CN114182067A - 一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，包括如下步骤：将原材料于天然气炉中加热后进行第一火次、第二火次、第三火次、第四火次四个火次锻造，第四火次结束后将坯料放入天然气炉中进行保温；然后进行第五火次锻造，将坯料放入模具内墩粗，用专用冲头进行整形至产品工艺尺寸，产品锻造完毕；锻造后对产品进行热处理。本发明通过对化学成分的调整、工艺优化，最终改善该马氏体不锈钢异型锻件冲击功与晶粒度细化方法，从而满足性能要求。

Description

一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法
技术领域
本发明应用于不锈钢异型锻件处理技术领域，具体涉及一种马氏体耐热不锈钢异型锻件制备及热处理方法。
背景技术
X19CrMoNbVN11-1属于一种马氏体耐热不锈钢，因具有高性能、长寿命、高安全可靠性等性能常用于核电/火电用超临界、超超临界汽轮机机组等极端高压环境下。但是异型件在锻造过程中由于整个生产过程较复杂，锻造火次多，导致晶粒粗大及存在混晶，难以满足最终性能要求。因此如何对生产过程进行改进满足性能要求，实现核心零部件制造关键技术的突破成为现阶段本材料异型件生产中的技术难题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供一种马氏体耐热不锈钢异型锻件制备及热处理方法，通过对化学成分的调整、工艺优化，最终改善该马氏体不锈钢异型锻件冲击功与晶粒度细化方法，从而满足性能要求。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案实现的：
一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，包括如下步骤：将原材料于天然气炉中加热后进行第一火次、第二火次、第三火次、第四火次四个火次锻造，第四火次结束后将坯料放入天然气炉中进行保温；然后进行第五火次锻造，将坯料放入模具内墩粗，用专用冲头进行整形至产品工艺尺寸，产品锻造完毕；锻造后对产品进行热处理。
进一步的，所述不锈钢异型锻件的元素组成如下：C：0.17～0.23％、Si：≤0.50％、Mn：0.60～0.70％、P：≤0.020％、S：≤0.015％、Ni：0.50～0.60％、Cr：11.00～11.50％、Mo：0.65～0.80％、V：0.20～0.30％、Nb：0.25～0.40％、N：0.050～0.10％、B：≤0.0005％、Al：≤0.020％、Sn：≤0.005％、Pb：≤0.02％、As≤0.006％，余量为Fe及杂质。
进一步的，在锻造之前对原材料进行熔炼处理，所述熔炼处理过程为对原材料进行EF+LF+VD+Electroslag的处理过程。
进一步的，在锻造之前对原材料进行熔炼处理，所述熔炼处理过程为对原材料进行电炉+LF+VD+ESR的处理过程。
进一步的，原材料在天然气炉中加热参数为600℃保温1.5～2.5小时后，升温至750～850℃保温2～4小时，然后再升温至1150～1250℃保温4～6小时。
进一步的，原材料在天然气炉中加热参数为600℃保温2小时后，升温至800℃保温3小时，然后再升温至1190℃保温5小时。
进一步的，在第一火次锻造中，将坯料墩粗，锻造后保温温度为1190℃2.5小时。
进一步的，在第二火次锻造中，将坯料用冲头冲孔，锻造后保温温度为1190℃2小时。
进一步的，在第三火次锻造中，将坯料用马棒进行马架扩孔，锻造后保温温度为1190℃1.5小时。
进一步的，在第四火次锻造中，将坯料用芯棒拔长，锻造后保温温度为1120℃1.5小时。
进一步的，所述热处理过程包括淬火和回火过程，在淬火与回火之前需要先进行退火工序，所述退火工序的过程为将锻造后的耐热不锈钢异型锻件在300℃以下入炉加热，到650～750℃保温1.5～2.5小时，然后升温到1000～1050℃保温4.5～5.5h后，以冷却速度≤60℃/h随炉降温到450℃以下出炉空冷至室温。
进一步的，所述退火工序过程为将锻造后的耐热不锈钢异型锻件在300℃以下入炉加热，到700℃保温2小时，然后升温到1020℃保温5h后，以冷却速度≤60℃/h随炉降温到450℃以下出炉空冷至室温。
进一步的，所述淬火过程为：在400℃以下入炉加热到650～750℃保温1.5～2.5小时，然后升温到1020～1100℃保温4～5h后油冷至≤150℃。
进一步的，所述回火过程为：在300℃以下入炉加热到300～350℃保温1.5～2.5小时，然后升温到650～700℃保温7.5～8.5h空冷至室温。
进一步的，所述淬火过程为：在400℃以下入炉加热到700℃保温2小时，然后升温到1050℃保温4.5h后油冷至≤150℃。
进一步的，所述回火过程为：在300℃以下入炉加热到300℃保温2小时，然后升温到680℃保温8h空冷至室温。
本发明耐热不锈钢异型锻件为横截面为“T”型的异型管件，本发明锻造及热处理方法还可以用于各种种类异型管件的生产，通过对在锻造过程及热处理过程中增加模具成型、退火过程等方法来达到改善该马氏体不锈钢异型锻件冲击功与晶粒度细化的目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过对锻造工艺的改进，增加了模具成型工艺，在第五火次锻造中用专用冲头整形，使产品在各方位都有了一定的变形量，增加了锻件内部组织的均匀性，不仅降低了锻造温度，而且使产品的晶粒度得到了有效控制，晶粒更加细化。
在热处理阶段增加了一个退火工艺，改善了材料的成分偏析，均匀组织，细化晶粒度等，提高了产品的综合力学性能。
对淬火、回火工艺进行了改进，防止产品在高温阶段的晶粒长大，提高产品晶粒度，因而提高材料的冲击功，提高了产品的韧性，增加抗疲劳性，从而增加了产品的使用寿命。本发明得到的X19CrMoNbVN11-1马氏体耐热不锈钢异型锻件力学性能优越，冲击功得到了改善，晶粒度得到细化，可以达到大于5级晶粒度。
附图说明
图1为本发明一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法中锻造过程的流程图。
图2为本发明一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法中实施例1与对比例的金相组织图。
图3为本发明一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法中实施例1与对比例的电镜扫描图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，包括如下步骤：
对原材料进行熔炼处理，熔炼处理过程为对原材料进行EF+LF+VD+Electroslag或者电炉+LF+VD+ESR的处理过程。
熔炼处理后将原材料于天然气炉中加热，在天然气炉中加热参数为600℃保温1.5～2.5小时后，升温至750～850℃保温2～4小时，然后再升温至1150～1250℃保温4～6小时。参见附图1，加热后进行五个火次的锻造：
第一火次：将坯料墩粗，锻造后保温温度为1190℃2.5小时。
第二火次：将坯料用冲头冲孔，锻造后保温温度为1190℃2小时。
第三火次：将坯料用马棒进行马架扩孔，锻造后保温温度为1190℃1.5小时。
第四火次：将坯料用芯棒拔长，锻造后保温温度为1120℃1.5小时。
第五火次：将坯料放入模具内墩粗，用专用冲头进行整形至产品工艺尺寸，产品锻造完毕。
锻造完成后对产品进行热处理：
退火过程：将锻造后的耐热不锈钢异型锻件在300℃以下入炉加热，到650～750℃保温1.5～2.5小时，然后升温到1000～1050℃保温4.5～5.5h后，以冷却速度≤60℃/h随炉降温到450℃以下出炉空冷至室温。
淬火过程：在400℃以下入炉加热到650～750℃保温1.5～2.5小时，然后升温到1020～1100℃保温4～5h后油冷至≤150℃。
回火过程：在300℃以下入炉加热到300～350℃保温1.5～2.5小时，然后升温到650～700℃保温7.5～8.5h空冷至室温。
热处理后得到的不锈钢异型锻件中的元素组成如下：C：0.17～0.23％、Si：≤0.50％、Mn：0.60～0.70％、P：≤0.020％、S：≤0.015％、Ni：0.50～0.60％、Cr：11.00～11.50％、Mo：0.65～0.80％、V：0.20～0.30％、Nb：0.25～0.40％、N：0.050～0.10％、B：≤0.0005％、Al：≤0.020％、Sn：≤0.005％、Pb：≤0.02％、As：≤0.006％，余量为Fe及杂质。
实施例1：
一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，包括如下步骤：
对原材料进行熔炼处理，熔炼处理过程为对原材料进行EF+LF+VD+Electroslag的处理过程。
熔炼处理后将原材料于天然气炉中加热，在天然气炉中加热参数为600℃保温2小时后，升温至800℃保温3小时，然后再升温至1190℃保温5小时。加热后进行五个火次的锻造：
第一火次：将坯料墩粗，锻造后保温温度为1190℃2.5小时。
第二火次：将坯料用冲头冲孔，锻造后保温温度为1190℃2小时。
第三火次：将坯料用马棒进行马架扩孔，锻造后保温温度为1190℃1.5小时。
第四火次：将坯料用芯棒拔长，锻造后保温温度为1120℃1.5小时。
第五火次：将坯料放入模具内墩粗，用专用冲头进行整形至产品工艺尺寸，产品锻造完毕。
锻造完成后对产品进行热处理：
退火过程：将锻造后的耐热不锈钢异型锻件在300℃以下入炉加热，到700℃保温2小时，然后升温到1020℃保温5h后，以冷却速度≤60℃/h随炉降温到450℃以下出炉空冷至室温。
淬火过程：在400℃以下入炉加热到700℃保温2小时，然后升温到1050℃保温4.5h后油冷至≤150℃。
回火过程：在300℃以下入炉加热到300℃保温2小时，然后升温到680℃保温8h空冷至室温。
热处理后得到的不锈钢异型锻件中的元素组成如下：C：0.22％、Si：0.32％、Mn：0.64％、P：0.013％、S：0.0012％、Ni：0.55％、Cr：11.25％、Mo：0.72％、V：0.23％、Nb：0.27％、N：0.076％、B：0.0005％、Al：0.018％、Sn：0.005％、Pb：0.017％、As：0.0059％，余量为Fe及杂质。
实施例2：
一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，包括如下步骤：
对原材料进行熔炼处理，熔炼处理过程为对原材料进行电炉+LF+VD+ESR的处理过程。
熔炼处理后将原材料于天然气炉中加热，在天然气炉中加热参数为600℃保温2.5小时后，升温至750℃保温4小时，然后再升温至1230℃保温4小时。加热后进行五个火次的锻造：
第一火次：将坯料墩粗，锻造后保温温度为1190℃2.5小时。
第二火次：将坯料用冲头冲通孔，锻造后保温温度为1190℃2小时。
第三火次：将坯料用马棒进行马架扩孔，锻造后保温温度为1190℃1.5小时。
第四火次：将坯料用芯棒拔长，锻造后保温温度为1120℃1.5小时。
第五火次：将坯料放入模具内墩粗，用专用冲头进行整形至产品工艺尺寸，产品锻造完毕。
锻造完成后对产品进行热处理：
退火过程：将锻造后的耐热不锈钢异型锻件在300℃以下入炉加热，到650℃保温2.5小时，然后升温到1000℃保温5.5h后，以冷却速度≤60℃/h随炉降温到450℃以下出炉空冷至室温。
淬火过程：在400℃以下入炉加热到750℃保温1.5小时，然后升温到1100℃保温4h后油冷至≤150℃。
回火过程：在300℃以下入炉加热到320℃保温2.5小时，然后升温到700℃保温7.5h空冷至室温。
热处理后得到的不锈钢异型锻件中的元素组成如下：C：0.21％、Si：0.28％、Mn：0.68％、P：0.013％、S：0.0012％、Ni：0.50％、Cr：11.28％、Mo：0.70％、V：0.23％、Nb：0.29％、N：0.078％、B：0.0015％、Al：0.012％、Sn：0.005％、Pb：0.019％、As：0.0057％，余量为Fe及杂质。
实施例3：
一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，包括如下步骤：
对原材料进行熔炼处理，熔炼处理过程为对原材料进行EF+LF+VD+Electroslag的处理过程。
熔炼处理后将原材料于天然气炉中加热，在天然气炉中加热参数为600℃保温1.5小时后，升温至850℃保温2小时，然后再升温至1150℃保温6小时。加热后进行五个火次的锻造：
第一火次：将坯料墩粗，锻造后保温温度为1190℃2.5小时。
第二火次：将坯料用冲头冲通孔，锻造后保温温度为1190℃2小时。
第三火次：将坯料用马棒进行马架扩孔，锻造后保温温度为1190℃1.5小时。
第四火次：将坯料用芯棒拔长，锻造后保温温度为1120℃1.5小时。
第五火次：将坯料放入模具内墩粗，用专用冲头进行整形至产品工艺尺寸，产品锻造完毕。
锻造完成后对产品进行热处理：
退火过程：将锻造后的耐热不锈钢异型锻件在300℃以下入炉加热，到750℃保温1.5小时，然后升温到1050℃保温4.5h后，以冷却速度≤60℃/h随炉降温到450℃以下出炉空冷至室温。
淬火过程：在400℃以下入炉加热到650℃保温2.5小时，然后升温到1050℃保温4.5h后油冷至≤150℃。
回火过程：在300℃以下入炉加热到350℃保温2小时，然后升温到680℃保温8h空冷至室温。
热处理后得到的不锈钢异型锻件中的元素组成如下：C：0.20％、Si：0.28％、Mn：0.70％、P：0.013％、S：0.0011％、Ni：0.57％、Cr：11.35％、Mo：0.75％、V：0.23％、Nb：0.35％、N：0.083％、B：0.0025％、Al：0.018％、Sn：0.005％、Pb：0.018％、As：0.0058％，余量为Fe及杂质。
对比例1：
一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，包括如下步骤：
对原材料进行熔炼处理，熔炼处理过程为对原材料进行EF+LF+VD+Electroslag的处理过程。
熔炼处理后将原材料于天然气炉中加热，在天然气炉中加热参数为600℃保温2小时后，升温至800℃保温3小时，然后再升温至1190℃保温5小时。加热后进行四个火次的锻造：
第一火次：将坯料墩粗，锻造后保温温度为1190℃2.5小时。
第二火次：将坯料用冲头冲孔，锻造后保温温度为1190℃2小时。
第三火次：将坯料用马棒进行马架扩孔，锻造后保温温度为1190℃1.5小时。
第四火次：将坯料用芯棒拔长，分料并拔出小头尺寸，整形至产品工艺尺寸，产品锻造完毕。
锻造完成后对产品进行热处理：
淬火过程：在400℃以下入炉加热到700℃保温2小时，然后升温到1050℃保温4.5h后油冷至≤150℃。
回火过程：在300℃以下入炉加热到300℃保温2小时，然后升温到680℃保温8h空冷至室温。
对各实施例和对比例的不锈钢异型锻件进行力学性能测试及显微结构进行观察。表1为各实施例及对比例的力学性能实测值，可以看出，与常规耐热不锈钢异型锻件相比，本发明的力学性能有了明显的改善，尤其是冲击功和晶粒度改进明显。主要是由于锻造过程中增加了一火次锻造，锻造中增加了模具的成型，并用专用冲头对锻件进行整形，使得产品各方位都有了一定的变形量，从而在第五火次降低了锻造温度，使晶粒度得到了有效控制。本申请结合热处理的改进，增加了一个退火工艺，改善了材料的成分偏析，均匀组织，进一步细化晶粒度，提高了产品的韧性和冲击功，增加了抗疲劳性。从附图2与附图3也可以很明显的看出晶粒度的变化。
表1力学性能实测值
Figure BDA0003408795660000071
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所作任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：将原材料于天然气炉中加热后进行第一火次、第二火次、第三火次、第四火次四个火次锻造，第四火次结束后将坯料放入天然气炉中进行保温；然后进行第五火次锻造，将坯料放入模具内墩粗，用专用冲头进行整形至产品工艺尺寸，产品锻造完毕；锻造后对产品进行热处理。
2.如权利要求1所述一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，其特征在于，所述不锈钢异型锻件的元素组成如下：C：0.17～0.23％、Si：≤0.50％、Mn：0.60～0.70％、P：≤0.020％、S：≤0.015％、Ni：0.50～0.60％、Cr：11.00～11.50％、Mo：0.65～0.80％、V：0.20～0.30％、Nb：0.25～0.40％、N：0.050～0.10％、B：≤0.0005％、Al：≤0.020％、Sn：≤0.005％、Pb：≤0.02％、As≤0.006％，余量为Fe及杂质。
3.如权利要求1所述一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，其特征在于：在锻造之前对原材料进行熔炼处理，所述熔炼处理过程为对原材料进行EF+LF+VD+Electroslag的处理过程。
4.如权利要求1所述一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，其特征在于：在锻造之前对原材料进行熔炼处理，所述熔炼处理过程为对原材料进行电炉+LF+VD+ESR的处理过程。
5.如权利要求1所述一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，其特征在于：原材料在天然气炉中加热参数为600℃保温1.5～2.5小时后，升温至750～850℃保温2～4小时，然后再升温至1150～1250℃保温4～6小时。
6.如权利要求1所述一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，其特征在于：在第三火次锻造中，将坯料用马棒进行马架扩孔，锻造后保温温度为1190℃1.5小时。
7.如权利要求1所述一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，其特征在于：在第四火次锻造中，将坯料用芯棒拔长，锻造后保温温度为1120℃1.5小时。
8.如权利要求1所述一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，其特征在于：所述热处理过程包括淬火和回火过程，在淬火与回火之前需要先进行退火工序，所述退火工序的过程为将锻造后的耐热不锈钢异型锻件在300℃以下入炉加热，到650～750℃保温1.5～2.5小时，然后升温到1000～1050℃保温4.5～5.5h后，以冷却速度≤60℃/h随炉降温到450℃以下出炉空冷至室温。
9.如权利要求8所述一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，其特征在于：所述淬火过程为：在400℃以下入炉加热到650～750℃保温1.5～2.5小时，然后升温到1020～1100℃保温4～5h后油冷至≤150℃。
10.如权利要求8所述一种马氏体耐热不锈钢异型锻件锻造及热处理方法，其特征在于：所述回火过程为：在300℃以下入炉加热到300～350℃保温1.5～2.5小时，然后升温到650～700℃保温7.5～8.5h空冷至室温。
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