CN112893510A - 一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺 - Google Patents

一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，属于不锈钢锻造处理技术领域，其技术方案要点是包括以下步骤：S1、对原材料进行熔炼得到钢锭；S2、钢锭锻造加热；S3、钢锭锻造得到锻件，锻造包括三个火次：1、第一火次：钢锭的锻造温度为1140～1160℃；第二火次：钢锭的锻造温度为1120～1140℃；第三火次：钢锭的锻造温度为1070～1100℃；S4、锻件热处理，包括以下步骤：1、锻件锻后水冷处理；2、锻件粗加工；3、锻件固溶处理S5、锻件精加工，本发明的优点在于提高晶粒均匀细化程度，大大提高锻件的使用寿命。

Description

一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺
技术领域
本发明涉及不锈钢锻造处理技术领域，特别涉及一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺。
背景技术
HDR为超低碳双相不锈钢，是由50％奥氏体和50％铁素体双相组成，是奥氏体-铁素体双相不锈钢中最高级的Cr25型高合金超级双相不锈钢，最适合耐海水腐蚀、海水冲刷腐蚀及在富含氯离子的介质中及某些酸介质中使用。目前，HDR钢系列可制成管、带、棒、丝等型材及其产品(如海水过滤器各种管件、定型弯头、阀门等)，已在舰船、化工装置及核电装置上广泛应用.
现有的锻造及热处理技术存在着加工变形大，金相组织易出现晶间析出物及晶粒粗大或不均匀等问题。将HDR不锈钢锻件晶粒均匀细化及减少危害相的产生能够有效的解决这类问题，目前，传统的锻件晶粒细化制造工艺复杂，材料高温状态金属流动性差。产品容易产生混晶，表面裂纹，产品报废率高。为此我公司进行双相不锈钢锻件晶粒细化锻造工艺的研发，
随着国家海上武装力量的大力发展，对此类材料的应用也越来越多。正因为此类双相不锈钢既具有较高的耐腐蚀性，在暴露在海水的装置中得到了越来越多的应用。本项目的完成将大大提高该类产品的使用寿命，在保证焊接性能的前提下提高产品的性能。所以该项目的研发具有广阔的市场。
发明内容
本发明的目的是提供一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，其优点在于提高晶粒均匀细化程度，大大提高锻件的使用寿命。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，包括以下步骤：
S1、对原材料进行熔炼得到钢锭；
S2、钢锭锻造加热；
S3、钢锭锻造得到锻件，锻造包括三个火次：1、第一火次：钢锭的锻造温度为1140～1160℃；第二火次：钢锭的锻造温度为1120～1140℃；第三火次：钢锭的锻造温度为1070～1100℃；
S4、锻件热处理，包括以下步骤：1、锻件锻后水冷处理；2、锻件粗加工；3、锻件固溶处理；
S5、锻件精加工。
进一步的，在步骤S2中，包括以下步骤：(1)装炉；钢锭装炉温度≤400℃；(2)升温：按加热最大功率升温到400-800℃；(3)保温：分阶段进行保温，第一阶段保温温度为860℃；第二阶段保温温度为1160℃；每个保温阶段的保温时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭保温1.2～1.5h。
进一步的，在步骤S3的第一火次中，锻件加热到锻造温度后，将钢锭依次拔长、镦粗、拔长成型，保证终锻温度≥650℃，然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1130-1150℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h。
进一步的，在步骤S3的第一火次中，总拔长比＞2.2；总镦粗比＞2.2。
进一步的，在步骤S3的第二火次中，锻件加热到锻造温度后，将钢锭依次拔长、镦粗、拔长成型，保证终锻温度≥950℃，然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1130-1150℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h。
进一步的，在步骤S3的第二火次中，总拔长比＞4.5；总镦粗比＞2.2。
进一步的，在步骤S3的第三火次中，锻件加热到锻造温度后，将钢锭依次镦粗、滚圆冲孔成型，保证终锻温度≥950℃，然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1130-1150℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h，最后锻件水冷。
进一步的，在步骤S3的第三火次中，镦粗比＞2.2。
进一步的，在步骤S4的固溶处理：锻件加热到固溶温度，固溶温度为1050-1100℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；保温结束后出炉将锻件水冷，锻件出炉到冷却的间隔时间≤2min，水温必须小于40℃，之后重复上述固溶、保温和水冷过程，重复次数≤2。
进一步的，锻件中各化学元素的成份重量百分比为：C：≤0.03％，Mn：≤2.0％，P：≤0.035％，S≤0.030％，Si：≤1.0％，Cr：23-26％，Ni：4.5-7.5％，N：≤0.2％；Mo：2.0～3.0％，余量为Fe及杂质。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.优化锻造工艺，有效减少了钢锭中自由铁素体组织，优化了钢锭的锻造性能，细化了奥氏体晶粒度。
2.通过三个火次对锻件进行处理，并且合理调节锻造比，使得锻件达到了加大的锻造比，通过大的锻比改善钢的内部质量，消除铸态组织，使得锻件内部组织均匀，改善或消除疏松及偏析现象。同时材料内部夹杂物也可有效锻小或锻碎。同时经过控制火次的加热及终锻温度使锻件晶粒度更加细化。锻件晶粒细化可提高各方面性能如提高韧性，增加抗疲劳性从而提高使用寿命。
3.锻后及时水冷保证了锻件的晶粒更均匀细化。固溶时控制入水时间及冷却水温度来保证锻件的固溶效果。
附图说明
图1是船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺的步骤示意图；
图2是实施例1锻件的金相检测示意图；
图3是实施例2锻件的金相检测示意图；
图4是实施例2锻件的金相检测示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
实施例1：一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，如图1所示，包括以下步骤：
S1、对原材料进行熔炼得到钢锭：将原材料送入到电弧炉中熔炼，之后原材料出炉精炼，最后原材料进行电渣重熔，取得钢锭。
S2、钢锭锻造加热，包括以下工步：
(1)装炉；钢锭装炉温度≤400℃。
(2)升温：按加热最大功率升温到400-800℃，之后均匀升温到保温温度。
(3)保温：分阶段进行保温，第一阶段保温温度为860℃；第二阶段保温温度为1160℃；每个保温阶段的保温时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭保温1.2～1.5h。
锻造加热是为了减少钢锭内部的自由铁素体组织，有利于提高钢锭的提高塑性和韧性，提高锻造性能，并且使奥氏体组织进一步细化。
S3、钢锭锻造得到锻件，锻造包括三个火次：
1、第一火次：钢锭升温到锻造温度，锻造温度为1140℃，之后将钢锭依次拔长、镦粗、拔长成型，保证终锻温度≥650℃，总拔长比＞2.2；总镦粗比＞2.2。然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1130℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h。
2、第二火次：钢锭升温到锻造温度，锻造温度为1120℃，锻件加热到锻造温度后，将钢锭依次拔长、镦粗、拔长成型，保证终锻温度≥950℃，总拔长比＞4.5；总镦粗比＞2.2。然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1130℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h。
3、第三火次：钢锭升温到锻造温度，锻造温度为1070℃，锻件加热到锻造温度后，将钢锭依次镦粗、滚圆冲孔成型，保证终锻温度≥950℃，镦粗比＞2.2。然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1130℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h，最后锻件水冷。
采用多火次处理的方案，第一火次使得锻件达到了加大的锻造比，通过大的锻比改善钢的内部质量，消除铸态组织。再通过之后的火次处理，进一步使得锻件内部组织均匀，改善或消除疏松及偏析现象，使锻件内部夹杂物也可有效锻小或锻碎，提高锻件的细化程度。
S4、锻件热处理，包括以下步骤：
1、锻件锻后水冷处理：将锻件放至冷却水中，冷却水温度必须小于60℃。
2、对锻件进行机械粗加工。
3、对锻件进行固溶处理：锻件加热到固溶温度，固溶温度为1050℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；保温结束后出炉将锻件水冷，锻件出炉到冷却的间隔时间≤2min，水温必须小于40℃，之后重复上述固溶、保温和水冷过程，重复次数≤2。
S5、对锻件进行机械精加工。
锻件中各化学元素的成份重量百分比为：C：≤0.03％，Mn：≤2.0％，P：≤0.035％，S≤0.030％，Si：≤1.0％，Cr：23-26％，Ni：4.5-7.5％，N：≤0.2％；Mo：2.0～3.0％，余量为Fe及杂质。本发明调整了Cr，Ni，N的含量，适当将上述元素的含量做了提高与控制，此元素有效提高可锻性及产品强度。其中由于Cr是在锻件表面形成钝化膜的重要元素，保证Cr的含量，提高钝化膜的稳定性，并且大大提高钝化膜的修补能力，反应到宏观体现为锻件的抗腐蚀能力进一步提升。
实施例2：一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，其与实施例1不同的步骤在于：
S3、钢锭锻造得到锻件，锻造包括三个火次：
1、第一火次：钢锭升温到锻造温度，锻造温度为1150℃，之后将钢锭依次拔长、镦粗、拔长成型，保证终锻温度≥650℃，总拔长比＞2.2；总镦粗比＞2.2。然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1140℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h。
2、第二火次：钢锭升温到锻造温度，锻造温度为1130℃，锻件加热到锻造温度后，将钢锭依次拔长、镦粗、拔长成型，保证终锻温度≥950℃，总拔长比＞4.5；总镦粗比＞2.2。然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1140℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h。
3、第三火次：钢锭升温到锻造温度，锻造温度为1090℃，锻件加热到锻造温度后，将钢锭依次镦粗、滚圆冲孔成型，保证终锻温度≥950℃，镦粗比＞2.2。然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1140℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h，最后锻件水冷。
S4、锻件热处理：
3、对锻件进行固溶处理：锻件加热到固溶温度，固溶温度为1075℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；保温结束后出炉将锻件水冷，锻件出炉到冷却的间隔时间≤2min，水温必须小于40℃，之后重复上述固溶、保温和水冷过程，重复次数≤2。
实施例3：一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，其与实施例1不同的步骤在于：
S3、钢锭锻造得到锻件，锻造包括三个火次：
1、第一火次：钢锭升温到锻造温度，锻造温度为1160℃，之后将钢锭依次拔长、镦粗、拔长成型，保证终锻温度≥650℃，总拔长比＞2.2；总镦粗比＞2.2。然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1150℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h。
2、第二火次：钢锭升温到锻造温度，锻造温度为1140℃，锻件加热到锻造温度后，将钢锭依次拔长、镦粗、拔长成型，保证终锻温度≥950℃，总拔长比＞4.5；总镦粗比＞2.2。然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1150℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h。
3、第三火次：钢锭升温到锻造温度，锻造温度为1100℃，锻件加热到锻造温度后，将钢锭依次镦粗、滚圆冲孔成型，保证终锻温度≥950℃，镦粗比＞2.2。然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1150℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h，最后锻件水冷。
S4、锻件热处理：
3、对锻件进行固溶处理：锻件加热到固溶温度，固溶温度为1100℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；保温结束后出炉将锻件水冷，锻件出炉到冷却的间隔时间≤2min，水温必须小于40℃，之后重复上述固溶、保温和水冷过程，重复次数≤2。
锻件综合机械性能检测：
实验组：从每个实施例中随机选取两个锻件进行检测。
检测标准：GB/T 228和GB/T 229。
检测温度条件：常温23℃。
Figure BDA0002963811380000081
Figure BDA0002963811380000091
实验结论：锻件的抗拉强度平均提升在10％以上，屈服强度平均提升在37.5％，延伸率平均提升在45％。锻件在常温的各项机械性能指标都得到了大大的提升，远远超过检测标准，从侧面证明了锻件的细晶强化效果显著。
锻件金相检测：
检测组准备：在实施例1-3中分别随机抽取一个锻件作为试样。
金相验收标准：TTC-TA-121-65A-J-007。
检测结果：
实施例1锻件金相组织如图2所示，其晶界清晰，无有害相析出；
实施例2锻件金相组织如图3所示，其晶界清晰，无有害相析出；
实施例3锻件金相组织如图4所示，其晶界清晰，无有害相析出。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对原材料进行熔炼得到钢锭；
S2、钢锭锻造加热；
S3、钢锭锻造得到锻件，锻造包括三个火次：1、第一火次：钢锭的锻造温度为1140～1160℃；第二火次：钢锭的锻造温度为1120～1140℃；第三火次：钢锭的锻造温度为1070～1100℃；
S4、锻件热处理，包括以下步骤：1、锻件锻后水冷处理；2、锻件粗加工；3、锻件固溶处理；
S5、锻件精加工。
2.根据权利要求1所述的一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤S2中，包括以下步骤：(1)装炉；钢锭装炉温度≤400℃；(2)升温：按加热最大功率升温到400-800℃；(3)保温：分阶段进行保温，第一阶段保温温度为860℃；第二阶段保温温度为1160℃；每个保温阶段的保温时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭保温1.2～1.5h。
3.根据权利要求1所述的一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤S3的第一火次中，锻件加热到锻造温度后，将钢锭依次拔长、镦粗、拔长成型，保证终锻温度≥650℃，然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1130-1150℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h。
4.根据权利要求3所述的一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤S3的第一火次中，总拔长比＞2.2；总镦粗比＞2.2。
5.根据权利要求1所述的一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤S3的第二火次中，锻件加热到锻造温度后，将钢锭依次拔长、镦粗、拔长成型，保证终锻温度≥950℃，然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1130-1150℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h。
6.根据权利要求5所述的一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤S3的第二火次中，总拔长比＞4.5；总镦粗比＞2.2。
7.根据权利要求1所述的一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤S3的第三火次中，锻件加热到锻造温度后，将钢锭依次镦粗、滚圆冲孔成型，保证终锻温度≥950℃，然后将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1130-1150℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每200mm厚度的钢锭加热1～1.2h，最后锻件水冷。
8.根据权利要求7所述的一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤S3的第三火次中，镦粗比＞2.2。
9.根据权利要求1所述的一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于：在步骤S4的固溶处理：锻件加热到固溶温度，固溶温度为1050-1100℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；保温结束后出炉将锻件水冷，锻件出炉到冷却的间隔时间≤2min，水温必须小于40℃，之后重复上述固溶、保温和水冷过程，重复次数≤2。
10.根据权利要求1所述的一种船用防腐拉杆双相不锈钢锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于：锻件中各化学元素的成份重量百分比为：C：≤0.03％，Mn：≤2.0％，P：≤0.035％，S≤0.030％，Si：≤1.0％，Cr：23-26％，Ni：4.5-7.5％，N：≤0.2％；Mo：2.0～3.0％，余量为Fe及杂质。
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