CN112281069A - 深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法：下料，取8630号钢作为原材料钢锭，其化学成分要求如下：C:0.3～0.33％，Si:0.15～0.35％，Mn:0.75～0.95，P:≤0.025％，S:≤0.025％，Cr:0.8～1.0％，Mo:0.35～0.45％，Ni：0.70～0.90％，Al：0.015～0.03％，Cu:≤0.35％，Nb:≤0.06％，Ti:≤0.06％，V:0.03～0.06％，B:≤0.0005％，Ca:≤0.005％，H:≤2ppm，O:≤20ppm，N:≤100ppm，CEV:≥0.77％，余量为Fe；锻造；热处理；UT探伤；机加工。

Description

深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法
技术领域
本发明涉及深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法。
背景技术
水下采油树装备是由一系列具有耐原油(气)高温、高压、高腐蚀的生产和控制通道构筑的，即有采油树本体、油管挂、液控闸阀阀体、双孔连接器、管道连接器及生产跨接管道等主要关键部件组成。针对海底的低温环境，生产介质的温度落差、外部环境载荷及内部高压的承载工况，水下采油树关键部件除要求具有高强度外，还要求具有良好的晶粒组织、低温韧性及抗热疲劳性能，也就是说其关键零部件基体材料应具有良好的综合机械性能。在综合考虑上述要求的基础上，对比了水下设备常用的几种低合金材料(4130、F22、8630)，并选用8630作为关键部件HP Housing超长型部件的基本材料。
但是国内8630锻件在锻造过程中存在各式各样的缺陷，如夹杂、疏松、微裂纹、晶粒粗大等内部缺陷，这些缺陷使得锻件在探伤检测中均要报废，同时由于内部缺陷的存在，就使屈服强度、抗拉强度、冲击韧性等力学性能大幅降低，最终导致锻件发生早期失效而使用寿命较低。另外，对于超长型8630锻件，还存在着锻造工艺和热处理工艺控制不当而制造成的淬火裂纹、表面脱碳和碳化物偏析等现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种屈服强度、抗拉强度、冲击韧性等力学性能稳定的深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法，其步骤如下：下料→锻造→锻后热处理→性能热处理→UT探伤→机加工；
1)下料：取8630号钢作为原材料钢锭，其化学成分要求如下：C:0.3～0.33％，Si:0.15～0.35％，Mn:0.75～0.95，P:≤0.025％，S:≤0.025％，Cr:0.8～1.0％，Mo:0.35～0.45％，Ni：0.70～0.90％，Al：0.015～0.03％，Cu:≤0.35％，Nb:≤0.06％，Ti:≤0.06％，V:0.03～0.06％，B:≤0.0005％，Ca:≤0.005％，H:≤2ppm，O:≤20ppm，N:≤100ppm，CEV:≥0.77％，余量为Fe；
2)锻造：将钢锭预热后置入锻造炉内，以小于120℃/h的加热速率将钢锭加热至800℃±10℃，然后进行保温，保温时间≥3h，再以小于150℃/h的加热速率加热至1200±10℃，然后进行保温，保温时间≥6h，然后对钢锭进行锻打，始锻温度为1200±5℃，终锻温度为850℃，锻造比≥3.5:1，锻造温度在850～900℃之间时，采用轻打快锻的锻造工艺进行锻打，钢锭经过锻打后形成锻件，锻件在密闭的锻造炉内由终锻温度自然冷却到室温；
3)锻后热处理：先经过机械加工去除锻件的氧化表皮，然后将锻件进行正火——锻件加温至880～900℃，然后保温5h，然后将锻件从锻造炉中取出，在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至室温；然后将冷却的锻件装炉回火——锻件加温至650±10℃，并保温3h，然后锻件在密闭的锻造炉内自然冷却到室温；
4)性能热处理：将锻件以≤80℃/h的加热速率升温至650±50℃，并保温3h，然后快速升温至880-900℃，保温4.5h，然后进行快速深冷淬火，且淬火液的温度不超过40℃；然后进行二次回火——以≤150℃/h的加热速率将锻件加热至610～630℃，并保持5h，然后空冷至室温；
5)对经过锻后热处理及性能热处理的锻件进行UT探伤；
6)对UT探伤检验合格的锻件进行机加工，使锻件加工成符合尺寸要求的超长锻件。
进一步的，前述的深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法，其中，步骤1)中钢锭下料时采用电炉+钢包精炼+真空精炼的冶炼方法。
进一步的，前述的深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法，其中，CEV＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5。
进一步的，前述的深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法，其中，快速深冷淬火时，淬火液需要处于流动状态，并且，开始淬火时，淬火液的温度控制在25℃以下，结束淬火时，淬火液的温度控制在32℃以下。
进一步的，前述的深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法，其中，UT探伤按照EN10228-3标准执行，质量等级不低于4级。
本发明中，Cr和Mo都是提高淬透性的元素，两种元素同时能够大大提高淬透性。Mo又是强碳化物形成元素，Mo与C结合形成的Mo2C能阻止奥氏体晶粒长大，V的加入进一步细化晶粒，提高强度和回火稳定性，Mo又是防止第二类回火脆性的元素，对提高高温回火后的冲击轫性有很大的帮助，再加入Ni后可以大大提高低温下的冲击轫性。经过锻后热处理工艺和性能热处理工艺，能够得到细小晶粒和提高淬硬层深度，并得到回火索氏体金相组织，使产品具有高的强度、好的低温韧性和良好的淬透性及抗过热等性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述的技术方案作进一步说明。
本发明所述的深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法，其特征在于：其步骤如下：下料→锻造→锻后热处理→性能热处理→UT探伤→机加工；
1)下料：取8630号钢作为原材料钢锭，其化学成分要求如下：C:0.3～0.33％，Si:0.15～0.35％，Mn:0.75～0.95，P:≤0.025％，S:≤0.025％，Cr:0.8～1.0％，Mo:0.35～0.45％，Ni：0.70～0.90％，Al：0.015～0.03％，Cu:≤0.35％，Nb:≤0.06％，Ti:≤0.06％，V:0.03～0.06％，B:≤0.0005％，Ca:≤0.005％，H:≤2ppm，O:≤20ppm，N:≤100ppm，CEV:≥0.77％，余量为Fe；所述CEV＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5，钢锭下料时采用电炉+钢包精炼+真空精炼的冶炼方法。
2)锻造：将钢锭预热后置入锻造炉内，以小于120℃/h的加热速率将钢锭加热至800℃±10℃，然后进行保温，保温时间≥3h，再以小于150℃/h的加热速率加热至1200±10℃，然后进行保温，保温时间≥6h，然后对钢锭进行锻打，始锻温度为1200±5℃，终锻温度为850℃，锻造比≥3.5:1，锻造温度在850～900℃之间时，采用轻打快锻的锻造工艺进行锻打，钢锭经过锻打后形成锻件，锻件在密闭的锻造炉内由终锻温度自然冷却到室温；
3)锻后热处理：先经过机械加工去除锻件的氧化表皮，然后将锻件进行正火——锻件加温至880～900℃，然后保温5h，然后将锻件从锻造炉中取出，在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至室温；然后将冷却的锻件装炉回火——锻件加温至650±10℃，并保温3h，然后锻件在密闭的锻造炉内自然冷却到室温；
4)性能热处理：将锻件以≤80℃/h的加热速率升温至650±50℃，并保温3h，然后快速升温至880-900℃，保温4.5h，然后进行快速深冷淬火，淬火液的温度不超过40℃，在快速深冷淬火时，淬火液需要处于流动状态，并且，开始淬火时，淬火液的温度控制在25℃以下，结束淬火时，淬火液的温度控制在32℃以下，然后进行二次回火——以≤150℃/h的加热速率将锻件加热至610～630℃，并保持5h，然后空冷至室温；
5)对经过锻后热处理及性能热处理的锻件进行UT探伤，UT探伤按照EN10228-3标准执行，质量等级不低于4级；
6)对UT探伤检验合格的锻件进行机加工，使锻件加工成符合尺寸要求的超长锻件。
以本发明所述生产方法制造出来的8630超长锻件的部分技术指标如下表：
指标项目 本产品 指标值
抗拉强度σb/MPa 720 ≥689
屈服强度σ0.2/MPa 580 ≥552
硬度/HB 220～235 217～237
伸长率δ/％ 20 18
断面收缩率ψ/％ 40 35
冲击韧性(-29℃)KV2 30/23 27/19

Claims (5)

1.深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法，其特征在于：其步骤如下：下料→锻造→锻后热处理→性能热处理→UT探伤→机加工；
1)下料：取8630号钢作为原材料钢锭，其化学成分要求如下：C:0.3～0.33％，Si:0.15～0.35％，Mn:0.75～0.95，P:≤0.025％，S:≤0.025％，Cr:0.8～1.0％，Mo:0.35～0.45％，Ni：0.70～0.90％，Al：0.015～0.03％，Cu:≤0.35％，Nb:≤0.06％，Ti:≤0.06％，V:0.03～0.06％，B:≤0.0005％，Ca:≤0.005％，H:≤2ppm，O:≤20ppm，N:≤100ppm，CEV:≥0.77％，余量为Fe；
2)锻造：将钢锭预热后置入锻造炉内，以小于120℃/h的加热速率将钢锭加热至800℃±10℃，然后进行保温，保温时间≥3h，再以小于150℃/h的加热速率加热至1200±10℃，然后进行保温，保温时间≥6h，然后对钢锭进行锻打，始锻温度为1200±5℃，终锻温度为850℃，锻造比≥3.5:1，锻造温度在850～900℃之间时，采用轻打快锻的锻造工艺进行锻打，钢锭经过锻打后形成锻件，锻件在密闭的锻造炉内由终锻温度自然冷却到室温；
3)锻后热处理：先经过机械加工去除锻件的氧化表皮，然后将锻件进行正火——锻件加温至880～900℃，然后保温5h，然后将锻件从锻造炉中取出，在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却至室温；然后将冷却的锻件装炉回火——锻件加温至650±10℃，并保温3h，然后锻件在密闭的锻造炉内自然冷却到室温；
4)性能热处理：将锻件以≤80℃/h的加热速率升温至650±50℃，并保温3h，然后快速升温至880-900℃，保温4.5h，然后进行快速深冷淬火，且淬火液的温度不超过40℃；然后进行二次回火——以≤150℃/h的加热速率将锻件加热至610～630℃，并保持5h，然后空冷至室温；
5)对经过锻后热处理及性能热处理的锻件进行UT探伤；
6)对UT探伤检验合格的锻件进行机加工，使锻件加工成符合尺寸要求的超长锻件。
2.根据权利要求1所述的深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法，其特征在于：步骤1)中钢锭下料时采用电炉+钢包精炼+真空精炼的冶炼方法。
3.根据权利要求1所述的深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法，其特征在于：CEV＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5。
4.根据权利要求1所述的深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法，其特征在于：快速深冷淬火时，淬火液需要处于流动状态，并且，开始淬火时，淬火液的温度控制在25℃以下，结束淬火时，淬火液的温度控制在32℃以下。
5.根据权利要求1所述的深海采油树装备用8630超长锻件的生产方法，其特征在于：UT探伤按照EN10228-3标准执行，质量等级不低于4级。
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