CN113265576A - 一种高性能20MnMo大型管板锻件及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能20MnMo大型管板锻件，含有下列化学成分：C0.18％～0.22％，Si 0.15％～0.35％，Mn 1.15％～1.25％，Cr 0.05％～0.28％，Mo0.20％～0.35％，Ni 0.03％～0.30％，Cu 0.02％～0.18％，P 0.005％～0.015％，S0.002％～0.009％，余量为铁。还公开了一种高性能20MnMo大型管板锻件的制造工艺，包括以下步骤：电炉冶炼；炉外精炼；锻造；镦粗；无损检测；成品。通过上述方式，本发明通过元素控制，P、S有害元素含量，减少材料中塑性夹杂物数量，以此减少锻造过程中产生RST效应，有效避免了层状缺陷的产生，在超声波探伤检测中大大减少层状缺陷。

Description

一种高性能20MnMo大型管板锻件及其制造工艺
技术领域
本发明涉及合金钢锻造技术领域，特别是涉及一种高性能20MnMo大型管板锻件及其制造工艺。
背景技术
在石油化工等行业大量使用20MnMo大型管板，在制造过程中，20MnMo大型管板锻件的合格率一直很低，超声波探伤很难通过，同行业锻造厂也遇到同样问题。将缺陷锻件解剖后，发现缺陷为平行于上下表面的层状密集缺陷，管板心部缺陷较多。由于管板锻造成形特点，在制造过程中产生了RST效应，管板在大变形锻造中产生的滑动撕裂，引起微小塑性夹杂物合并成更大缺陷，最终产生宏观密集层状缺陷。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种高性能20MnMo大型管板锻件及其制造工艺，解决了大型20MnMo管板制造合格率低的问题。
一种高性能20MnMo大型管板锻件，其特征在于，含有下列化学成分：C 0.18％～0.22％，Si 0.15％～0.35％，Mn 1.05％～1.25％，Cr 0.05％～0.28％，Mo 0.20％～0.35％，Ni 0.03％～0.30％，Cu 0.02％～0.18％，P≤0.015％，S≤0.009％，余量为铁。
优选的，含有下列化学成分：C 0.18％～0.22％，Si 0.15％～0.35％，Mn 1.15％～1.25％，Cr 0.05％～0.28％，Mo 0.20％～0.35％，Ni 0.03％～0.30％，Cu 0.02％～0.18％，P 0.005％～0.015％，S 0.002％～0.009％，余量为铁。
一种高性能20MnMo大型管板锻件的制造工艺，包括以下步骤：
电炉冶炼：在电炉内将炉料冶炼成初炼钢水；
炉外精炼：将得到的钢水用精炼炉进一步精炼成含有上述化学成分的合金钢，精炼后将钢水铸成钢锭，并对钢锭进行缓冷；
锻造：将钢锭通过液压机或空气锤锻造成化学成分如上述的大型管板锻件，且在成形过程中控制0.5≤W/H≤1.0，其中W为砧宽，H为下压时锻件厚度。需要说明的是，0.5≤W/H≤1.0这个公式不是控制锻件最终尺寸，而是锻造过程中应保持的形状比值，通过该形状比值可以有效避免产生层状缺陷。
镦粗：在镦粗成形过程中，控制锻件径高比为：D/H≤1.35或H/D≥0.74。需要说明的是，D/H≤1.35或H/D≥0.74这个公式不是控制锻件最终尺寸，而是镦粗过程中应保持的形状比值，可以有效避免了RST效应的产生，避免锻件内部夹层裂纹缺陷的产生。
机加工：将锻件通过机加工制成合金钢锻件工件；
无损检测：通过超声波探伤仪、渗透探伤仪对大型管板锻件工件进行探伤检验；
成品：将探伤检验后的大型管板锻件包装入库。
优选的，在镦粗步骤中，对于径高比不符合D/H≤1.35的管板，采用中心压实法进行镦粗成形
本发明的有益效果是：
1、通过元素控制，P、S有害元素含量，减少材料中塑性夹杂物数量，以此减少锻造过程中产生RST效应，有效避免了层状缺陷的产生，在超声波探伤检测中大大减少层状缺陷。
2、应用锻件成形有限元分析软件Deferm，仿真模拟锻造工艺过程，分析锻件成形过程中内应力分布，弹性变形、塑性变形和材料破损等形成条件，确定了合理的锻造工艺参数。
3、通过锻造工艺控制，在锻造和镦粗过程中不控制锻件形状比值，避免RST效应，减少和避免产生层状缺陷。
具体实施方式
下面结合表格对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1：
一种高性能20MnMo大型管板，含有下列化学成分：C 0.20％，Si 0.15％，Mn1.23％，Cr 0.28％，Mo 0.22％，Ni 0.27％，Cu 0.16％，P 0.015％，S 0.005％，余量为铁。
一种高性能20MnMo大型管板锻件的制造工艺，包括以下步骤：
电炉冶炼：在电炉内将炉料冶炼成初炼钢水；
炉外精炼：将得到的钢水用精炼炉进一步精炼成含有上述化学成分的合金钢，精炼后将钢水铸成钢锭，并对钢锭进行缓冷；
锻造：将钢锭通过液压机或空气锤锻造成化学成分如上述的大型管板锻件，且在成形过程中控制W/H＝0.8，其中W为砧宽，H为下压时锻件厚度。
镦粗：在镦粗成形过程中，控制锻件径高比为：D/H＝1.33。
机加工：将锻件通过机加工制成合金钢锻件工件；
无损检测：通过超声波探伤仪、渗透探伤仪对大型管板锻件工件进行探伤检验；
成品：将探伤检验后的大型管板锻件包装入库。
实施例2：
一种高性能20MnMo大型管板，含有下列化学成分：C 0.18％，Si 0.30％，Mn1.19％，Cr 0.25％，Mo 0.26％，Ni 0.30％，Cu 0.08％，P 0.005％，S 0.008％，余量为铁。
一种高性能20MnMo大型管板锻件的制造工艺，包括以下步骤：
电炉冶炼：在电炉内将炉料冶炼成初炼钢水；
炉外精炼：将得到的钢水用精炼炉进一步精炼成含有上述化学成分的合金钢，精炼后将钢水铸成钢锭，并对钢锭进行缓冷；
锻造：将钢锭通过液压机或空气锤锻造成化学成分如上述的大型管板锻件，且在成形过程中控制W/H＝1.0，其中W为砧宽，H为下压时锻件厚度。
镦粗：在镦粗成形过程中，控制锻件径高比为：D/H＝1.28。
机加工：将锻件通过机加工制成合金钢锻件工件；
无损检测：通过超声波探伤仪、渗透探伤仪对大型管板锻件工件进行探伤检验；
成品：将探伤检验后的大型管板锻件包装入库。
实施例3：
一种高性能20MnMo大型管板，含有下列化学成分：C 0.21％，Si 0.35％，Mn1.21％，Cr 0.17％，Mo 0.20％，Ni 0.14％，Cu 0.02％，P 0.012％，S 0.006％，余量为铁。
一种高性能20MnMo大型管板锻件的制造工艺，包括以下步骤：
电炉冶炼：在电炉内将炉料冶炼成初炼钢水；
炉外精炼：将得到的钢水用精炼炉进一步精炼成含有上述化学成分的合金钢，精炼后将钢水铸成钢锭，并对钢锭进行缓冷；
锻造：将钢锭通过液压机或空气锤锻造成化学成分如上述的大型管板锻件，且在成形过程中控制W/H＝0.6，其中W为砧宽，H为下压时锻件厚度。
镦粗：在镦粗成形过程中，控制锻件径高比为：D/H＝1.35。
机加工：将锻件通过机加工制成合金钢锻件工件；
无损检测：通过超声波探伤仪、渗透探伤仪对大型管板锻件工件进行探伤检验；
成品：将探伤检验后的大型管板锻件包装入库。
实施例4：
一种高性能20MnMo大型管板，含有下列化学成分：C 0.19％，Si 0.2l％，Mn1.25％，Cr 0.08％，Mo 0.27％，Ni 0.03％，Cu 0.13％，P 0.012％，S 0.009％，余量为铁。
一种高性能20MnMo大型管板锻件的制造工艺，包括以下步骤：
电炉冶炼：在电炉内将炉料冶炼成初炼钢水；
炉外精炼：将得到的钢水用精炼炉进一步精炼成含有上述化学成分的合金钢，精炼后将钢水铸成钢锭，并对钢锭进行缓冷；
锻造：将钢锭通过液压机或空气锤锻造成化学成分如上述的大型管板锻件，且在成形过程中控制W/H＝0.7，其中W为砧宽，H为下压时锻件厚度。
镦粗：在镦粗成形过程中，控制锻件径高比为：D/H＝1.32。
机加工：将锻件通过机加工制成合金钢锻件工件；
无损检测：通过超声波探伤仪、渗透探伤仪对大型管板锻件工件进行探伤检验；
成品：将探伤检验后的大型管板锻件包装入库。
实施例5：
一种高性能20MnMo大型管板，含有下列化学成分：C 0.22％，Si 0.33％，Mn1.17％，Cr 0.05％，Mo 0.32％，Ni 0.09％，Cu 0.18％，P 0.008％，S 0.004％，余量为铁。
一种高性能20MnMo大型管板锻件的制造工艺，包括以下步骤：
电炉冶炼：在电炉内将炉料冶炼成初炼钢水；
炉外精炼：将得到的钢水用精炼炉进一步精炼成含有上述化学成分的合金钢，精炼后将钢水铸成钢锭，并对钢锭进行缓冷；
锻造：将钢锭通过液压机或空气锤锻造成化学成分如上述的大型管板锻件，且在成形过程中控制W/H＝0.5，其中W为砧宽，H为下压时锻件厚度。
镦粗：在镦粗成形过程中，控制锻件径高比为：D/H＝1.30。
机加工：将锻件通过机加工制成合金钢锻件工件；
无损检测：通过超声波探伤仪、渗透探伤仪对大型管板锻件工件进行探伤检验；
成品：将探伤检验后的大型管板锻件包装入库。
实施例6：
一种高性能20MnMo大型管板，含有下列化学成分：C 0.195％，Si 0.18％，Mn1.15％，Cr 0.12％，Mo 0.35％，Ni 0.21％，Cu 0.06％，P 0.014％，S 0.002％，余量为铁。
一种高性能20MnMo大型管板锻件的制造工艺，包括以下步骤：
电炉冶炼：在电炉内将炉料冶炼成初炼钢水；
炉外精炼：将得到的钢水用精炼炉进一步精炼成含有上述化学成分的合金钢，精炼后将钢水铸成钢锭，并对钢锭进行缓冷；
锻造：将钢锭通过液压机或空气锤锻造成化学成分如上述的大型管板锻件，且在成形过程中控制W/H＝0.9，其中W为砧宽，H为下压时锻件厚度。
镦粗：在镦粗成形过程中，控制锻件径高比为：D/H＝1.27。
机加工：将锻件通过机加工制成合金钢锻件工件；
无损检测：通过超声波探伤仪、渗透探伤仪对大型管板锻件工件进行探伤检验；
成品：将探伤检验后的大型管板锻件包装入库。
对比例1：
一种高性能20MnMo大型管板，含有下列化学成分：C 0.195％，Si 0.18％，Mn1.15％，Cr 0.12％，Mo 0.35％，Ni 0.21％，Cu 0.06％，P 0.014％，S 0.002％，余量为铁。
一种高性能20MnMo大型管板锻件的制造工艺，包括以下步骤：
电炉冶炼：在电炉内将炉料冶炼成初炼钢水；
炉外精炼：将得到的钢水用精炼炉进一步精炼成含有上述化学成分的合金钢，精炼后将钢水铸成钢锭，并对钢锭进行缓冷；
锻造：将钢锭通过液压机或空气锤锻造成化学成分如上述的大型管板锻件，且在成形过程中控制W/H＝0.9，其中W为砧宽，H为下压时锻件厚度。
镦粗：在镦粗成形过程中，控制锻件径高比为：D/H＝1.27。
机加工：将锻件通过机加工制成合金钢锻件工件；
无损检测：通过超声波探伤仪、渗透探伤仪对大型管板锻件工件进行探伤检验；
成品：将探伤检验后的大型管板锻件包装入库。
对比例2：
一种高性能20MnMo大型管板锻件，含有下列化学成分：C 0.195％，Si 0.18％，Mn1.30％，Cr 0.12％，Mo 0.35％，Ni 0.21％，Cu 0.06％，P 0.020％，S 0.010％，余量为铁。
对比例2中的大型管板锻件采用传统的制造工艺制得，在传统制造工艺的中锻造和镦粗过程中，不限定其形状比值，即不限定W/H和D/H。
表1实施例1～6及对比例1～2中高性能20MnMo大型管板锻件的组分
Figure BDA0003068445530000081
Figure BDA0003068445530000091
表2实施例1～实施例6中高性能20MnMo大型管板锻件的尺寸
Figure BDA0003068445530000092
表1为实施例1～6及对比例1～2中高性能20MnMo大型管板锻件的组分，表2为实施例1～6及对比例1～2中锻件在锻造和镦粗过程中的形状比值。按照表1和表2每个实施例和对比例均做100个大型管板锻件，通过超声波探伤仪和渗透探伤仪对所有的大型管板锻件进行无损检测，符合NB/T47008的要求即属于合格，检测结果以合格率表示，如表3所示。
表3实施例1～实施例6中高性能20MnMo的无损检测结果
Figure BDA0003068445530000093
由表3可见，实施例1～6中锻件无损检测的合格率远远高于对比例1～2中锻件无损检测的合格率。实施例1～6中锻件采用本发明的化学成分以及制造工艺制得，探伤时不产生层状缺陷，合格率高。对比例1采用传统化学成分，不控制有害元素的含量，但采用了本发明的制造工艺，其合格率比实施例1～6低，说明本发明中的制造工艺有利于无损检测合格率的提升。对比例2采用本发明的化学成分，通过采用传统制造工艺制得，在锻造和镦粗过程中不控制锻件形状比值，其合格率比实施例1～6低，说明本发明中的化学成分有利于无损检测合格率的提升。并且，通过对比例1与对比例2的比较，对比例1的合格率高于对比例2的合格率，说明在影响产生层状缺陷的因素中，制造工艺的影响要大于锻件化学成分的影响。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及表格内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种高性能20MnMo大型管板锻件，其特征在于，含有下列化学成分：C 0.18％～0.22％，Si 0.15％～0.35％，Mn 1.05％～1.25％，Cr 0.05％～0.28％，Mo 0.20％～0.35％，Ni 0.03％～0.30％，Cu 0.02％～0.18％，P≤0.015％，S≤0.009％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的一种高性能20MnMo大型管板锻件，其特征在于，含有下列化学成分：C 0.18％～0.22％，Si 0.15％～0.35％，Mn 1.15％～1.25％，Cr 0.05％～0.28％，Mo 0.20％～0.35％，Ni 0.03％～0.30％，Cu 0.02％～0.18％，P 0.005％～0.015％，S0.002％～0.009％，余量为铁。
3.一种高性能20MnMo大型管板锻件的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
电炉冶炼：在电炉内将炉料冶炼成初炼钢水；
炉外精炼：将得到的钢水用精炼炉进一步精炼成含有权1或2所述化学成分的合金钢，精炼后将钢水铸成钢锭，并对钢锭进行缓冷；
锻造：将钢锭通过液压机或空气锤锻造成大型管板锻件，且在成形过程中控制0.5≤W/H≤1.0，其中W为砧宽，H为下压时锻件厚度；
镦粗：在镦粗成形过程中，控制锻件径高比为：D/H≤1.35或H/D≥0.74；
机加工：将锻件通过机加工制成合金钢锻件工件；
无损检测：通过超声波探伤仪、渗透探伤仪对大型管板锻件工件进行探伤检验；
成品：将探伤检验后的大型管板锻件工件包装入库。
4.根据权利要求3所述的一种高性能20MnMo大型管板锻件的制造工艺，其特征在于：在镦粗步骤中，对于径高比不符合D/H≤1.35的管板，采用中心压实法进行镦粗成形。
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