CN110592489A - 一种f6nm马氏体不锈钢泵轴锻件原料的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种F6NM马氏体不锈钢泵轴锻件原料的生产方法，其步骤为：1)坯钢选择；2)锻造：始锻温度1180℃，终锻温度为850℃，锻造比＞4.2:1；3)锻后性能热处理：淬火：≤200℃/h升温至750℃保温2～5h后，升温至1030～1050℃，保温4～15h后油冷，冷却油要搅拌或循环；第一次回火温度为670～690℃保温10～30h后空冷，第二次回火温度为600～615℃，保温10～30h后空冷。本申请公开的技术方案，通过精炼配方设计、锻造工艺、锻后性能热处理工艺优化，使得马氏体不锈钢泵轴锻件原料，具有晶粒细化、淬透性高、综合力学性能好等优势。获得的马氏体不锈钢泵轴锻件原料可被广泛应用于油气、能源、化工及军事等领域。

Description

一种F6NM马氏体不锈钢泵轴锻件原料的生产方法
技术领域
本发明具体涉及一种F6NM马氏体不锈钢泵轴锻件原料的生产方法。
背景技术
采油对设备的要求是耐腐、耐压、抗冲击等要求。采油技术目前美国最先进，世界几大采油设备制造公司均在美国，如：NOV、DQM、FMC、CMR、GE等。开发采油设备上的锻件是研发设备的关键，随着世界能源形势日趋紧张，向深海采油是今后的发展方向，我国现是世界第一耗能大国，而且我国的南海有着大量的海底石油，因此说开发深海采油设备上的锻件是有十分广泛的前景。
采油设备用锻件的材料，主要有F6NM、4130、F22、8630等材料，主要用于深海阀体、活塞杆、阀盖等。目前市场中的锻件质量达不能满足的深海采油设备产品要求，主要存在的问题是机械性能不过关，内部存在疏松、微裂纹、晶粒粗大等缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种F6NM马氏体不锈钢泵轴锻件原料的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种F6NM马氏体不锈钢泵轴锻件原料的生产方法，其步骤为：
1)坯钢选择：按质量百分含量，坯钢的化学组成为：C≤0.02％，Si≤0.20％，Mn：0.50～1.00％，P≤0.020％，S≤0.020％，Cr：12.50～13.00％，Mo：0.40～0.45％，Ni：3.8～4.0％，Cu：≤0.20％，Nb：≤0.050％，Ti：≤0.010％，V：0.030～0.060％，B：≤0.0005％，Ca：≤0.005％，H：≤2ppm，O：≤20ppm，N：≤100ppm；其余元素为Fe和其他残余元素；
优化Ni、Mo、V、N等元素配比，降低碳含量，提升综合力学性能，用来制造性能要求更为严苛的锻件；Ni为奥氏体形成元素，可提高基体的韧性，从而改善可塑性、可焊接性和韧性等，显著提升低温力学性能。Mo、V能提高淬透性及回火稳定性，在获得相同强度的同时可提高回火温度，对塑性、冲击轫性有很大的帮助；V还可以细化晶粒，同时提高强度及韧性；N作为强奥氏体形成元素，可以替代部分Ni来降低成本，同时N的加入能显著提高不锈钢的强度及耐蚀性能；降低碳含量可以提高焊接性能及耐腐蚀性能；
2)锻造：始锻温度1180℃，终锻温度为850℃，锻造比＞4.2:1；
始锻温度1180℃，超过1180℃容易造成过热，甚至过烧；根据坯料的大小确定合理的保温时间，合理的保温时间是保证晶粒不易粗大的基础；终锻温度为850℃，过低的终锻温度将增大零件开裂的可能性，终锻温度过高易形成粗大晶粒；锻造比＞4.2:1，这样可确保锻造后结构紧密，而且能打碎粗大的奥氏体晶粒，夹杂物弥散分布，消除带状组织，减轻各向异性；当锻锻温度为850～880℃时，采用轻打快锻的锻造工艺，可以使晶粒更细小，对提高力学性能奠定基础；
3)锻后性能热处理：淬火：≤200℃/h升温至750℃保温2～5h后，升温至1030～1050℃，保温4～15h后油冷，冷却时要控制入油油温为20～80℃、出油油温≤100℃，冷却油要强力搅拌或循环，确保工件快速冷透，提高淬硬层深度、提高力学性能；第一次回火温度为670～690℃保温10-30h后空冷，第二次回火温度为600～615℃，保温10～30h后空冷。
淬火后获得板条马氏体组织，经二次回火后部分马氏体将发生逆转变，形成的逆转变奥氏体分布在板条马氏体基体之间，使钢的韧性提高，在不明显降低强度的情况下改善塑形和焊接性。逆转变奥氏体量与回火温度及保温时间有非常大的关系，通过调整回火温度和时间两个参数可获得不同量的逆转变奥氏体，进而满足不同的力学性能要求。
F6NM材料是高合金钢。这种材料淬透性非常高，要获得高的性能不仅要完善锻造工艺，而且还需良好的热处理工艺，通过上述的锻后性能热处理工艺，从而获得细小晶粒和良好的强韧性。
有益效果：F6NM材料属于低碳马氏体不锈钢，是在传统的Cr13型马氏体不锈钢基础上，通过降低碳含量并加入镍、钼来获得优异的塑性、韧性及焊接性能，同时具有较好的强度和耐蚀性能。
本申请公开的技术方案，通过精炼配方设计、锻造工艺、锻后性能热处理工艺优化，使得马氏体不锈钢泵轴锻件原料，具有晶粒细化、淬透性高、综合力学性能好等优势。获得的马氏体不锈钢泵轴锻件原料可被广泛应用于油气、能源、化工及军事等领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的方法予以进一步地说明，但并不因此而限制本发明。
所述的F6NM马氏体不锈钢泵轴锻件原料的生产方法，其步骤为：
1)坯钢选择：按质量百分含量，坯钢的化学组成为：C≤0.02％，Si≤0.20％，Mn：0.50～1.00％，P≤0.020％，S≤0.020％，Cr：12.50～13.00％，Mo：0.40～0.45％，Ni：3.8～4.0％，Cu：≤0.20％，Nb：≤0.050％，Ti：≤0.010％，V：0.030～0.060％，B：≤0.0005％，Ca：≤0.005％，H：≤2ppm，O：≤20ppm，N：≤100ppm；其余元素为Fe和其他残余元素；
2)锻造：始锻温度1180℃，终锻温度为850℃，锻造比＞4.2:1；
始锻温度1180℃，超过1180℃容易造成过热，甚至过烧；根据坯料的大小确定合理的保温时间，合理的保温时间是保证晶粒不易粗大的基础；终锻温度为850℃，过低的终锻温度将增大零件开裂的可能性，终锻温度过高易形成粗大晶粒；锻造比＞4.2:1，这样可确保锻造后结构紧密，而且能打碎粗大的奥氏体晶粒，夹杂物弥散分布，消除带状组织，减轻各向异性；当锻锻温度为850～880℃时，采用轻打快锻的锻造工艺，可以使晶粒更细小，对提高力学性能奠定基础；
3)锻后性能热处理：淬火：≤200℃/h升温至750℃保温2～5h后，升温至1030～1050℃，保温4～15h后油冷，冷却时要控制入油油温为20～80℃、出油油温≤100℃，冷却油要强力搅拌或循环，确保工件快速冷透，提高淬硬层深度、提高力学性能；第一次回火温度为670～690℃保温10-30h后空冷，第二次回火温度为600～615℃，保温10～30h后空冷。
所述的马氏体不锈钢泵轴锻件原料的技术指标：
指标项目 本产品 指标值
抗拉强度σb/MPa 740 ≥689
屈服强度σ0.2/MPa 560 ≥551
硬度/HB 234/235/235 217～237
伸长率δ/％ 18 40
断面收缩率ψ/％ 26 77
冲击韧性(-29℃)KV2 216/216/232 ≥42
试制样产经张家港市海宇金属材料研究有限公司检测，各项指标均已符合美国ASTM A370-14标准，达到了国内外同类产品的先进水平。

Claims (3)

1.一种F6NM马氏体不锈钢泵轴锻件原料的生产方法，其步骤为：
1)坯钢选择：按质量百分含量，坯钢的化学组成为：C≤0.02％，Si≤0.20％，Mn：0.50～1.00％，P≤0.020％，S≤0.020％，Cr：12.50～13.00％，Mo：0.40～0.45％，Ni：3.8～4.0％，Cu：≤0.20％，Nb：≤0.050％，Ti：≤0.010％，V：0.030～0.060％，B：≤0.0005％，Ca：≤0.005％，H：≤2ppm，O：≤20ppm，N：≤100ppm；其余元素为Fe和其他残余元素；
2)锻造：始锻温度1180℃，终锻温度为850℃，锻造比＞4.2:1；
3)锻后性能热处理：淬火：≤200℃/h升温至750℃保温2～5h后，升温至1030～1050℃，保温4～15h后油冷，冷却油要搅拌或循环；第一次回火温度为670～690℃保温10～30h后空冷，第二次回火温度为600～615℃，保温10～30h后空冷。
2.根据权利要求1所述的一种F6NM马氏体不锈钢泵轴锻件原料的生产方法，其特征在于：所述的步骤2)锻造中，当锻锻温度为850～880℃时，采用轻打快锻的锻造工艺。
3.根据权利要求1所述的一种F6NM马氏体不锈钢泵轴锻件原料的生产方法，其特征在于：所述的步骤3)锻后性能热处理中，油冷冷却时要控制入油油温为20～80℃、出油油温≤100℃。
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