CN115261578A - 一种超大型异构件的尺寸稳定化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超大型异构件的尺寸稳定化处理方法，本发明的锻件在进行完“固溶+时效”处理后，采用气液法对锻件进行三次循环深冷处理，促使一部分不稳定的逆转奥氏体发生转变，同时提高剩余逆转奥氏体的稳定性，提高材料组织的稳定性，从而提高锻件的尺寸稳定性。采用该尺寸稳定化处理，可有效将锻件“固溶+时效”处理后含有约35％的奥氏体组织稳定为‑170～‑190℃也不会发生转变的、含有约11％的奥氏体组织，大大提升了材料的组织稳定性，进而提高锻件的尺寸稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及冶金生产工艺技术领域，具体地说，是一种超大型异构件的尺寸稳定化处理方法。
背景技术
随着我国重型装备制造业的迅速发展，很多大型设备用锻件对外形和材料特性提出了更高的要求。尤其是部分多功能试验设备对材料的质量均匀性，形状稳定性提出了极高的要求。
00Cr12Ni10MoTi为马氏体时效不锈钢，该材料具有较高的强度和优良的低温韧性，常用于制造火箭零部件，锻件的使用工况较为恶劣，为保证设备正常运转，锻件需要具有良好的尺寸稳定性以免对设备运转和评判造成影响。00Cr12Ni10MoTi通过时效形成一定数量的逆转奥氏体，从而获得优良的低温韧性，但逆转奥氏体如在后续过程中发生分解将会对锻件尺寸产生影响。
所以亟待开发出一种有效的超大圆弧异构件尺寸稳定化处理方法。本发明正是基于此，研究并顺利完成了00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢超大圆弧异构件尺寸稳定化处理，并通过后续机加工时的尺寸测量和残余奥氏体量的测定确定产品尺寸稳定性良好。本发明介绍了一种外径R5500mm、内径R3500mm、厚度220mm的大直径半圆弧形构件，材料为00Cr12Ni10MoTi的尺寸稳定化处理方法。关于本发明一种超大型异构件的尺寸稳定化处理方法目前还未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种超大型异构件的尺寸稳定化处理方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
第一方面，本发明提供了一种超大型异构件的尺寸稳定化处理方法，所述方法是通过气液法进行三次循环深冷处理，包括如下步骤：
S1：将锻件整体放入深冷设备中，并向深冷槽中充入液氮，采用气化法将锻件降温至-170～-190℃并等温3小时；
S2：保温结束后打开阀门排出液氮，锻件缓慢回温至室温，完成一次深冷处理；
S3：间隔3-6小时后，重复步骤S1和S2分别完成第二次、第三次深冷处理，所述步骤S1中降温速度是0-15℃/min。
进一步地，步骤S1为：将锻件整体放入深冷设备中，并向深冷槽中充入液氮，采用气化法将锻件降温至-170～-190℃并等温3小时/500mm。
进一步地，步骤S1中还包括使用风机辅助液氮气化。
进一步地，步骤S1中还包括将锻件降温至-170～-190℃后对锻件进行等温3小时/500mm。
进一步地，步骤S1中还包括在保温前充入液氮。
进一步地，步骤S2中还包括在排出液氮后利用循环风机搅动深冷槽内低温气体，同时拉动内外循环。
进一步地，步骤S3中在进行第二次、第三次深冷处理前要先回温。
进一步地，所述回温的速度是≤15℃/min。
第二方面，本发明提供了如上所述的方法在制备尺寸稳定的超大型异构件中的应用。
本发明优点在于：
本发明通过对材料为00Cr12Ni10MoTi的锻件进行三次深冷循环处理，可有效将锻件“固溶+时效”处理后含有约35％的奥氏体组织稳定为-170～-190℃也不会发生转变的含有约11％的奥氏体组织，大大提升材料的组织稳定性，实验结果显示：第一次深冷处理结束后，经过测量，锻件尺寸较深冷处理前，高度方向上最大变形尺寸为10mm，随炉试块经检测，奥氏体含量由深冷前的35％降低至约20％；第二次深冷处理结束后，经过测量，锻件尺寸较第一次深冷处理前，高度方向上最大变形尺寸为5mm，随炉试块经检测，奥氏体含量由30％降低至11％；第三次深冷处理结束后，经过测量，锻件尺寸较第二次深冷结束无明显变化，随炉试块经检测，奥氏体含量与第二次深冷结束后基本相同。在后续的精加工过程中，锻件尺寸稳定性良好。由此验证，锻件经过三次深冷处理后，锻件中的奥氏体组织经过三次循环冷却，组织稳定性大大提高，从而提高锻件尺寸稳定性。
一般深冷处理多针对较小的锻件，本文中使用的锻件需要的深冷槽已超过目前最大的深冷槽设备，此外由于锻件过大，采用常规的深冷方式(常规直接从室温浸入液氮)容易产生局部应力过大导致锻件发生变形或可能的开裂，因此本文采用了气液法对锻件进行深冷。
在到达深冷温度前，通过控制进入深冷槽的气体温度，逐步降低深冷槽的温度，使得锻件以≤15℃/min的速度缓慢降温，同时在临近深冷温度区，
-170--190℃范围进行长时间的等温，使得工件内外温度趋于一致，然后再冲入液氮，保温足够时间使得锻件内部残余奥氏体得到充分分解。
即针对大锻件，通过限速冷却和设置中间等温台阶的方法使得锻件既能充分深冷，又能避免在深冷过程中因内外温差过大导致的热应力和组织应力不均而产生变形或开裂。
本发明还有一点：需要经过多次深冷才能稳定材料的残余铁素体量，一般锻件做一次即可，本材料需要通过反复的深冷逐步降低材料中残余奥氏体的量。
附图说明
附图1是大直径半圆弧形构件深冷工艺图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例
1实验方法
对外径R5500mm、内径R3500mm、厚度220mm的材料为00Cr12Ni10MoTi的大直径半圆弧形构件的尺寸稳定化处理，具体实施方法是：
第一步：锻件进行完“750℃固溶+500℃时效”后，将锻件整体平放入一有效尺寸为12000×6000×1500mm的深冷设备中进行-196℃的深冷处理。深冷冷却过程采用气液混合的方法。工件上放置接触热电偶用于实时测量工件温度，深冷设备内壁放置热电偶用于实时监测环境温度以便温度调控。
第二步：工件和热电偶放置好后，开始向深冷槽中缓慢充入液氮，并开启风机辅助液氮气化。充入液氮的速度决定深冷槽内空间温度，槽内空间温度直接影响工件温度。充入液氮的速度由深冷槽热电偶及接触热电偶反馈的温度信号调节；
第三步：工件在深冷槽空间温度的影响下缓慢降温，降温速度≤15℃/min。深冷槽偶显示温度降低到-170℃～-190℃后，调节液氮充入量，待所有接触热电偶温度降低至-170℃～-190℃范围时，开始等温。等温共计3h。等温过程需不断补充液氮并利用风机辅助完成气化，以保持工件温度在-170℃～-190℃范围。
第四步：等温结束后快速充入液氮浸没工件。工件浸没后开始保温计时，保温过程需控制液氮充入量，确保液氮不因气化后液面下降，而使工件露出液面。整个液氮保温时间为3.5h。
第五步：保温结束后，打开阀门快速排出液氮，利用循环风机搅动深冷槽内低温气体，同时拉动内外循环，让工件缓慢回温至室温。回温速度不超过15℃/min。
第六步：缓慢回温至室温后，在室温下保温至少3小时后，开始进行第二次深冷。
第七步：重复第二步至第六步，完成第二次深冷处理。
第八步：重复第二步至第五步，缓慢回温至室温，完成第三次深冷处理；尺寸稳定化处理结束。
2实验结果
锻件深冷处理过程中，对锻件的尺寸及随炉试块的奥氏体含量分别进行了测量，第一次深冷处理结束后，经过测量，锻件尺寸较深冷处理前，高度方向上最大变形尺寸为10mm，随炉试块经检测，奥氏体含量由深冷前的35％降低至约20％；第二次深冷处理结束后，经过测量，锻件尺寸较第一次深冷处理前，高度方向上最大变形尺寸为5mm，随炉试块经检测，奥氏体含量由30％降低至11％；第三次深冷处理结束后，经过测量，锻件尺寸较第二次深冷结束无明显变化，随炉试块经检测，奥氏体含量与第二次深冷结束后基本相同。在后续的精加工过程中，锻件尺寸稳定性良好。
由此验证，锻件经过三次-170～-190℃的深冷处理后，锻件中的奥氏体组织经过三次循环冷却，组织稳定性大大提高，从而提高锻件尺寸稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种超大型异构件的尺寸稳定化处理方法，其特征在于，所述方法是通过气液法进行三次循环深冷处理，包括如下步骤：
S1：将锻件整体放入深冷设备中，并向深冷槽中充入液氮，采用气化法将锻件降温至-170～-190℃并等温3小时；
S2：保温结束后打开阀门排出液氮，锻件缓慢回温至室温，完成一次深冷处理；
S3：间隔3-6小时后，重复步骤S1和S2分别完成第二次、第三次深冷处理，所述步骤S1中降温速度是0-15℃/min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1为：将锻件整体放入深冷设备中，并向深冷槽中充入液氮，采用气化法将锻件降温至-170～-190℃并等温3小时/500mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中还包括使用风机辅助液氮气化。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S1中还包括将锻件降温至-170～-190℃后对锻件进行等温3小时/500mm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S1中还包括在保温前充入液氮。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S2中还包括在排出液氮后利用循环风机搅动深冷槽内低温气体，同时拉动内外循环。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S3中在进行第二次、第三次深冷处理前要先回温。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述回温的速度是≤15℃/min。
9.权利要求1-8任一所述的方法在制备尺寸稳定的超大型异构件中的应用。
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