CN105296845B - 一种超低温耐腐蚀的高强度锻件毛坯的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低温耐腐蚀的高强度锻件毛坯的制造方法，其步骤为：a.取坯钢为原料进入预热后的锻造炉内加热，锻造加热保温温度为550±20℃，保温时间1h，再升温至900℃，保温1.5小时以上，继续以100℃/小时速率升温至1160℃，保温时间：按照产品壁厚为0.5小时/25.4毫米，开始锻造，始锻温度在1140‑1160℃，终锻温度不低于900℃，使用十字方向反复三次镦粗拔长，最后一次锻造比大于1.2：1，锻件在炉内由终锻温度冷却到室温；b.去除其氧化表皮；c.亚温淬火：加温至580±10℃，保温1.5h，升温至800±10℃，保温8.5h，水淬；d.回火水淬：加温至200±10℃，保温1h，升温至510±10℃，保温1.5h，升温至590±8℃，保温9h，淬火。

Description

一种超低温耐腐蚀的高强度锻件毛坯的制造方法

技术领域

本发明涉及一种超低温耐腐蚀的高强度锻件毛坯的制造方法。

背景技术

在深海为能够减小开采成本获得高产量的油气资源，其开采设备需要具备较高的综合特性，特别是关键零部件的选材，如海底高压阀，防喷器，驱动阀等，一旦出现故障或问题，都将造成大规模停产或巨大的环境灾难，以至于引起巨额的损失和赔偿等问题，因此，这些关键设备的关键部件都需要综合性能远远高于目前现有的普通标准材料。

在高压设备中虽然不锈钢可以满足其低温韧性要求，但是其强度无法满足高压设备设计所需的材料强度，反之双相钢或超级双相钢可满足其强度要求，但是低温韧性远远不能够满足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种超低温耐腐蚀的高强度锻件毛坯的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种超低温耐腐蚀的高强度锻件毛坯的制造方法，其步骤为：

a.取重量组分为：C:0.03-0.10％；Si:0.05-0.20％；Mn:0.10-0.25％；P:≤0.015％；S:≤0.010％；Cr:≤0.50％；Ni:8.5-9.5％；Mo:≤0.25％；Cu:≤0.30％；Nb:0.03-0.08％；V:0.03-0.05％；Al:0.02-0.06％；其余为Fe和其他残余元素；所有其他残余元素加上V,Al,Nb的总和≤1.0％，且其中H:≤1.6ppm；O:≤20.0ppm；N:≤120.0ppm的坯钢为原料进入预热后的锻造炉内加热，加热速率小于150℃/小时，锻造加热保温温度为550±20℃，保温时间1h，再以120℃/小时速率升温至900℃，保温1.5小时以上，继续以100℃/小时速率升温至1160℃，保温时间：按照产品壁厚为0.5小时/25.4毫米，然后开始锻造，始锻温度控制在1140-1160℃，终锻温度不低于900℃，使用十字方向反复三次镦粗拔长，最后一次锻造比大于1.2：1，锻件在密闭的炉内由终锻温度冷却到室温；

b.机械加工去除其氧化表皮；

c.亚温淬火：加温至580±10℃，保温1.5h，升温至800±10℃，保温8.5h，水淬；

d.回火水淬：加温至200±10℃，保温1h，升温至510±10℃，保温1.5h，升温至590±8℃，保温9h，淬火。

作为一种优选的方案，亚温淬火及回火水淬时升温速率小于150℃/小时。

作为一种优选的方案，开始和结束淬火时，水温需要限制在30℃以下。

作为一种优选的方案，锻造火次在4火次以内。

作为一种优选的方案，炉膛预热温度大于500℃。

本发明的有益效果是：本方法制造的超低温耐腐蚀高强度锻件材料，能够应用于以极地、深海等石油生产设备，或以液态天然气为例的极端低温环境和超低温介质环境的生产设备中。该材料在零下196℃环境下仍具备良好的低温韧性(冲击功大于100焦耳)，同时具备高强(抗拉强度可达101,500psi、屈服强度可达81,200psi)、耐腐等特征(模拟生产环境抵抗720小时PH<3.0的硫化氢应力腐蚀)，大幅提高了关键部件的使用寿命和极端环境下的抗腐蚀能力，降低更换频率，延长使用寿命，大幅缩减了设备的维护保养成本。

具体实施方式

下面详细描述本发明的具体实施方案。

一种超低温耐腐蚀的高强度锻件毛坯的制造方法，其步骤为：

a.取重量组分为：C:0.03-0.10％；Si:0.05-0.20％；Mn:0.10-0.25％；P:≤0.015％；S:≤0.010％；Cr:≤0.50％；Ni:8.5-9.5％；Mo:≤0.25％；Cu:≤0.30％；Nb:0.03-0.08％；V:0.03-0.05％；Al:0.02-0.06％；其余为Fe和其他残余元素；所有其他残余元素加上V、Al、Nb的总和≤1.0％，且其中H:≤1.6ppm、O:≤20.0ppm、N:≤120.0ppm坯钢为原料进入预热温度大于500℃的锻造炉内加热，加热速率小于150℃/小时，锻造加热保温温度为550℃，保温时间1h，再以120℃/小时速率升温至900℃，保温1.5小时以上，继续以100℃/小时速率升温至1160℃，保温时间：按照产品壁厚为0.5小时/25.4毫米，保持足够的时间使得坯料的整个截面彻底加热均匀，避免内外温差过大导致内部温度低于可锻温度，从而导致内部开裂和微小应力裂纹的产生。

然后开始锻造，始锻温度控制在1140-1160℃，终锻温度不低于900℃，使用十字方向反复三次镦粗拔长，最后一次锻造比须大于1.2：1，锻造火次在4火次以内。锻件在密闭的炉内由终锻温度冷却到室温。确保锻造后结构致密，锻造纤维均匀一致；破碎铸态奥氏体粗晶枝晶，使夹杂物分布弥散，消除带状组织，获得细晶粒的均匀锻造组织。

b.机械加工去除其氧化表皮，避免厚实的氧化皮在加热和淬火过程中影响材料加热及冷却的均匀性。

c.亚温淬火：加温至580℃，保温1.5h，升温至800℃，保温8.5h，水淬；升温速率小于150℃/小时。

d.回火水淬：加温至200℃，保温1h，升温至510℃，保温1.5h，升温至590℃，保温9h，淬火。升温速率小于150℃/小时。开始和结束淬火时，水温需要限制在30℃以下。

其热处理方式为亚温淬火+回火水淬的工艺，可以细化其晶粒，提高低温韧性，并且有抑制回火脆性的作用。由于杂质元素在铁素体中的溶解度要大于奥氏体中的溶解度，减少了奥氏体晶界富集杂质的几率，因此同时提高了材料的强度和韧性。

在液态天然气管道与存储设备中，液化天然气的储运温度为零下162度，常规选用以F316L为代表的奥氏体不锈钢，但是F316L的抗拉强度为最小70,325psi，0.2％屈服强度要求为最小24,650psi；而本材料的抗拉强度可到达101,500psi以上，屈服强度则可超过81,200psi。设备的设计如果选用不锈钢作为材料，要满足其耐高压要求，则不得不大量增加其壁厚，导致设备的重量和体积庞大，必然增加其材料成本和运输难度，违背了环保节约的发展原则。而选用本发明的材料，其生产成本远远低于奥氏体不锈钢的制造成本。

在耐腐蚀阀门领域，一般应用采用普通合金结构钢AISI 4130材料+贵金属镍及镍基合金Inconel 625堆焊进行阀门零件的生产。而采用本发明的锻件材料，可直接利用，无需堆焊防腐，大大节约了生产成本，减少工艺环节，缩短生产周期，减少多重工序中的质量隐患。

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种超低温耐腐蚀的高强度锻件毛坯的制造方法，其步骤为：

a.取重量组分为：C:0.03-0.10％；Si:0.05-0.20％；Mn:0.10-0.25％；P:≤0.015％；S:≤0.010％；Cr:≤0.50％；Ni:8.5-9.5％；Mo:≤0.25％；Cu:≤0.30％；Nb:0.03-0.08％；V:0.03-0.05％；Al:0.02-0.06％；其余为Fe和其他残余元素；所有其他残余元素加上V,Al,Nb的总和≤1.0％，且其中H:≤1.6ppm；O:≤20.0ppm；N:≤120.0ppm的坯钢为原料进入预热后的锻造炉内加热，加热速率小于150℃/小时，锻造加热保温温度为550±20℃，保温时间1h，再以120℃/小时速率升温至900℃，保温1.5小时以上，继续以100℃/小时速率升温至1160℃，保温时间：按照产品壁厚为0.5小时/25.4毫米，然后开始锻造，始锻温度控制在1140-1160℃，终锻温度不低于900℃，使用十字方向反复三次镦粗拔长，最后一次锻造比大于1.2：1，锻件在密闭的炉内由终锻温度冷却到室温；

b.机械加工去除其氧化表皮；

c.亚温淬火：加温至580±10℃，保温1.5h，升温至800±10℃，保温8.5h，水淬；

d.回火水淬：加温至200±10℃，保温1h，升温至510±10℃，保温1.5h，升温至590±8℃，保温9h，淬火。

2.如权利要求1所述的一种超低温耐腐蚀的高强度锻件毛坯的制造方法，其特征为：亚温淬火及回火水淬时升温速率小于150℃/小时。

3.如权利要求2所述的一种超低温耐腐蚀的高强度锻件毛坯的制造方法，其特征为：开始和结束淬火时，水温需要限制在30℃以下。

4.如权利要求3所述的一种超低温耐腐蚀的高强度锻件毛坯的制造方法，其特征为：锻造火次在4火次以内。

5.如权利要求4所述的一种超低温耐腐蚀的高强度锻件毛坯的制造方法，其特征为：炉膛预热温度大于500℃。