CN110983200A - 高强度、冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度、冲击韧性中碳铬镍钼钒系钢锻件的工艺，用电炉冶炼，精炼炉精炼，两次真空处理，氩气保护浇注，电渣重熔冶炼方式形成钢锭，改进钢锭质量，提高纯净度，增强钢锻件的强度和低温冲击韧性。在16MN压机上锻造成型，锻造火次2～3火，最后一火中最后一道次变形量：15％～20％；锻造总锻造比：7.9～9.2。变形完成后，快速退火冷却到马氏体转变终了温度以下，基体产生弥散分布的马氏体，退火冷却后采用淬火、回火热处理方式进行热处理，将锻件快速奥氏体化，再结晶，细化。适宜温度回火，得性能为Rm≥1130MPa，AKV2(‑50℃)≥70J的高强度、高冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件。

Description

高强度、冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件的工艺
技术领域
本发明涉及一种钢锻件制造的工艺方法，具体涉及一种能具有高强度、冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件的工艺。
背景技术
中碳Cr-Ni-Mo-V系钢锻件是一种合金结构钢，调质处理后具有良好的综合机械性能，广泛应用于各个行业。随着科学技术的发展，Cr-Ni-Mo-V系钢锻件产品的使用状况也越加苛刻，既要其具有很高的抗拉强度，又需要有很高的低温冲击韧性。
现在Cr-Ni-Mo-V系钢锻件的冶炼方法是电炉冶炼+精炼炉精炼+氩气保护浇注，经锻造及淬火、回火后的中碳Cr-Ni-Mo-V系钢锻件的性能：Rm≥900MPa，AKV2(-40℃)≥34J，不能满足现阶段材料的需要。为此需提供一种使中碳Cr-Ni-Mo-V系钢锻件具有高强度和高低温冲击韧性的工艺
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种高强度、冲击韧性中碳铬镍钼钒系钢锻件的工艺。
本发明目的实现方式为，高强度、冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件的冶炼方法，Cr-Ni-Mo-V系钢锻件的化学成分，熔炼分析如下：C：0.33～0.36％，Cr：1.18～1.26％，Ni：3.0～3.21％，Mo：0.32～0.34％，V：0.11～0.15％；
工艺具体步骤如下：
1)先采用电炉冶炼，形成初炼钢水后进入精炼炉精炼，精炼过程中进行两次真空处理；精炼完成后在氩气保护下浇注成自耗电极；自耗电极再进行电渣重熔形成Cr-Ni-Mo-V系钢锻件钢锭；
所述精炼过程中采用两次真空处理是：第一次真空处理，真空度：80～130Pa，保持13～17分钟；第二次真空处理，真空度40～65Pa；保持14～16分钟；
所述在氩气保护下浇注自耗电极是：浇注模内通入氩气，保证炉内压强0.4～0.7MPa，时间5～7分钟；
所述电渣重熔条件是：在冷却循环水温25℃～40℃下，重熔熔速11.5～12.5Kg/min，重熔前期和末期加入Si-Ca粉脱氧剂；
所述Si-Ca粉脱氧剂加入量为0.3kg/t～0.5Kg/t，Si、Ca的重量比为Si 65％、Ca32％，其余3％为C、Al；
2)将经步骤1)冶炼的Cr-Ni-Mo-V系钢锻件钢锭重新加热至1230～1270℃后，在16MN压力的压机上锻造成型，锻造火次二～三火；
第一火次始锻温度1230～1270℃，终锻温度850～870℃；最后一火始锻温度1230～1270℃，终锻温度890～910℃；最后一火的最后一道次变形温度950～1000℃，变形量15％～20％；
锻造总锻造比：7.9～9.2；使变形均匀；
3)经步骤2)最后一道次变形完成后，采用鼓风机，按冷却速度210～240℃/h快速退火冷却；
4)将经步骤3)退火冷却的Cr-Ni-Mo-V系钢锻件采用淬火、回火的热处理方式进行热处理；
所述淬火是将钢锻件装炉升温至870～890℃后，保温2～3小时；然后出炉水冷，冷却速度：260～280℃/min；
淬火水冷完成后再重新装炉回火，回火升温至600～620℃后，保温4～6小时，然后出炉空冷，得具有高强度、高冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件。
本发明在碳铬镍钼钒系钢锻件的化学成分上，采用中碳、多种合金元素的配合；在生产工艺上，充分利用锻造、锻后退火、热处理方式，对锻件组织起调节作用。
采用本发明所获得的中碳铬镍钼钒系钢锻件具有良好的强度和低温冲击韧性，主要性能指标为：Rm≥1130MPa，AKV2(-50℃)≥70J。
具体实施方式
本发明对Cr-Ni-Mo-V系钢锻件的化学成分有严格的要求，碳是钢钢锻件中强度的重要保证，本发明限定碳0.33～0.36％，因碳过高会降低低温冲击韧性，碳过低则会降低强度。
铬元素是中等碳化物形成元素，在所有各种碳化物中，铬碳化物是最细小的一种，可均匀地分布在钢体积中，具有高的强度、硬度和高的耐磨性；在短时加热下具有阻碍晶粒长大的作用；铬元素与钼元素结合能使淬火钢中残余奥氏体增加，而有助于获得需要的碳化物相；铬元素与镍元素结合能大大提高结构钢的强度和塑性。
镍元素一方面即强烈提高钢的强度，另一方面又始终使韧性保持极高的水平；可以阻止高温时晶粒的增长，使钢保持细晶粒组织。钼元素可细化晶粒，降低钢的过热倾向性，提高轻度、硬度和热稳定性；钼元素与铬元素、镍元素结合可大大提高淬透性，细化晶粒，提高韧性，使锻造加工更加容易；抑制回火脆性。钒元素细化晶粒，提高钢的轻度和韧性，减小过热敏感性，提高热稳定性。
本发明采用电炉冶炼，精炼炉精炼，两次真空处理，氩气保护浇注，电渣重熔冶炼方式。采用电渣重熔，可通过电极熔化及再结晶凝固形成钢锭，改进钢锭的质量，提高钢的纯净度，从而增强钢锻件的强度和低温冲击韧性。
钢锭在15MN以上压力的压机上锻造成型，锻造火次二～三火，最后一火中最后一道次变形均匀，变形量≥15％；锻造总锻造比≥7。变形完成后，快速退火冷却到马氏体转变终了温度以下，不得有铁素体析出，使基体成为更加细化，且弥散分布的板条状马氏体。
在16MN压力的压机上锻造成型，锻造火次二火；第一火次始锻温度1230～1270℃，终锻温度850～870℃；第二火始锻温度始锻温度1230～1270℃，终锻温度890～910℃；最后一火的最后一道次变形温度950～1000℃，变形量15％～20％。
在16MN压力的压机上锻造成型，锻造火次三火；第一火次始锻温度1230～1270℃，终锻温度850～870℃；第二火始锻温度1230～1240℃，终锻温度860～870℃，第三火始锻温度1230～1270℃，终锻温度890～910℃；最后一火的最后一道次变形温度950～1000℃，变形量15％～20％。
退火冷却后采用淬火+回火的热处理方式进行热处理，以弥散分布的板条状马氏体为原始组织进行后续的调速冷却，将锻件快速奥氏体化，保温时间按下限保温。
奥氏体进一步再结晶，奥氏体晶粒进一步细化。随后在适宜的温度进行回火，得到具有高强度、高冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件。中碳铬镍钼钒系钢锻件的性能指标：Rm≥1130MPa，AKV2(-50℃)≥70J。
下面用具体实施例详述本发明：
冶炼具体步骤如下：
实施例1：Cr-Ni-Mo-V系钢锻件的化学成分熔炼分析如下：C：0.36％，Cr：1.2％，Ni：3.0％，Mo：0.32％，V：0.11％。
1)先采用电炉冶炼，形成初炼钢水后进入精炼炉精炼，精炼过程中进行两次真空处理；精炼完成后在氩气保护下浇注成自耗电极；自耗电极再进行电渣重熔形成Cr-Ni-Mo-V系钢锻件钢锭；
所述精炼过程中两次真空处理：第一次真空处理，真空度：80Pa，保持时间15分钟；第二次真空处理，真空度40Pa，保持时间15分钟；
所述在氩气保护下浇注自耗电极：浇注模内通入氩气，保持炉内压强0.4MPa，时间6分钟；
所述电渣重熔条件：在冷却循环水温25℃下，重熔熔速12Kg/min，重熔前期和末期加入Si-Ca粉脱氧剂；
所述Si-Ca粉脱氧剂加入量0.3kg/t，Si、Ca的重量比为Si 65％、Ca 32％，其余3％为C和Al等残余。
2)将经步骤1)冶炼的Cr-Ni-Mo-V系钢锻件钢锭重新加热至1230℃后，在16MN压力的压机上锻造成型，锻造火次3火；
第一火次始锻温度1230℃，终锻温度850℃；第二火始锻温度1240℃，终锻温度860℃，第三火始锻温度1230℃，终锻温度890℃；
最后一火的最后一道次，变形温度950℃，变形量15％；锻造总锻造比8.7；使变形均匀。
3)经步骤2)最后一道次变形完成后，采用鼓风机，按冷却速度210℃/h快速退火冷却；
4)将经步骤3)退火冷却的Cr-Ni-Mo-V系钢锻件采用淬火、回火的热处理方式进行热处理；
所述淬火是将钢锻件装炉升温至870℃后，保温2小时；然后出炉水冷，冷却速度260℃/min；
淬火水冷完成后再重新装炉回火，回火升温至600℃后，保温4小时，然后出炉空冷，得具有高强度、高冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件。
夲实施例所得具有高强度、高冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件力学性能，Rm：1157MPa，AKV2(-50℃)：96J、104J、100J。
实施例2：同实施例1，不同的是，
Cr-Ni-Mo-V系钢锻件的化学成分熔炼分析如下：C：0.34％，Cr：1.22％，Ni：3.02％，Mo：0.34％，V：0.11％；
冶炼具体步骤如下：
1)第一次真空处理，真空度：100Pa，保持时间13分钟；第二次真空处理，真空度50Pa，保持时间14分钟；
浇注模内通入氩气，保持炉内压强0.6MPa，时间5分钟；
所述电渣重熔条件：在冷却循环水温30℃下，重熔熔速12.5Kg/min，重熔前期和末期加入Si-Ca粉脱氧剂；Si-Ca粉脱氧剂加入量0.5Kg/t。
2)将经步骤1)冶炼的Cr-Ni-Mo-V系钢锻件钢锭重新加热至1270℃后，在16MN压力的压机上锻造成型，锻造火次二火；
第一火次始锻温度1270℃，终锻温度860℃；第二火始锻温度1250℃，终锻温度910℃；
最后一火的最后一道次，变形温度970℃，变形量18.5％；锻造总锻造比8.2；
3)采用鼓风机，按冷却速度230℃/h快速退火冷却；
4)Cr-Ni-Mo-V系钢锻件采用淬火、回火的热处理方式进行热处理；
所述淬火是将钢锻件装炉升温至880℃后，保温3小时；然后出炉水冷，冷却速度270℃/min；
淬火水冷完成后再重新装炉回火，回火升温至610℃后，保温6小时，然后出炉空冷，得具有高强度、高冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件。
夲实施例所得具有高强度、高冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件力学性能，Rm：1141MPa，AKV2(-50℃)：70J、72J、80J。
实施例3：同实施例1，不同的是，
Cr-Ni-Mo-V系钢锻件的化学成分熔炼分析如下：C：0.33％，Cr：1.18％，Ni：3.0％，Mo：0.33％，V：0.13％；
冶炼具体步骤如下：
1)第一次真空处理，真空度：130Pa，保持时间16分钟；第二次真空处理，真空度65Pa，保持时间15分钟；
浇注模内通入氩气，保持炉内压强0.7MPa，时间5分钟；
所述电渣重熔条件：在冷却循环水温40℃下，重熔熔速12Kg/min，重熔前期和末期加入Si-Ca粉脱氧剂；Si-Ca粉脱氧剂加入量0.4Kg/t。
2)将经步骤1)冶炼的Cr-Ni-Mo-V系钢锻件钢锭重新加热至1250℃后，在16MN压力的压机上锻造成型，锻造火次二火；
第一火次始锻温度1250℃，终锻温度870℃；第二火始锻温度1270℃，终锻温度900℃；
最后一火的最后一道次，变形温度1000℃，变形量16.7％；锻造总锻造比7.9；
3)采用鼓风机，按冷却速度240℃/h快速退火冷却；
4)Cr-Ni-Mo-V系钢锻件采用淬火、回火的热处理方式进行热处理；
所述淬火是将钢锻件装炉升温至890℃后，保温2.5小时；然后出炉水冷，冷却速度280℃/min；
淬火水冷完成后再重新装炉回火，回火升温至620℃后，保温5小时，然后出炉空冷，得具有高强度、高冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件。
夲实施例所得具有高强度、高冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件力学性能，Rm：1138MPa，AKV2(-50℃)：82J、77J、80J。
实施例4：同实施例1，不同的是，
Cr-Ni-Mo-V系钢锻件的化学成分熔炼分析如下：C：0.36％，Cr：1.26％，Ni：3.21％，Mo：0.32％，V：0.15％；
冶炼具体步骤如下：
1)第一次真空处理，真空度：120Pa，保持时间17分钟；第二次真空处理，真空度60Pa，保持时间16分钟；
浇注模内通入氩气，保持炉内压强0.4MPa，时间5分钟；
所述电渣重熔条件：在冷却循环水温32℃下，重熔熔速11.5Kg/min，重熔前期和末期加入Si-Ca粉脱氧剂；Si-Ca粉脱氧剂加入量0.5Kg/t。
2)将经步骤1)冶炼的Cr-Ni-Mo-V系钢锻件钢锭重新加热至1260℃后，在16MN压力的压机上锻造成型，锻造火次三火；
第一火次始锻温度1260℃，终锻温度850℃；第二火始锻温度1230℃，终锻温度870℃，第三火始锻温度1270℃，终锻温度890℃；，
最后一火的最后一道次，变形温度980℃，变形量20％；锻造总锻造比9.2；
3)采用鼓风机，按冷却速度230℃/h快速退火冷却；
4)Cr-Ni-Mo-V系钢锻件采用淬火、回火的热处理方式进行热处理；
所述淬火是将钢锻件装炉升温至880℃后，保温3小时；然后出炉水冷，冷却速度270℃/min；
淬火水冷完成后再重新装炉回火，回火升温至620℃后，保温6小时，然后出炉空冷，得具有高强度、高冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件。
夲实施例所得具有高强度、高冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件力学性能，Rm：1140MPa，AKV2(-50℃)：70J、73J、73J。

Claims (4)

1.高强度、冲击韧性中碳铬镍钼钒系钢锻件的工艺，其特征在于：Cr-Ni-Mo-V系钢锻件的化学成分，熔炼分析如下：C：0.33～0.36％，Cr：1.18～1.26％，Ni：3.0～3.21％，Mo：0.32～0.34％，V：0.11～0.15％；
工艺具体步骤如下：
1)先采用电炉冶炼，形成初炼钢水后进入精炼炉精炼，精炼过程中进行两次真空处理；精炼完成后在氩气保护下浇注成自耗电极；自耗电极再进行电渣重熔形成Cr-Ni-Mo-V系钢锻件钢锭；
所述精炼过程中采用两次真空处理是：第一次真空处理，真空度：80～130Pa，保持13～17分钟；第二次真空处理，真空度40～65Pa；保持14～16分钟；
所述在氩气保护下浇注自耗电极是：浇注模内通入氩气，保证炉内压强0.4～0.7MPa，时间5～7分钟；
所述电渣重熔条件是：在冷却循环水温25℃～40℃下，重熔熔速11.5～12.5Kg/min，重熔前期和末期加入Si-Ca粉脱氧剂；
所述Si-Ca粉脱氧剂加入量为0.3kg/t～0.5Kg/t，Si、Ca的重量比为Si 65％、Ca 32％，其余3％为C、Al。
2)将经步骤1)冶炼的Cr-Ni-Mo-V系钢锻件钢锭重新加热至1230～1270℃后，在16MN压力的压机上锻造成型，锻造火次二～三火；
第一火次始锻温度1230～1270℃，终锻温度850～870℃；最后一火始锻温度1230～1270℃，终锻温度890～910℃；最后一火的最后一道次变形温度950～1000℃，变形量15％～20％；
锻造总锻造比：7.9～9.2；使变形均匀；
3)经步骤2)最后一道次变形完成后，采用鼓风机，按冷却速度210～240℃/h快速退火冷却；
4)将经步骤3)退火冷却的Cr-Ni-Mo-V系钢锻件采用淬火、回火的热处理方式进行热处理；
所述淬火是将钢锻件装炉升温至870～890℃后，保温2～3小时；然后出炉水冷，冷却速度：260～280℃/min；
淬火水冷完成后再重新装炉回火，回火升温至600～620℃后，保温4～6小时，然后出炉空冷，得具有高强度、高冲击韧性的中碳铬镍钼钒系钢锻件。
2.根据权利要求1所述的高强度、冲击韧性中碳铬镍钼钒系钢锻件的工艺，其特征在于：步骤2)在16MN压力的压机上锻造成型，锻造火次二火；
第一火次始锻温度1230～1270℃，终锻温度850～870℃；第二火始锻温度始锻温度1230～1270℃，终锻温度890～910℃；最后一火的最后一道次变形温度950～1000℃，变形量15％～20％。
3.根据权利要求1所述的高强度、冲击韧性中碳铬镍钼钒系钢锻件的冶炼方法，其特征在于：步骤2)在16MN压力的压机上锻造成型，锻造火次三火；
第一火次始锻温度1230～1270℃，终锻温度850～870℃；第二火始锻温度1230～1240℃，终锻温度860～870℃，第三火始锻温度1230～1270℃，终锻温度890～910℃；最后一火的最后一道次变形温度950～1000℃，变形量15％～20％。
4.根据权利要求1所述的高强度、冲击韧性中碳铬镍钼钒系钢锻件的工艺，其特征在于：步骤3)变形完成后，快速退火冷却到马氏体转变终了温度以下，不得有铁素体析出，使基体成为细化且弥散分布的板条状马氏体。
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