CN114182078A - 一种高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法，属于锻件制造技术领域。它包括：选取钢锭；将所述钢锭依次经高温均质化预处理、预锻造、控性锻造、控形锻造和热处理，其中，所述高温均质化预处理包括将所述钢锭加热至1200～1250℃，保温至少50小时。本发明通过采用Cr：20.5～23.5％、Ni：11.50％～13.5％、N：0.20～0.40％、Nb：0.10～0.30％、V：0.10～0.30％、H≤5.0ppm、O≤30ppm钢锭，并依次经高温均质化预处理、预锻造、控性锻造、控形锻造和热处理，制造出室温抗拉强度不低于690MPa，断面收缩率不低于50％，冲击功不低于100J，425℃抗拉强度不低于585MPa的轴类大锻件，尤其是满足钠冷快堆换料新乏组件转换系统中的传动轴的使用需求。

Description

一种高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法
技术领域
本发明涉及锻件制造领域，尤其涉及一种高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法。
背景技术
钠冷快中子反应堆(简称：钠冷快堆)属于第四代核电堆型，其可以增殖核燃料，同压水堆相比，对铀资源的利用率可以从1％-2％提高到60％-70％。而且，热堆核电厂中产生的大部分长寿命放射性核素，可在快堆中通过裂变反应转换成短寿命的裂变产物，实现放射性废物最少化。
因此，钠冷快堆是我国发展第四代先进核能系统的主力堆型，也是中国核能技术实现闭式燃料循环和可持续发展的重要战略选择。新乏组件转换系统是钠冷快堆换料操作最为关键的部件之一，其功能是实现在不可见的全封闭、放射性环境中进行反应堆内新乏燃料的转换操作，直接关系到堆芯的安全。
钠冷快堆新乏组件转换系统用传动轴大锻件，是连接堆内换料系统中新乏组件转换桶驱动机构和转子的关键部件，将来至驱动机构的旋转力矩传递给转子，实现转子旋转工作。工作时会接触堆内钠溶液，常规工作环境温度为200～250℃，极限工作温度高达425℃。其运行工况复杂，这就要求锻件必须具备良好的热强性、塑韧性及耐腐蚀性。同时，传动轴大锻件，最大直径达
Figure BDA0003391431480000011
长度为5000～7000mm，由10吨级电渣重熔钢锭锻制。大锻件的化学成分与制造工艺决定了锻件的微观组织形态，组织形态进而决定锻件的性能，因此锻件的制造过程中需要确定合理的工艺制度和相应的工艺参数，以确保锻件性能满足使用要求。
因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。
发明内容
本发明旨在提供一种高强度奥氏体轴类大锻件，以克服现有技术中存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法，包括：
选取钢锭，所述钢锭的化学成分及质量百分比如下：C：0.040～0.060％，Si：0.20～0.40％，Mn：4.0％～6.0％，S≤0.005％，P≤0.025％，Cr：20.5～23.5％，Ni：11.50％～13.5％，Mo:1.50～3.00％，N：0.20～0.40％，Nb：0.10～0.30％，V：0.10～0.30％，H≤5.0ppm，O≤30ppm；
将所述钢锭依次经高温均质化预处理、预锻造、控性锻造、控形锻造和热处理，其中，所述高温均质化预处理包括将所述钢锭加热至1200～1250℃，保温至少50小时。
优选地，所述高温均质化预处理的升温过程采用阶梯加热方式，中间等温温度为1050～1100℃，加热过程升温速度不超过100℃/h，保温时间为(1.0～1.5h)/100mm。
优选地，所述预锻造包括：
所述钢锭进行轻压滚圆，每次压下量≤20mm，每次进砧量为300～500mm，两道次间错砧量为200～300mm。
优选地，所述控性锻造包括：
两镦两拔，且镦粗时，每次镦粗的变形量为45～60％；拔长时，单火次变形率≥30％。
优选地，所述控形锻造包括：
拔长锻件，且拔长的砧宽比为0.5～0.6，单砧压下量为15～22％，接砧量为20～30％。
优选地，所述控形锻造包括：
拔长锻件，且拔长工序分为两阶段，第一阶段采用宽砧拔长出轴形坯，第二阶段采用弧形砧分料拔长成形。
优选地，所述控性锻造阶段加热保温温度为1170～1200℃，每火次加热保温时间不超过0.5h/mm。
优选地，所述控形锻造过程加热保温温度为1150～1180℃，每火次加热保温时间不超过0.4h/100mm。
优选地，所述控形锻造终锻温度不低于900℃。
优选地，所述热处理包括：
锻件采用垂直吊装方式，依次经井式电炉中固溶加热保温和井式水槽中固溶冷却，转移时间不超过8mim，且固溶加热保温温度为1050～1080℃，保温时间为(1.5～2.0h)/100mm，锻件固溶冷却后温度不高于80℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过采用Cr：20.5～23.5％、Ni：11.50％～13.5％、N：0.20～0.40％、Nb：0.10～0.30％、V：0.10～0.30％、H≤5.0ppm、O≤30ppm钢锭，并依次经高温均质化预处理、预锻造、控性锻造、控形锻造和热处理，制造出室温抗拉强度不低于690MPa，断面收缩率不低于50％，冲击功不低于100J，425℃抗拉强度不低于585MPa的轴类大锻件，尤其是满足钠冷快堆换料新乏组件转换系统中的传动轴的使用需求。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明预锻造步骤中钢锭滚压示意图；
图3为本发明控性锻造步骤中整体镦粗示意图；
图4为本发明控形锻造步骤中第一阶段拔长示意图；
图5为图4中A-A截面锻造过程翻转示意图；
图6为本发明控形锻造步骤中第二阶段分料拔长示意图。
具体实施方式
参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。
如图1所示，一种高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法，通过该方法可以制造适于钠冷快堆新乏组件转换系统用的传动轴大锻件，也适用于同材质锻制、具有相同力学性能要求的同类型轴类锻件。
本方法包括：
S100选取钢锭：
钢锭的化学成分及质量百分比如下：C：0.040～0.060％，Si：0.20～0.40％，Mn：4.0％～6.0％，S≤0.005％，P≤0.025％，Cr：20.5～23.5％，Ni：11.50％～13.5％，Mo:1.50～3.00％，N：0.20～0.40％，Nb：0.10～0.30％，V：0.10～0.30％，H≤5.0ppm，O≤30ppm。通过Cr：20.5～23.5％，Ni：11.50％～13.5％，使得其耐蚀性高于316不锈钢，且N元素的加入显著提高了该钢的强度，该钢的屈服强度大约是316不锈钢的3倍，具有良好的强韧性与优异的耐蚀性。
优选地，钢锭A类(硫化物类)、B类(氧化铝类)、C类(硅酸盐类)和Ds类(单颗粒球状类)非金属夹杂物均≤1.0，D类(球状氧化物类)非金属夹杂物≤1.5。
为满足上述化学成分及质量百分比要求，可以采用AOD(氩氧脱碳精炼)+ESR(电渣重熔工艺)双联工艺制造FXM-19钢锭，钢锭重量不低于10吨。
将化学成分满足上述要求电渣重熔钢锭，经钢锭预处理，钢锭预锻造、压实控性锻造，拔长控形锻造完成锻件锻制。具体地：
S210高温均质化预处理：
钢锭热送至锻造车间后，置入加热炉将钢锭加热到1200～1250℃，保温至少50小时进行预处理。FXM-19钢中含有一定量的V、Nb元素，钢锭凝固过程中V、Nb元素因偏析会形成脆性相，脆性相严重恶化该材料的韧性和塑性。为保障锻件力学性能，将钢锭加热到1200℃以上进行高温均值化预处理，目的是溶化富含V，Nb脆性相。但当加热温度超过1250℃时，材料中会析出高温铁素体，高温铁素体恶化材料的可锻性，产生锻造开裂问题。
升温过程优选采用阶梯加热方式，加热过程升温速度不超过100℃/h，中间等温温度为1050～1100℃，保温时间为(1.0～1.5h)/100mm。FXM-19钢合金元素重量百分比高达43％左右，钢锭直径大达1050mm，且内部含富含V，Nb脆性相，为避免升温速度过快造成钢锭内外温差大、进而导致应力过大产生开裂问题，需控制加热升温速度不超过100℃/h。同时通过限速升温及1050～1100℃中间等温处理，均匀钢锭内外温度并改善微观偏析，防止钢锭因合金元素偏析导致的局部熔融问题。
S220预锻造：
执行预锻造时，将钢锭进行多道次“轻压滚圆”，每次“轻压滚圆”的压下量≤20mm，进一步优选为10～20mm，每次“轻压滚圆”的进砧量为300～500mm，进一步优选为400mm；两道次“轻压滚圆”之间错砧量为200～300mm，进一步优选为200mm；“轻压滚圆”优选进行5道次。
如图2所示，“轻压滚圆”优选采用厚度600mm的上平砧和120°V形角的600mm下V形砧。
通过多道次小压下量“轻压滚圆”可提高钢锭表面塑性，改善钢锭表面质量、提高钢锭可锻性，从而降低后续锻造钢锭表面开裂的风险。
S230控性锻造：
两镦两拔，即钢锭经过两次整体大变形率镦粗及两次拔长，从而破碎铸态枝晶，快速细化钢锭内部粗大晶粒、焊合内部疏松缺陷，保证压实效果。
镦粗时，每次镦粗的变形量为45～60％；拔长时，单火次变形率≥30％。且控性锻造阶段加热保温温度为1170～1200℃，每火次加热保温时间不超过0.5h/mm，并且每火次加热保温时间最终不超过6h。通过控制单火次变形率(即镦粗变形量45～60％、拔长变形率≥30％)，保证锻坯组织充分破碎锻透，并获得完全动态再结晶细小且均匀锻后组织。进炉加热保温阶段，锻坯组织获得能量，晶粒会长大粗化，为避免晶粒过于粗大，需控制加热保温时间不超过6h，即控性锻造阶段，通过设置合适的锻造变形量及加热保温参数，平衡锻造变形时动态再结晶细化与进炉加热保温时组织粗化技术效果，确保最终获得均匀细小的锻态组织。
如图3所示，整体镦粗时，坯料置于镦粗漏盘上，并将球面镦粗板置于坯料上，进行镦粗，其中优选外径2600mm、内径830mm、高度1200mm的镦粗漏盘，外径3200mm、高度500mm的球面镦粗板。每次镦粗的变形量优选为45～60％。整体拔长时，将坯料置于上下两宽砧上，进行拔长，其中优选宽1600mm、长3000mm、厚1500mm的上下平砧，单砧压下量优选20％，接砧量优选为25％。
S240控形锻造：
通过预锻造和控性锻造，锻坯具有细小均匀的组织，进行最后的控形锻造。锻件在完工火次是通过拔长成形的，拔长的砧宽比优选为0.5～0.6，进一步优选为0.6；单砧压下量优选为15～22％，进一步优选为18～21％，更优选为20％；接砧量优选为20～30％，进一步优选为25％。
拔长工序分为两阶段，第一阶段采用宽砧拔长出轴形坯，第二阶段采用弧形砧分料拔长成形，从而保证了拔长变形量，同时降低了拔长开裂风险。如图4所示，具体地，第一阶段(1)，即宽砧拔长出轴形坯阶段，拔长优选采用上下1600mm宽平砧进行，优选先拔方再拔圆，拔长一面后优选翻转90°继续拔长另一面，翻转次数优选为6趟次以上。第二阶段(2)，即弧形砧低裂纹风险、精准分料拔长成形阶段，拔长操作优选采用900mm厚的弧形砧，上、下砧均为弧形(半圆形凹口)，如图5所示，弧形砧每趟拔长时，每压下一砧，优选翻转90°拔长圆周另一面，随后分别翻转45°、22.5°拔长圆周面，翻转次数优选为6趟次以上，并开始下一趟拔长，整个拔长过程锻坯处于低开裂倾向，拔长完获得圆周均匀、周面光滑无凸起、锻造流变均匀的轴锻坯，保证分料时锻坯尺寸均一。
如图6所示，执行精准分料操作时，首先采用激光定位，确保弧形砧宽度面与激光线处于同一位置后，再开始分料拔凹档，拔长时采用先成形凹档两端，再压中间的方式，有效实施精准分料操作，获得形状规整、尺寸精准的锻件。
上述拔长相临两趟次之间优选压谷避峰锻造。锻造加热保温温度为1150～1180℃，每火次加热保温时间不超过0.4h/100mm，每火次加热保温时间最终不超过5h。控形锻造主要目的是，在保障控性锻造基体组织前提下，实现锻件形状的控制，控形锻造单火次变形量约20％，在加热保温时，需控制保温时间不超过5h，避免锻件晶粒过于粗大，即平衡控形锻造时动态再结晶细化与加热保温组织粗化的技术效果，实现锻件组织细小均匀的控形锻造。
锻造温度低，会导致锻件局部微裂纹影响锻件成形质量，锻件终锻温度不得低于900℃。
锻件总锻造比不低于10。
S300热处理：
机械加工后轴类大锻件，采用垂直吊装方式在井式电炉中进行固溶加热保温，在井式水槽中进行固溶冷却，确保锻件获得合适的力学性能。
锻件固溶热处理加热阶段采用阶梯加热方式，中间等温温度为650～700℃，保温时间为(1.0～1.5h)/100mm。锻件固溶热处理保温温度为1050～1080℃，保温时间为(1.5～2.0h)/100mm。
热处理保温结束后，锻件从加热炉转移至水槽进行冷却，转移时间不超过8分钟，锻件水冷后温度不高于80℃。
最终，还可以对锻件进行取样及理化检验。且其检测结果如下表1、表2：
表1锻件力学性能检测结果
Figure BDA0003391431480000071
表2锻件非金属夹杂物检测结果列表
检测指标 A B C D Ds
要求值 ≤1.0 ≤1.0 ≤1.0 ≤1.5 ≤1.0
检测结果 0 0 0 0～1.0 0
实施例1：
锻件尺寸(单位：mm)：
Figure BDA0003391431480000072
锻件重量：≈5吨
制造方法包括以下步骤：
(一)炼钢
采用AOD+ESR双联工艺冶炼钢锭。
钢锭尺寸为：冒口端直径
Figure BDA0003391431480000073
底部端直径
Figure BDA0003391431480000074
高度1675mm。
高度/直径比：1.56。
钢锭重量：11.5吨。
其化学成分及质量百分比满足下述要求：C：0.040～0.060％，Si：0.20～0.40％，Mn：4.0％～6.0％，S≤0.005％，P≤0.025％，Cr：20.5～23.5％，Ni：11.50％～13.5％，Mo:1.50～3.00％，N：0.20～0.40％，Nb：0.10～0.30％，V：0.10～0.30％，H≤5.0ppm，O≤30ppm。
(二)钢锭预处理
钢锭脱模后热送至锻造车间入加热炉进行高温均质化处理。
钢锭进炉后以≤100℃/小时速度升温至1050～1100℃保温13h。
保温结束后按炉子全功率升温至1200～1250℃保温至少50h。
(三)锻造
在万吨压机上进行锻造。
钢锭先沿径向进行“轻压滚圆”拔长，拔长比为1.36，锻后尺寸为900mm×2180mm，锻坯高度/直径为2.4。
第一次镦粗锻造：将
Figure BDA0003391431480000081
锻坯进炉加热，在1170～1200℃温度下保温4小时后出炉锻造。
将锻坯沿高度方向竖立进行镦粗，高度由2180mm变形为900mm，镦粗比为2.42，变形量58.7％，锻后尺寸为
Figure BDA0003391431480000082
锻件终锻温度为930℃。
第一次拔长锻造：将
Figure BDA0003391431480000083
锻坯进炉加热，在1170～1200℃温度下保温4小时后出炉锻造。
将锻坯沿轴向逐压拔长，逐压过程中沿径向旋转，拔长比为3.04，锻后尺寸为800mm×2650mm。锻坯沿轴长均分二，每件尺寸为800mm×1300mm。锻件终锻温度为920℃。
第二次镦粗锻造：将
Figure BDA0003391431480000084
锻坯进炉加热，在1170～1200℃温度下保温3小时后出炉锻造。
将锻坯沿高度方向竖立进行镦粗，高度由1300mm变形为700mm，镦粗比为1.85，变形量为46.1％，锻后尺寸为
Figure BDA0003391431480000085
锻件终锻温度为950℃。
第二次拔长锻造：将
Figure BDA0003391431480000086
锻坯进炉加热，在1170～1200℃温度下保温3小时后出炉锻造。
将锻坯沿轴向逐压拔长，逐压过程中沿径向旋转。拔长比为1.89，锻后尺寸为800mm×1280mm。
分料、拔长成形锻造：将
Figure BDA0003391431480000091
锻坯进炉加热，在1150～1180℃温度下保温3小时后出炉锻造。
将锻坯按完工图分料并拔长成形，拔比为3.16～4.67，锻后尺寸为
Figure BDA0003391431480000092
锻件总锻比为24.69，锻件锻造完工后浸入冷却至室温。
(四)热处理
将锻件加工至固溶热处理尺寸后，采用垂直吊装方式在电阻加热炉及井式水槽中进行高温固溶热处理：以≤80℃/h升温至中间均热温度650～700℃保温4小时，后以＜140℃/h升温至固溶温度1050～1080℃保温6小时，浸水冷却至室温，浸水冷却时间至少2小时。
(五)理化检验
采用GB/T 228.1及GB/T 228.2方法测试所得的传动轴锻件室温及高温拉伸性能，采用GB/T229方法测试所得的传动轴锻件室温KV2冲击性能，采用GB/T10561方法测试所得的传动轴非金属夹杂物等级。结果如表3、4所示。从表3可以看出：该锻件在上述工艺规定的热处理制度下，获得了良好的拉伸强度与冲击韧性搭配。表4可以看出，锻件纯净度良好。
表3传动轴锻件力学性能检测结果
Figure BDA0003391431480000093
表4传动轴锻件非金属夹杂物检测结果列表
检测指标 A B C D Ds
要求值 ≤1.0 ≤1.0 ≤1.0 ≤1.5 ≤1.0
检测结果 0 0 0 0～1.0 0
实施例2：
锻件尺寸：
Figure BDA0003391431480000094
锻件重量：≈9吨
制造方法包括以下步骤：
(一)炼钢
采用AOD+ESR双联工艺冶炼钢锭。
钢锭尺寸为：冒口端直径
Figure BDA0003391431480000101
底部端直径
Figure BDA0003391431480000102
高度1470mm。
高度/直径比：1.37。
钢锭重量：10.2吨。
其化学成分及质量百分比满足下述要求：C：0.040～0.060％，Si：0.20～0.40％，Mn：4.0％～6.0％，S≤0.005％，P≤0.025％，Cr：20.5～23.5％，Ni：11.50％～13.5％，Mo:1.50～3.00％，N：0.20～0.40％，Nb：0.10～0.30％，V：0.10～0.30％，H≤5.0ppm，O≤30ppm。
(二)钢锭预处理
钢锭脱模后热送至锻造车间入加热炉进行高温均质化处理。
钢锭进炉后以≤100℃/小时速度升温至1050～1100℃保温13h。
保温结束后按炉子全功率升温至1200～1250℃保温至少50h。
(三)锻造
在万吨压机上进行锻造。
钢锭先沿径向进行“轻压滚圆”拔长，拔长比为1.36，锻后尺寸为900mm×2000mm，锻坯高度/直径为2.2。
第一次镦粗锻造：将
Figure BDA0003391431480000103
锻坯进炉加热，在1170～1200℃温度下保温4小时后出炉锻造。
将锻坯沿高度方向竖立进行镦粗，高度由2000mm变形为1000mm，镦粗比为2.00，变形量50％，锻后尺寸为
Figure BDA0003391431480000104
锻件终锻温度为930℃。
第一次拔长锻造：将
Figure BDA0003391431480000105
锻坯进炉加热，在1170～1200℃温度下保温5小时后出炉锻造。
将锻坯沿轴向逐压拔长，逐压过程中沿径向旋转。拔长比为1.93，锻后尺寸为900mm×1860mm。锻件终锻温度为920℃。
第二次镦粗锻造：将
Figure BDA0003391431480000106
锻坯进炉加热，在1150～1200℃温度下保温3小时后出炉锻造。
将锻坯沿高度方向竖立进行镦粗，高度由1860mm变形为1000mm，镦粗比为1.86，变形量46.2％，锻后尺寸为
Figure BDA0003391431480000111
锻件终锻温度为950℃。
第二次拔长锻造：将
Figure BDA0003391431480000112
锻坯进炉加热，在1170～1200℃温度下保温5小时后出炉锻造。
将锻坯沿轴向逐压拔长，逐压过程中沿径向旋转。拔长比为1.91，锻后尺寸为900mm×1855mm。
分料、拔长成形锻造：将
Figure BDA0003391431480000113
锻坯进炉加热，在1150～1180℃温度下保温3小时后出炉锻造。
将锻坯按完工图分料并拔长成形，锻件拔比为2.04～5.61，锻后尺寸为
Figure BDA0003391431480000114
锻件总锻比为10.2，锻件锻造完工后浸入冷却至室温。
(四)热处理
将锻件加工至固溶热处理尺寸后，采用垂直吊装方式在电阻加热炉及井式水槽中进行高温固溶热处理：以≤80℃/h升温至中间均热温度650～700℃保温6小时，后以<140℃/h升温至固溶温度1050～1080℃保温10小时，浸水冷却至室温，浸水冷却时间至少3小时。
(五)理化检验
采用GB/T 228.1及GB/T 228.2方法测试所得的传动轴锻件室温及高温拉伸性能，采用GB/T229方法测试所得的传动轴锻件室温KV2冲击性能，采用GB/T10561方法测试所得的传动轴非金属夹杂物等级。结果如表5、6所示。从表5可以看出：该锻件在上述工艺规定的热处理制度下，获得了良好的拉伸强度与冲击韧性搭配。表6可以看出，锻件纯净度良好。
表5传动轴锻件力学性能检测结果
Figure BDA0003391431480000115
表6传动轴锻件非金属夹杂物检测结果列表
Figure BDA0003391431480000116
Figure BDA0003391431480000121
综上所述，本发明通过采用Cr：20.5～23.5％、Ni：11.50％～13.5％、N：0.20～0.40％钢锭，并依次经高温均质化预处理、预锻造、控性锻造、控形锻造和热处理，制造出室温抗拉强度不低于690MPa，断面收缩率不低于50％，冲击功不低于100J，425℃抗拉强度不低于585MPa的轴类大锻件，尤其是满足钠冷快堆换料新乏组件转换系统中的传动轴的使用需求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法，其特征在于，包括：
选取钢锭，所述钢锭的化学成分及质量百分比如下：C：0.040～0.060％，Si：0.20～0.40％，Mn：4.0％～6.0％，S≤0.005％，P≤0.025％，Cr：20.5～23.5％，Ni：11.50％～13.5％，Mo:1.50～3.00％，N：0.20～0.40％，Nb：0.10～0.30％，V：0.10～0.30％，H≤5.0ppm，O≤30ppm；
将所述钢锭依次经高温均质化预处理、预锻造、控性锻造、控形锻造和热处理，其中，所述高温均质化预处理包括将所述钢锭加热至1200～1250℃，保温至少50小时。
2.根据权利要求1所述的高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法，其特征在于，所述高温均质化预处理的升温过程采用阶梯加热方式，中间等温温度为1050～1100℃，加热过程升温速度不超过100℃/h，保温时间为(1.0～1.5h)/100mm。
3.根据权利要求1所述的高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法，其特征在于，所述预锻造包括：
所述钢锭进行轻压滚圆，每次压下量≤20mm，每次进砧量为300～500mm，两道次间错砧量为200～300mm。
4.根据权利要求1所述的高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法，其特征在于，所述控性锻造包括：
两镦两拔，且镦粗时，每次镦粗的变形量为45～60％；拔长时，单火次变形率≥30％。
5.根据权利要求1所述的高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法，其特征在于，所述控形锻造包括：
拔长锻件，且拔长的砧宽比为0.5～0.6，单砧压下量为15～22％，接砧量为20～30％。
6.根据权利要求1所述的高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法，其特征在于，所述控形锻造包括：
拔长锻件，且拔长工序分为两阶段，第一阶段采用宽砧拔长出轴形坯，第二阶段采用弧形砧分料拔长成形。
7.根据权利要求1所述的高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法，其特征在于，所述控性锻造阶段加热保温温度为1170～1200℃，每火次加热保温时间不超过0.5h/mm。
8.根据权利要求1所述的高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法，其特征在于，所述控形锻造过程加热保温温度为1150～1180℃，每火次加热保温时间不超过0.4h/100mm。
9.根据权利要求1所述的高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法，其特征在于，所述控形锻造终锻温度不低于900℃。
10.根据权利要求1所述的高强度奥氏体轴类大锻件的制备方法，其特征在于，所述热处理包括：
锻件采用垂直吊装方式，依次经井式电炉中固溶加热保温和井式水槽中固溶冷却，转移时间不超过8mim，且固溶加热保温温度为1050～1080℃，保温时间为(1.5～2.0h)/100mm，锻件固溶冷却后温度不高于80℃。
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