺制造的00Cr17Ni14Mo2不锈钢阀块兼具高强度、高韧性、高耐蚀、高气密等特性，可用于制造阀体类零件，尤其适于高渗透腐蚀气氛下使用的高压阀门的阀体零件。
具体实施方式
本发明制备高强高韧00Cr17Ni14Mo2阀块的方法，包括如下步骤：1.真空熔炼铸锭；2.热锻开坯制取挤压坯料；3.中温静液挤压形成均匀细晶组织板料；4.低温热压强化整形；5.去除应力退火处理。
步骤1：00Cr17Ni14Mo2不锈钢熔炼铸造
按比例配合金料，经过真空熔炼得到铸锭。成分为：Ni：3～5wt％，Cr：15～18wt％，Mo：2～3wt％，其余为Fe；所获得的纯净铸锭中，C≤0.025％，S≤0.02％，P≤0.02％。
步骤2：热锻或热轧开坯获取挤压坯料：锻造比≥4，终锻温度≥900℃，水冷冷却。获得的棒坯晶粒度应不小于3级。
步骤3：中温静液挤压形变处理
中温静液挤压为沿阀块厚度垂直方向挤出变形，挤出的板料厚度为阀块实际要求厚度的1.1～1.3倍。使用中温静液挤压工艺对棒料进行挤压，挤出的是厚度与成品阀块厚度成比例的厚板料，以获取高强高韧阀体组织。中温静液挤压温度为600℃～850℃，挤压比4～8，挤压速度15～30mm/s。
步骤4：冷压变形
采用一定的变形速率对厚阀块进行冷压加工，使变形后的板料厚度与成品阀块厚度一致或保留微小的磨削加工余量，本工序可以实现如下作用1、阀块的整形2、对表面奥氏体组织进行冷加工强化3、保留阀块内部高强高韧状态。
优选的，冷压挤压变形率为15％～25％，变形速度0.05～1mm/s，冷压后板料的厚度即为高压阀块的厚度。
步骤5：低温热处理。
热处理的温度为300℃～450℃，保温时间为2～6h。
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
采用本发明方法制取一种高压阀门用阀块，阀块尺寸80*100mm，厚度30mm，要求芯部强度＞600Mpa，延伸率＞30％，表面硬度HRc＞30，晶粒度＞7级。
制备00Cr17Ni14Mo2阀块的实施工艺如下：
1、真空中频炉熔炼铸锭：按以下比例配合金料：Ni：13～15wt％，Cr：15.5～17.5wt％，Mo：2～3wt％，其余为Fe；经过真空熔炼得到铸锭，铸锭中：C≤0.025％，S≤0.02％，P≤0.02％。
2、热锻开坯获取挤压坯料：热锻或热轧开坯时，锻造比为5，终锻温度大于900℃，水冷冷却。获得的挤压棒坯的晶粒度不小于3级。
3、中温静液挤压形变处理：坯料加热温度为750℃，挤压比为6，挤压速度为20mm/s，挤出宽度为80mm，厚度为35mm的板料。
4、冷压板料：机加工将挤压板料切出80*100*35mm块料，进行冷压加工，冷压变形速率0.2mm/s，获得接近成品阀块尺寸的80*100*30mm块料。
5、低温处理：对块料进行低温去应力处理，热处理温度为400℃，保温时间为4小时。
采用上述工艺制备的30mm厚00Cr17Ni14Mo2阀块，芯部强度＞700Mpa，晶粒度＞7级，表面硬度HRc＞30，延伸率＞30％，可以满足制备高压阀块的要求。
本发明工艺制备的不锈钢阀块适合在高压、腐蚀环境下使用，尤其可用于制作高渗透腐蚀气氛下使用的高压阀门。
Claims (5)
1.一种高强高韧00Cr17Ni14Mo2阀块的制备方法，包括如下主要步骤：
(1)真空熔炼铸造：按照比例配制合金料，通过真空熔炼得到铸锭；合金的质量百分比组成为：Ni 10～15wt％，Cr 15～18wt％，Mo 2～3wt％，其余为Fe；
(2)热锻或热轧开坯获得挤压坯料；
(3)中温静液挤压获得方截面厚板料，所述的中温静液挤压为沿阀块厚度垂直方向挤出变形，挤出的板料厚度为成品阀块厚度的1.1～1.3倍；所述的中温静液挤压温度为500℃～850℃，挤压比为4～8，挤压速度为15～30mm/s；
(4)冷压强化整形处理获得阀块，所述的冷压强化整形处理为采用一定的变形速率对厚阀块进行冷压加工，使变形后的板料厚度与成品阀块厚度相同或保留微小的磨削加工余量；所述的冷压强化整形处理时，冷压变形率为10％～30％，冷压变形速度为0.05～1mm/s；
(5)低温去应力热处理，所述的低温去应力热处理的温度为200℃～450℃，保温时间为2～6小时。
2.根据权利要求1所述的高强高韧00Cr17Ni14Mo2阀块的制备方法，其特征在于：该合金的质量百分比组成为：Ni 13～15wt％，Cr 16～18wt％，Mo 2～3wt％，其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的高强高韧00Cr17Ni14Mo2阀块的制备方法，其特征在于：所述的铸锭中杂质的含量为：C≤0.025wt％，S≤0.02wt％，P≤0.02wt％。
4.根据权利要求1所述的高强高韧00Cr17Ni14Mo2阀块的制备方法，其特征在于：热锻或热轧开坯时，锻造比大于4，终锻温度大于900℃，水冷冷却。
5.根据权利要求4所述的高强高韧00Cr17Ni14Mo2阀块的制备方法，其特征在于：热锻或热轧开坯获得的挤压坯料的晶粒度不小于3级。
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