CN113664133A - 一种提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及合金材料锻造技术领域，尤其涉及一种提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，包括如下步骤：步骤一，将双相不锈钢冷锭升温至1200～1250℃，保温2～3小时后进行镦粗锻造，所述镦粗锻造的变形量为20％～35％，然后进行拔长锻造，得到经过预处理的双相不锈钢坯料；步骤二，将经过预处理的双相不锈钢坯料在1200～1250℃的条件下保温8～10小时后进行镦粗锻造，所述镦粗锻造的变形量为40％～52％，得到双相不锈钢坯料；步骤三，将双相不锈钢坯料在1050～1100℃的条件下保温2～3小时后进行拔长锻造。本发明提供的方法操作简单易于实现，采用本发明的锻造方法，可以达到提高双相不锈钢低温冲击性能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料锻造技术领域，尤其涉及一种提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法。
背景技术
双相不锈钢，即固溶组织中同时存在铁素体及奥氏体两种组织结构的不锈钢，多数情况下，铁素体与奥氏体各约占50％，一般较少相含量最少不少于40％。双相不锈钢因为兼具奥氏体和铁素体不锈钢的优良特点，一直受到技术人员的关注和推崇，广泛应用于核电，石油，化工及海洋工程等重要领域。
但是由于双相不锈钢中的铁素体相具有体心立方结构，低温环境下有韧脆转变现象，当温度低于韧脆转变温度时，双相不锈钢的韧性会急剧下降进而发生脆化。传统双相不锈钢的生产方式是将钢锭加热后，纵向拔长锻造，得到的两相组织中铁素体占比较高，奥氏体相占比较低，因此导致其低温冲击性能较差，并且采用传统的生产方式得到的双相不锈钢中的两相组织近似均匀条带状分布，组织方向性较强，进而导致其横向低温冲击性能低，不能满足低温环境下该类材料的使用要求。
发明内容
基于现有技术中存在的以上问题，本发明提供一种提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，采用本发明的锻造方法，可以显著提高双相不锈钢的低温冲击性能，克服了现有技术的缺陷。
为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
本发明实施例提供了一种提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，包括如下步骤：
步骤一，将双相不锈钢冷锭升温至1200～1250℃，保温2～3小时后进行镦粗锻造，所述镦粗锻造的变形量为20％～35％，然后进行拔长锻造，得到经过预处理的双相不锈钢坯料；
步骤二，将所述经过预处理的双相不锈钢坯料在1200～1250℃的条件下保温8～10小时后进行镦粗锻造，所述镦粗锻造的变形量为40％～52％，得到双相不锈钢坯料；
步骤三，将所述双相不锈钢坯料在1050～1100℃的条件下保温2～3小时后进行拔长锻造。
本发明的提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法先将双相不锈钢冷锭加热到1200～1250℃后进行镦粗和拔长锻造预处理，通过控制镦粗锻造前热处理的温度和时间以及热处理后镦粗锻造的变形量，可以初步破碎双相不锈钢中的铸态结晶组织，然后通过将经过预处理的双相不锈钢坯料在1200～1250℃的条件下保温8～10小时，可以将经过预处理的双相不锈钢中的铸态结晶组织充分均匀化。将均匀化铸态组织后的双相不锈钢坯料再次进行镦粗锻造，通过控制镦粗锻造前热处理的温度和时间以及热处理后镦粗锻造的变形量可以改变双相不锈钢两相组织相形态的方向性和层状双相组织的分布，最后通过将拔长锻造前热处理的温度控制在1050～1100℃，既可以使高温变形后的多方向、多尺度非均匀层状双相组织冷却后得以保留，又可以减少变形过程中奥氏体相向高温铁素体转变，获得奥氏体相尽可能多的两相组织，由于影响低温冲击韧性的主要是铁素体相，增加奥氏体相有利于提高双相不锈钢的低温冲击韧性。本发明的锻造方法通过控制加热温度和锻造变形量，不仅可以获得奥氏体相多的两相组织，达到提高双相不锈钢低温冲击性能的目的，还可以获得具有多方向、多尺度晶粒分布的非均匀层状双相组织，达到提高双相不锈钢的横向低温冲击性能的目的，克服了现有技术的缺陷。
本发明中的镦粗锻造的变形量表示镦粗锻造的横截面积变形量。
优选地，双相不锈钢的化学成分质量百分比为：C≤0.03％、Si≤1.00％、Mn≤1.00％、S≤0.020％、P≤0.030％、Ni：5.0％-6.5％、Cr：21.00％-23.00％、Mo：3.0％-3.5％、N：0.14％-0.20％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，步骤一中，双相不锈钢冷锭的升温速度为50～90℃/h。通过限定挤双相不锈钢冷锭的升温速度，既可以保证双相不锈钢冷锭内外均匀升温，又可以避免因升温速度太快导致双相不锈钢热应力开裂。
优选地，步骤一中，镦粗锻造的变形量为30％～35％。
优选地，步骤一中，拔长锻造的变形量为40％～50％。
通过控制镦粗锻造和拔长锻造的变形量可以初步改变双相不锈钢两相组织相形态的方向性和层状双相组织的分布。
优选地，步骤二中，镦粗锻造的变形量为48％～50％。
通过控制镦粗锻造的变形量可以大幅度地改变双相不锈钢两相组织相形态的方向性和层状双相组织的分布。
优选地，步骤三中，拔长锻造包括二至三火次。
优选地，拔长锻造的每火次锻造的变形量为30％～60％，在每火次锻造中，每道次的单锤压下量为80～120mm。
通过限定拔长锻造的变形量和单锤压下量，可以进一步改变双相不锈钢的双相组织的方向性、层状双相组织的分布，达到提高双相不锈钢的横向低温冲击性能的目的。
本发明提供的提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法先将双相不锈钢冷锭加热进行镦粗和拔长锻造，破碎双相不锈钢的铸态结晶组织，然后通过长时间高温加热均匀化双相不锈钢的铸态结晶组织，再进行镦粗锻造，改变双相不锈钢两相组织相形态的方向性和层状双相组织的分布，提高了双相不锈钢的横向低温冲击性，最后降低加热温度至1100℃以下进行拔长锻造，使高温变形后的多方向、多尺度非均匀层状双相组织冷却后得以保留，减少变形过程中奥氏体相向高温铁素体转变，提高了双相不锈钢的低温冲击韧性。本发明提供的提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法操作简单易于实现，不增加生产成本，通过本发明方法可以锻造得到低温冲击性能优良、锻造塑性良好、质量稳定的双相不锈钢。通过本锻造方法得到的双相不锈钢得低温冲击性能由原来的9～16J提升到159～293J。
附图说明
图1为本发明实施例1锻造得到的双相不锈钢的金相组织图；
图2为本发明实施例2锻造得到的双相不锈钢的金相组织图；
图3为本发明实施例3锻造得到的双相不锈钢的金相组织图；
图4为本发明对比例1锻造得到的双相不锈钢的金相组织图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
各实施例中的双相不锈钢的化学成分质量百分比为：C≤0.03％、Si≤1.00％、Mn≤1.00％、S≤0.020％、P≤0.030％、Ni：5.0％-6.5％、Cr：21.00％-23.00％、Mo：3.0％-3.5％、N：0.14％-0.20％，余量为Fe和不可避免的杂质。
实施例1
本实施例提供一种提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，包括如下步骤：
(1)将单支重1.69吨，高1.4米的双相不锈钢冷锭以50℃/h升温至1250℃保温2小时后出炉进行镦粗锻造，镦粗锻造的变形量为35％，然后进行拔长锻造，拔长锻造的变形量为40％，得到经过预处理的双相不锈钢坯料。
(2)将经过预处理的双相不锈钢坯料回炉继续1200℃加热保温10小时后出炉进行镦粗锻造，镦粗锻造的变形量为40％，镦粗完成后得双相不锈钢坯料。
(3)将所得双相不锈钢坯料回炉降低温度至1100℃保温2h，出炉进行第一火次拔长锻造，锻造的变形量为40％，单锤压下量为120mm，回炉1050℃保温2小时。
(4)将双相不锈钢坯料出炉进行第二火次拔长锻造，锻造的变形量为40％，单锤压下量为120mm，回炉1050℃保温2小时。
(5)将双相不锈钢坯料出炉进行第三火次拔长锻造，锻造的变形量为40％，单锤压下量为120mm，空冷至室温后车光至成品。
实施例2
本实施例提供一种提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，包括如下步骤：
(1)将单支重2.45吨，高1.46米的双相不锈钢冷锭以90℃/h升温至1200℃保温3小时后出炉进行镦粗锻造，镦粗锻造的变形量为20％，然后进行拔长锻造，拔长锻造的变形量为50％，得到经过预处理的双相不锈钢坯料。
(2)将经过预处理的双相不锈钢坯料回炉继续1200℃加热保温10小时后出炉进行镦粗锻造，镦粗锻造的变形量为52％，镦粗完成后得双相不锈钢坯料
(3)将所得双相不锈钢坯料回炉降低温度至1050℃保温3h，出炉进行第一火次拔长锻造，锻造的变形量为30％，单锤压下量为100mm，回炉1100℃保温3小时。
(4)将双相不锈钢坯料出炉进行第二火次拔长锻造，锻造的变形量为30％，单锤压下量为100mm，回炉1100℃保温3小时。
(5)将双相不锈钢坯料出炉进行第三火次拔长锻造，锻造的变形量为30％，单锤压下量为100mm，空冷至室温后车光至成品。
实施例3
本实施例提供一种提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，包括如下步骤：
(1)将单支重3吨，高1.42米的双相不锈钢冷锭以60℃/h升温至1225℃保温2.5小时后出炉进行镦粗锻造，镦粗锻造的变形量为30％，然后进行拔长锻造，拔长锻造的变形量为45％，得到经过预处理的双相不锈钢坯料。
(2)将经过预处理的双相不锈钢坯料回炉继续1210℃加热保温9小时后出炉进行镦粗锻造，镦粗锻造的变形量为50％，镦粗完成后得双相不锈钢坯料。
(3)将所得双相不锈钢坯料回炉降低温度至1060℃保温2h，出炉进行第一火次拔长锻造，锻造的变形量为50％，单锤压下量为80mm，回炉1060℃保温2.5小时。
(4)将双相不锈钢坯料出炉进行第二火次拔长锻造，锻造的变形量为50％，单锤压下量为80mm，回炉1060℃保温2.5小时。
(5)将双相不锈钢坯料出炉进行第三火次拔长锻造，锻造的变形量为50％，单锤压下量为80mm，空冷至室温后车光至成品。
实施例4
本实施例提供一种提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，包括如下步骤：
(1)将单支重3.5吨，高1.46米的双相不锈钢冷锭以70℃/h升温至1220℃保温2小时后出炉进行镦粗锻造，镦粗锻造的变形量为25％，然后进行拔长锻造，拔长锻造的变形量为42％，得到经过预处理的双相不锈钢坯料。
(2)将经过预处理的双相不锈钢坯料回炉继续1240℃加热保温10小时后出炉进行镦粗锻造，镦粗锻造的变形量为48％，镦粗完成后得双相不锈钢坯料。
(3)将所得双相不锈钢坯料回炉降低温度至1070℃保温3h，出炉进行第一火次拔长锻造，锻造的变形量为50％，单锤压下量为80mm，回炉1070℃保温2小时。
(4)将双相不锈钢坯料出炉进行第二火次拔长锻造，锻造的变形量为50％，单锤压下量为80mm，回炉1070℃保温2小时。
(5)将双相不锈钢坯料出炉进行第三火次拔长锻造，锻造的变形量为50％，单锤压下量为80mm，空冷至室温后车光至成品。
实施例5
本实施例提供一种提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，包括如下步骤：
(1)将单支重4.5吨，高1.6米的双相不锈钢冷锭以100℃/h升温至1230℃保温3小时后出炉进行镦粗锻造，镦粗锻造的变形量为32％，然后进行拔长锻造，拔长锻造的变形量为48％，得到经过预处理的双相不锈钢坯料。
(2)将经过预处理的双相不锈钢坯料回炉继续1220℃加热保温9小时后出炉进行镦粗锻造，镦粗锻造的变形量为50％，镦粗完成后得双相不锈钢坯料。
(3)将所得双相不锈钢坯料回炉降低温度至1080℃保温2h，出炉进行第一火次拔长锻造，锻造的变形量为60％，单锤压下量为120mm，回炉1080℃保温3小时。
(4)将双相不锈钢坯料出炉进行第二火次拔长锻造，锻造的变形量为60％，单锤压下量为120mm，空冷至室温后车光至成品。
对比例1
本对比例提供了研究过程中试验过的一种双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，包括如下步骤：
(1)将单支重3吨，高1.4米的双相不锈钢冷锭以100℃/h升温至1200℃保温2小时后出炉进行第一火次拔长锻造，锻造的变形量为40％，单锤压下量为100mm，回炉1200℃保温2小时。
(2)第二火次拔长锻造，锻造的变形量为40％，单锤压下量为100mm，回炉1200℃保温2小时。
(3)第三火次拔长锻造，锻造的变形量为40％，单锤压下量为100mm，回炉1200℃保温2小时。
(4)第四火次拔长锻造，锻造的变形量为40％，单锤压下量为100mm，空冷至室温后车光至成品。
对比例2
本对比例提供了研究过程中试验过的一种双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，包括如下步骤：
(1)将单支重4.5吨，高1.6米的双相不锈钢冷锭以90℃/h升温至1180℃保温3小时后出炉进行第一火次拔长锻造，锻造的变形量为30％，单锤压下量为80mm，回炉1180℃保温3小时。
(2)第二火次拔长锻造，锻造的变形量为30％，单锤压下量为80mm，回炉1180℃保温3小时。
(3)第三火次拔长锻造，锻造的变形量为30％，单锤压下量为80mm，回炉1180℃保温3小时。
(4)第四火次拔长锻造，锻造的变形量为30％，单锤压下量为80mm，空冷至室温后车光至成品。
对比例3
本对比例提供了研究过程中试验过的一种双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，包括如下步骤：
(1)将单支重4.5吨，高1.6米的双相不锈钢冷锭以60℃/h升温至1200℃保温2.5小时后出炉进行第一火次拔长锻造，锻造的变形量为45％，单锤压下量为120mm，回炉1200℃保温2.5小时。
(2)第二火次拔长锻造，锻造的变形量为45％，单锤压下量为120mm，回炉1200℃保温2.5小时。
(3)第三火次拔长锻造，锻造的变形量为45％，单锤压下量为120mm，空冷至室温后车光至成品。
实验例1
将实施例1-5及对比例1-3锻造的双相不锈钢棒材按照GB/T229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法在-46℃下进行低温冲击性能测试，测试结果如表1所示：
表1低温冲击性能测试结果
由上表中的数据可知，本发明提供的提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，可以显著提高双相不锈钢的低温冲击性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将双相不锈钢冷锭升温至1200～1250℃，保温2～3小时后进行镦粗锻造，所述镦粗锻造的变形量为20％～35％，然后进行拔长锻造，得到经过预处理的双相不锈钢坯料；
步骤二，将所述经过预处理的双相不锈钢坯料在1200～1250℃的条件下保温8～10小时后进行镦粗锻造，所述镦粗锻造的变形量为40％～52％，得到双相不锈钢坯料；
步骤三，将所述双相不锈钢坯料在1050～1100℃的条件下保温2～3小时后进行拔长锻造。
2.如权利要求1所述的提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，其特征在于：所述双相不锈钢的化学成分质量百分比为：C≤0.03％、Si≤1.00％、Mn≤1.00％、S≤0.020％、P≤0.030％、Ni：5.0％-6.5％、Cr：21.00％-23.00％、Mo：3.0％-3.5％、N：0.14％-0.20％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，其特征在于：步骤一中，所述双相不锈钢冷锭的升温速度为50～90℃/h。
4.如权利要求1所述的提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，其特征在于：步骤一中所述镦粗锻造的变形量为30％～35％。
5.如权利要求1所述的提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，其特征在于：步骤一中，所述拔长锻造的变形量为40％～50％。
6.如权利要求1所述的提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，其特征在于：步骤二中，所述镦粗锻造的变形量为48％～50％。
7.如权利要求1所述的提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，其特征在于：步骤三中，所述拔长锻造包括二至三火次。
8.如权利要求7所述的提高双相不锈钢低温冲击性能的锻造方法，其特征在于：所述拔长锻造的每火次锻造的变形量为30％～60％，每道次的单锤压下量为80～120mm。
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