CN111445960B - 14Cr17Ni2钢的锻造工艺参数的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种14Cr17Ni2钢的锻造工艺参数的优化方法，包括：根据热压缩模拟实验获得的流变数据绘制加工硬化率曲线图，研究实验钢动态再结晶临界应变，直接获得变形工艺条件对临界应变的影响规律，从而更快、更准地得出始锻温度和终锻温度；以真应力真应变曲线数据为基础，通过绘制不同应变下的功率耗散图和不同应变下的流变失稳图建立热加工图，用于确定实验钢在不同应变下的加工安全区和失稳区，效率高，确认温度精度高；得到优化的始锻温度和终锻温度；并且根据优化后的始锻温度和终锻温度对钢进行锻造实验，确定各自的保温时间；最终通过检测微观组织是否符合要求得到锻造工艺的最佳参数，故直接通过观察组织得到锻造质量的肯定。

Description

14Cr17Ni2钢的锻造工艺参数的优化方法

技术领域

本发明属于大锻件锻造技术领域，具体涉及一种14Cr17Ni2钢的锻造工艺参数的优化方法。

背景技术

公开号为CN106854733A的专利“一种14Cr17Ni2不锈钢锻件的制造工艺”中有提到锻造工艺参数，包括始锻温度及其保温时间，终锻温度及其保温时间。文中根据锻件中δ铁素体含量的多少来确定锻造工艺参数。通过材料相图计算结果结合实际锻造过程，发现保温温度会对锻件中的δ铁素体含量产生明显的影响，保温温度从1000℃到1200℃，锻件的平衡组织δ铁素体含量呈直线上升趋势。如果锻造保温时间一定，过高的温度使得δ铁素体含量增加，由于δ铁素体与奥氏体之间的高温塑性差异，容易造成锻件开裂现象。加热温度越高，δ铁素体除了体积分数增加之外，其尺寸也随之增大。另外，锻造温度一定时，保温时间的增加会使得δ铁素体的含量不断增加，尺寸不断增大。终锻温度涉及冷却过程中的组织转变，需要避免δ铁素体的分解，避免锻造裂纹。

现有技术的方法非常传统，只能通过大量的试验和组织观察分析得到工艺参数，没有上升为一种工艺参数的优化方法，效率低，耗时长。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种14Cr17Ni2钢的锻造工艺参数的优化方法。其中，锻造工艺参数包括始锻温度及其保温时间，终锻温度及其保温时间。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种14Cr17Ni2钢的锻造工艺参数的优化方法，其包括如下步骤：

(1)、进行热压缩模拟实验：选择5个应变速率0.001s^-1、0.01s^-1、0.1s^-1、1s^-1和10s^-1，七个变形温度900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃和1200℃，将实验钢以10℃/s的速度加热至1200℃，保温5min后，以10℃/s的速度冷却到变形温度，再保温1min，然后进行单道次压缩变形，变形量为80％，变形后淬火。

(2)、利用步骤(1)的热压缩模拟实验获得的流变数据绘制加工硬化率曲线图，研究实验钢动态再结晶临界应变，获得变形工艺条件对临界应变的影响规律。

(3)、以步骤(1)的热压缩模拟实验得到的真应力真应变曲线数据为基础，通过绘制不同应变下的功率耗散图和不同应变下的流变失稳图建立热加工图。通过热加工图，确定实验钢在不同应变下的加工安全区和失稳区。

(4)、由步骤(2)和步骤(3)得到优化的始锻温度和终锻温度。

(5)、根据优化后的始锻温度和终锻温度对实验钢进行锻造试验，采取3种不同的保温时间：1h、2h、3h。然后，通过观察金相组织，得到晶粒尺寸确定始锻温度和终锻温度的保温时间。

(6)、锻造工艺最佳参数的确定：根据优化后的工艺参数对14Cr17Ni2钢进行锻造，检测微观组织是否符合要求。

优选地，步骤(4)中，始锻温度为1100-1150℃，终锻温度为900-950℃。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

第一、本发明根据热压缩模拟实验获得的流变数据绘制加工硬化率曲线图，研究实验钢动态再结晶临界应变，这一步效率高，控制精准，直接获得变形工艺条件对临界应变的影响规律，从而更快、更准地得出始锻温度和终锻温度。

第二、本发明以真应力真应变曲线数据为基础，通过绘制不同应变下的功率耗散图和不同应变下的流变失稳图建立热加工图，用于确定实验钢在不同应变下的加工安全区和失稳区；同样效率高，确认温度精度高。

第三、本发明根据优化的始锻温度和终锻温度对钢进行锻造实验，确定各自的保温时间，最终通过检测微观组织是否符合要求得到锻造工艺最佳参数。由于始锻温度和终锻温度已经优化，保温时间的确定非常简单，因此不需要做大量的实验。

第四、本发明根据优化后的工艺参数对14Cr17Ni2钢进行锻造，检测微观组织是否符合要求，从而确定最佳工艺参数，故直接通过观察组织得到锻造质量的肯定。

附图说明

图1为本发明的单道次压缩实验示意图。

图2为本发明的14Cr17Ni2钢的lnθ-ε曲线和

曲线图(变形温度为1100℃，应变速率为0.1/s)。

图3为本发明的14Cr17Ni2钢应变0.6下的功率耗散图。

图4为本发明的14Cr17Ni2钢应变0.6下的流变失稳图。

图5为本发明的14Cr17Ni2钢的1100℃温度不同保温时间显微组织示意图。

图6为本发明的14Cr17Ni2钢的950℃温度不同保温时间显微组织示意图。

图7为本发明的14Cr17Ni2马氏体不锈钢的不同始锻温度下显微组织示意图。

图8为本发明的14Cr17Ni2马氏体不锈钢的不同终锻温度下显微组织示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种14Cr17Ni2钢的锻造工艺参数的优化方法。

本发明的所用材料为14Cr17Ni2马氏体不锈钢，化学成分(质量分数，％)见表1。

表1 14Cr17Ni2马氏体不锈钢的成分(质量分数，％)

锻件名称

材质

C

Si

S

P

Cr

Ni

Cu

马氏体

14Cr17Ni2

0.166

0.549

0.0091

0.025

16.63

2.096

0.035

(1)、进行热压缩模拟试验：选择5个应变速率0.001s^-1、0.01s^-1、0.1s^-1、1s^-1和10s^-1，七个变形温度900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃和1200℃。将14Cr17Ni2钢以10℃/s的速度加热至1200℃，保温5min后，以10℃/s的速度冷却到变形温度，再保温1min，然后进行单道次压缩变形，变形量为80％，变形后淬火。如图1所示。

(2)、利用步骤(1)的热压缩模拟实验获得的流变数据绘制加工硬化率曲线图，研究14Cr17Ni2钢动态再结晶临界应变，获得变形工艺条件对临界应变的影响规律。如图2所示，具体以变形温度为1100℃，应变速率0.1/s为例。先对应力应变曲线进行拟合，获得拟合方程，再对拟合方程求导，得到各应变下的斜率，最后绘制lnθ-ε曲线。发生动态再结晶时，lnθ-ε曲线图出现拐点，并在

曲线图上出现极小值，该点所对应的应变，即为动态再结晶的临界条件。由计算结果可知，随着应变速率增大，临界应变和峰值应变增加；随着变形温度升高，临界应变和峰值应变减小。高变形温度，低应变速率条件下更容易发生动态再结晶。变形温度为1050-1150℃时，14Cr17Ni2钢发生了动态再结晶。

(3)、以步骤(1)的热压缩模拟实验得到的真应力真应变曲线数据为基础，通过绘制不同应变下的功率耗散图和不同应变下的流变失稳图建立热加工图。通过热加工图，确定14Cr17Ni2钢在不同应变下的加工安全区和失稳区。

具体地，由热压缩模拟实验可得到不同应变和不同温度下，不同应变速率对应不同的流变应力值。使用这些数据计算出不同变形温度，应变和应变速率下的应变硬化敏感指数m值，再分别计算不同应变和应变速率下的功率耗散效率η值和流变失稳参数ξ值。然后绘制不同应变下的功率耗散图和不同应变下的流变失稳图建立热加工图。

更进一步地，以应变0.6和不同变形温度为例，由模拟实验得到应力值。如表2所示。

表2 14Cr17Ni2钢在不同应变及不同应变速率和不同温度下的应力值

更进一步地，使用这些数据计算出不同变形温度，应变和应变速率下的应变硬化敏感指数m值。如表3所示。

表3 14Cr17Ni2钢在不同应变量下的m值

更进一步地，再分别计算不同应变和应变速率下的功率耗散效率η值和流变失稳参数ξ值。如表4和5所示。

表4 14Cr17Ni2钢在不同应变量下的η值

表5 14Cr17Ni2钢在不同应变量下的ξ值

更进一步地，然后绘制不同应变下的功率耗散图和不同应变下的流变失稳图建立热加工图，如图3和4所示。从图中可知，当应变ε＝0.6：失稳区缩减为左边一个，变形温度为900-977℃，应变速率为0.028-10s^-1。耗散效率峰值区域为变形温度908-972℃，应变速率0.001-0.0066s^-1时之间的区域；变形温度为1006-1064℃，应变速率0.001-0.076s^-1时之间的区域；变形温度为1063-1146℃，应变速率0.014-0.65s^-1时之间的区域，在这些区域内进行加工能量耗散率；可达到0.2667左右。

(4)、由步骤(2)和步骤(3)得到优化的始锻温度和终锻温度。

根据上述研究分析可以得出，变形温度是非常关键的工艺参数。最佳的始锻温度范围为1100-1150℃，终锻温度范围为900-950℃。

(5)、根据优化后的始锻温度和终锻温度对14Cr17Ni2钢进行锻造实验，采取3种不同的保温时间：1h、2h、3h。然后，通过观察金相组织，评估晶粒尺寸确定始锻温度的保温时间，评估奥氏体化组织确定终锻温度的保温时间。

图5是相同始锻温度(1100℃)，不同保温时间的14Cr17Ni2钢的显微组织。由图5可知，从1h到2h，晶粒变化不大，但到了3h，晶粒粗大了很多。图6是相同终锻温度(950℃)，不同保温时间的14Cr17Ni2钢的显微组织。由图6可知，从1h到3h，保温时间对晶粒的大小影响不大。所以不管是始锻温度还是终锻温度，1h是最佳时间。

(6)、锻造工艺最佳参数的确定：根据优化后的工艺参数对14Cr17Ni2马氏体不锈钢进行锻造，检测微观组织是否符合要求。

图7是相同时间(1h)，1100-1150℃始锻温度后的14Cr17Ni2马氏体不锈钢的显微组织。在这个温度范围内晶粒分布比较均匀和细小。

图8是相同时间(1h)，900-950℃终锻温度后的14Cr17Ni2马氏体不锈钢的显微组织。在这个温度范围内晶粒分布比较均匀和细小。

综上所述，根据本发明所提的参数优化研发方法可以得出，变形温度是非常关键的工艺参数。最佳的始锻温度范围为1100-1150℃，时间为1h，终锻温度范围为900-950℃，时间为1h。

上述对具体实施方式的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对具体实施方式做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他具体实施方式中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述具体实施方式。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种14Cr17Ni2钢的锻造工艺参数的优化方法，其特征在于：其包括如下步骤：

(1)、热压缩模拟实验：在应变速率0.001-10s^-1和变形温度900-1200℃下，将实验钢以10℃/s的速度加热至1200℃，保温5min后，以10℃/s的速度冷却到变形温度，再保温1min，然后进行单道次压缩变形，变形后淬火；

(2)、利用步骤(1)的热压缩模拟实验的流变数据绘制加工硬化率曲线图，研究实验钢动态再结晶临界应变；

(3)、以步骤(1)的热压缩模拟实验的真应力真应变曲线数据为基础，通过绘制不同应变下的功率耗散图和不同应变下的流变失稳图建立热加工图，通过热加工图，确定实验钢在不同应变下的加工安全区和失稳区；

(4)、由步骤(2)和步骤(3)得到优化的始锻温度和终锻温度；

(5)、根据优化后的始锻温度和终锻温度对实验钢进行锻造实验，通过观察金相组织，得到晶粒尺寸确定始锻温度和终锻温度的保温时间；

(6)、锻造工艺最佳参数的确定：根据优化后的工艺参数对14Cr17Ni2钢进行锻造，检测微观组织是否符合要求；

步骤(4)中，所述始锻温度为1100-1150℃，所述终锻温度为900-950℃。

2.根据权利要求1所述的14Cr17Ni2钢的锻造工艺参数的优化方法，其特征在于：步骤(1)中，所述应变速率为0.001s^-1、0.01s^-1、0.1s^-1、1s^-1和10s^-1。

3.根据权利要求1所述的14Cr17Ni2钢的锻造工艺参数的优化方法，其特征在于：步骤(1)中，所述变形温度为900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃和1200℃。

4.根据权利要求1所述的14Cr17Ni2钢的锻造工艺参数的优化方法，其特征在于：步骤(5)中，所述保温时间为1-3h。

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