CN111790865A - 一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法，该方法可解决锻件晶粒组织粗大的问题，提高了奥氏体不锈钢耐腐蚀性能。根据锻件在锻造过程中各区域金属的流动变形情况，本发明提出了宽砧强压变形法和控温窄砧均匀变形法，即锻件首先采用宽砧强压变形法进行锻造，以使锻件里层获得充分变形，然后接着采用控温窄砧均匀变形法来完成后续锻造，以使锻件表层也得到较充分变形，依据本发明所述的操作步骤及要点，可使锻件快速压合内部孔隙，同时锻件表层和里层均获得细小晶粒组织，满足晶粒度≥4级。

Description

一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法

技术领域

本发明属于金属锻造领域，具体涉及一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法。

背景技术

由于奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性，被广泛应用于与腐蚀性介质接触的零部件中。晶粒度是影响奥氏体不锈钢耐腐蚀性能的重要指标之一，晶粒度级别越高，晶粒尺寸越细，表明材料的耐腐蚀性越好，尤其使用在要求耐腐蚀性极高的零部件上，对材料的晶粒度级别要求就越高（晶粒度≥4级）。

由于奥氏体不锈钢在常温和高温状态下的基体相均为奥氏体，无法通过热处理的相变原理来进行细化晶粒，因此奥氏体不锈钢锻件只能采用充分的锻造变形的方法来获取细小均匀的晶粒组织。

传统锻造工艺在高温加热后采用宽砧强压变形法进行锻造，在宽砧强压载荷下锻件里层的金属很容易流动，锻造变形量非常大（Ⅱ区），锻件里层的金属得到快速压合内部孔隙和充分变形，以获得细小的晶粒组织，但由于锻件与宽砧辅具的接触区域大，所产生的摩擦力很大，致使锻件表层的金属流动困难，锻造变形量很小（Ⅰ区），高温所形成的粗大晶粒并没有得到充分变形来细化。因此，锻件采用传统锻造工艺，其里层可获得细小晶粒组织（晶粒度≥4级），但锻件表层晶粒较粗大，晶粒度通常在1~2级。图1为传统锻造工艺生产的锻件表层区的晶粒组织，在放大50倍显微镜下观察，粗大晶粒的晶粒度为1~2级。

为了锻件表层和里层均获得细小晶粒组织，必须研发一种锻造工艺方法，使奥氏体不锈钢锻件满足晶粒度≥4级。

发明内容

本发明的目的在于为解决奥氏体不锈钢锻件粗晶（晶粒度＜4级）的问题，提供一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法，采用宽砧强压变形法+控温窄砧均匀变形法进行多道次锻造，可使锻件表层和里层均获得均匀细小的晶粒，确保晶粒度≥4级。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法，包括以下步骤：

步骤一、将需要进行锻造的坯料进行加热；

步骤二、锻造前将锻造过程用的工具进行预热；

步骤三、将步骤一加热后的坯料倒棱时轻压，控制单面压下量，并在高温下倒棱，保证坯料凹面有变形；

步骤四、对步骤三处理后的坯料进行预拔，两趟小压下量轻击，待塑性提高后再增加变形量；

步骤五、对步骤四预拔后的坯料采用宽砧强压变形法（WHF）进行拔长，按照WHF法操作要求控制进砧量和压下量；

步骤六、对步骤五处理后的坯料采用控温窄砧均匀变形法进行锻造，得锻件。

进一步的，步骤一中加热的过程为：控制坯料的升温速率，采用阶梯段升温，在保温一段时间后迅速升温至保温温度。

进一步的，坯料的始锻温度为1100~1200℃。

进一步的，步骤二预热的温度为150~350℃。

进一步的，步骤三中单面压下量不大于30mm～50mm，并在高温下倒棱，保证钢锭凹面有变形，并且压下量不小于50mm。

进一步的，步骤五中采用1100~1500mm宽砧对坯料进行强压大变形量锻造，前两趟压下量不大于240mm，之后压下量按照坯料尺寸的15~25%进行强压。

进一步的，步骤六中的加工步骤为：将坯料加热至1100~1250℃，保温5~7h后出炉，采用450~700mm窄砧进行拔长，并控制压下量不超过12%，当坯料温度低于1000℃时，压下量不得超过10%。

进一步的，步骤六得到的锻件的晶粒度≥4级。

本发明的有益效果主要表现在以下几个方面：本发明采用宽砧强压变形法和控温窄砧均匀变形法进行多道次锻造，坯料首先采用宽砧强压变形法进行拔长，以达到快速压合内部孔隙，从而使坯料里层获得细小晶粒组织（晶粒度≥4级），然后坯料接着采用控温窄砧均匀变形法来完成后续的拔长变形，使坯料表层的粗大晶粒可发生动态再结晶来细化，以获得细小晶粒组织（晶粒度≥4级）。通过采用宽砧强压变形法+控温窄砧均匀变形法进行多道次锻造，锻件的表层和里层均获得细小晶粒组织（晶粒度≥4级）。

附图说明

图1是传统锻造工艺生产的锻件表层区的晶粒组织图；

图2是宽砧强压变形法下各变形区域示意图；

图3是控温窄砧均匀变形法下各变形区域示意图；

图4是本发明生产的锻件表层区的晶粒组织图。

具体实施方式

结合实施例对本发明加以详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法，包括以下步骤：

步骤一、将需要进行锻造的坯料进行加热；

步骤二、锻造前将锻造过程用的工具进行预热；

步骤三、将步骤一加热后的坯料倒棱时轻压，控制单面压下量，并在高温下倒棱，保证坯料凹面有变形；

步骤四、对步骤三处理后的坯料进行预拔，两趟小压下量轻击，待塑性提高后再增加变形量；

步骤五、对步骤四预拔后的坯料采用宽砧强压变形法（WHF）进行拔长，按照WHF法操作要求控制进砧量和压下量；

步骤六、对步骤五处理后的坯料采用控温窄砧均匀变形法进行锻造，得锻件。

进一步的，步骤一中加热的过程为：控制坯料的升温速率，采用阶梯段升温，在保温一段时间后迅速升温至保温温度。

进一步的，坯料的始锻温度为1100~1200℃。

进一步的，步骤二预热的温度为150~350℃。

进一步的，步骤三中单面压下量不大于30mm～50mm，并在高温下倒棱，保证钢锭凹面有变形，并且压下量不小于50mm。

进一步的，步骤五中采用1100~1500mm宽砧对坯料进行强压大变形量锻造，前两趟压下量不大于240mm，之后压下量按照坯料尺寸的15~25%进行强压。

进一步的，步骤六中的加工步骤为：将坯料加热至1100~1250℃，保温5~7h后出炉，采用450~700mm窄砧进行拔长，并控制压下量不超过12%，当坯料温度低于1000℃时，压下量不得超过10%。

进一步的，步骤六得到的锻件的晶粒度≥4级。

实施例2

以直径为φ500mm、长度为3200mm的316不锈钢圆轴锻件为例进行描述，要求晶粒度≥4级，采用本发明所述的锻造工艺方法进行锻造生产，具体实施步骤如下：

1）316不锈钢钢锭选用32T锭型，控制钢锭加热温度范围。始锻温度不得超过1200℃，终锻温度不得低于850℃，严格控制终锻温度，避免产生裂纹。

2）钢坯加热控制其升温速率，采用阶梯段升温，在保温一段时间后迅速升温至保温温度；此过程中，在850℃以下缓慢升温速率≤40℃/H，在950~1050℃之间保温一段时间后迅速升温至保温温度；

3）锻造开始前工具需预热至150~350℃，采取有效措施以保证辅具减少温降，延长可锻时间；

4）钢锭倒棱时轻压，单面压下量不大于30mm～50mm，并在高温下倒棱。保证钢锭凹面有变形，并且压下量不小于50mm；

5）拔长前对坯料进行预拔，两趟小压下量轻击，待塑性提高后再适当增加变形量；

6）预拔后先采用宽砧强压变形法进行拔长，按照宽砧强压法操作要求控制进砧量和压下量，采用1200mm宽砧强压大变形量锻造，前两趟压下量不大于240mm，之后压下量按照坯料尺寸的20%进行强压，以达到压合内部孔隙、破碎粗晶组织，使锻件里层形成细小均匀的晶粒。经过8趟拔方后，坯料尺寸为840×4600；

7）然后采用控温窄砧均匀变形法来进行后续拔长。坯料加热至1150℃，保温6h后出炉，采用600mm窄砧进行拔长，并控制压下量不超过12%，当坯料温度低于1000℃时，压下量不得超过10%。通过窄砧拔长，可减少锻件表层的摩擦力，使锻件从表层至里层均能得到充分变形，从而细化晶粒；

8）采用本发明锻造技术，锻制的锻件晶粒组织细小均匀，晶粒度≥4级。图4为本发明生产的锻件表层区的晶粒组织，在放大100倍显微镜下观察，晶粒度≥4级。

实施例3

本发明中宽砧强压有利于锻件里层快速有效地压合内部孔隙，并获得细小晶粒组织，但同时砧子宽度越大，给锻件表层的摩擦力越大，锻件表层的金属流动受到摩擦力阻碍作用越大，晶粒组织没有经过充分变形来细化，反之，砧子宽度越小，给锻件表层的摩擦力越小，锻件表层的金属流动受到摩擦力的影响越小，晶粒组织可经过较充分变形来细化。因此，本发明提供的锻造工艺方法为采用宽砧强压变形法+控温窄砧均匀变形法进行多道次锻造，可使锻件表层和里层均获得均匀细小的晶粒，确保晶粒度≥4级。

以下为本方法的具体描述：

1）以锻制圆轴为例，圆轴主要以拔长工序来完成；

2）坯料首先采用宽砧强压变形法进行拔长，按照宽砧强压法操作要求控制进砧量和压下量，以达到快速压合内部孔隙、破碎粗晶组织。坯料里层发生很大的变形量，使得坯料里层金属得到充分变形，形成细小晶粒。但由于坯料与宽砧辅具的接触区域大，所产生的摩擦力很大，致使坯料表层的金属流动困难，锻造变形量很小，高温所形成的粗大晶粒并没有得到充分变形来细化；

3）在宽砧强压变形法结束后，坯料里层获得细小晶粒组织（晶粒度≥4级），坯料表层晶粒组织粗大（晶粒度1~2级）。针对坯料表层的粗大晶粒采用控温窄砧均匀变形法进行细化；图2为宽砧强压变形法下各变形区域示意图，Ⅰ区为变形量很小的金属区域，Ⅱ区为变形量非常大的金属区域。

4）坯料接着采用控温窄砧均匀变形法来完成后续的拔长变形，控制坯料温度1100~1200℃，避免温度过高带来晶粒过于粗大的影响，同时设计压下量15%~20%，可减小给坯料表层带来的摩擦力。通过控温窄砧均匀变形法进行拔长，坯料由表层至里层的变形情况为：因窄砧与坯料接触面小所产生的摩擦力很小，坯料表层受到摩擦力的影响也很小，坯料表层（Ⅰ＇区）的金属流动比宽砧强压下时大大增强，坯料表层（Ⅰ＇区）得到较充分的变形，晶粒组织可发生动态再结晶来细化（晶粒度≥4级）；坯料里层（Ⅱ＇区）受摩擦力影响甚微，金属流动变形充分，晶粒得以动态再结晶来细化（晶粒度≥4级）。图3为控温窄砧均匀变形法下各变形区域示意图，Ⅰ＇区为变形量较大的金属区域，Ⅱ＇区为变形量大的金属区域；

综上所述，坯料首先采用宽砧强压变形法进行拔长，以达到快速压合内部孔隙，从而使坯料里层获得细小晶粒组织（晶粒度≥4级），然后坯料接着采用控温窄砧均匀变形法来完成后续的拔长变形，使坯料表层的粗大晶粒可发生动态再结晶来细化，以获得细小晶粒组织（晶粒度≥4级）。通过采用宽砧强压变形法+控温窄砧均匀变形法进行多道次锻造，锻件的表层和里层均获得细小晶粒组织（晶粒度≥4级）。

本发明所列举的技术方案和实施方式并非是限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。还需要说明的是，在本文中的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (8)

1.一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、将需要进行锻造的坯料进行加热；

步骤二、锻造前将锻造过程用的工具进行预热；

步骤三、将步骤一加热后的坯料倒棱时轻压，控制单面压下量，并在高温下倒棱，保证坯料凹面有变形；

步骤四、对步骤三处理后的坯料进行预拔，两趟小压下量轻击，待塑性提高后再增加变形量；

步骤五、对步骤四预拔后的坯料采用宽砧强压变形法（WHF）进行拔长，按照WHF法操作要求控制进砧量和压下量；

步骤六、对步骤五处理后的坯料采用控温窄砧均匀变形法进行锻造，得锻件。

2.根据权利要求1所述的一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法，其特征在于：步骤一中加热的过程为：控制坯料的升温速率，采用阶梯段升温，在保温一段时间后迅速升温至保温温度。

3.根据权利要求2所述的一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法，其特征在于：坯料的始锻温度为1100~1200℃。

4.根据权利要求1所述的一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法，其特征在于：步骤二预热的温度为150~350℃。

5.根据权利要求1所述的一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法，其特征在于：步骤三中单面压下量不大于30mm～50mm，并在高温下倒棱，保证钢锭凹面有变形，并且压下量不小于50mm。

6.根据权利要求1所述的一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法，其特征在于：步骤五中采用1100~1500mm宽砧对坯料进行强压大变形量锻造，前两趟压下量不大于240mm，之后压下量按照坯料尺寸的15~25%进行强压。

7.根据权利要求1所述的一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法，其特征在于：步骤六中的加工步骤为：将坯料加热至1100~1250℃，保温5~7h后出炉，采用450~700mm窄砧进行拔长，并控制压下量不超过12%，当坯料温度低于1000℃时，压下量不得超过10%。

8.根据权利要求1所述的一种细化奥氏体不锈钢晶粒的锻造工艺方法，其特征在于：步骤六得到的锻件的晶粒度≥4级。

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