CN106670363B - 一种高强度不锈钢锻件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度不锈钢锻件的制造方法，该方法由以下步骤组成：步骤1：选择钢锭，对钢锭的主要化学成分进行二次设计，保证铁素体含量满足2％‑12％的要求；步骤2：钢锭出坯、下料，锻造，控制第一、二火次的锻造比，控制最后一火的变形量和始锻、终锻温度；步骤3：对锻件分阶段加热，然后进行固溶热处理，保温后在水中急冷；步骤4：理化性能合格后，进行成品加工；步骤5：成品加工完成后，进行无损检验。本发明制造的产品材料的强度提高，满足300℃抗拉强度≥421Mpa，产品质量和设备高温下运行的安全性得到了加强，相应的锻件的壁厚可以适当减薄，设备整体重量可以减轻，从而实现了设备整体的轻量化，降低了成本。

Description

一种高强度不锈钢锻件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种不锈钢锻件的制造方法，尤其涉及一种主换热器用高强度06Cr18Ni11Ti不锈钢锻件的制造方法。
背景技术
不锈钢锻件，一般包括核电站设备制造用锻件、舰船设备用锻件、压力容器锻造管件、船级社许可锻造件以及核电站金属材料设备制造用锻件等。
在某一核动力装置的项目中，研发锻件包括控制棒驱动线一回路主设备主换热器、蒸汽发生器、中间回路***非标容器、汽轮机组冷凝器等的锻件，锻件包括主换热器的法兰、外筒、管板、定位格架、管箱侧壁及蒸汽发生器中手孔盖、检查孔盖、蒸汽出口管、管嘴、接管、管板、手孔法兰、球形封头、一次侧进出口接管、检查孔座等。
上述项目锻件所用材料是0Cr18Ni10Ti，对应ASME标准为SA182 F321，RCC-M标准为Z8CNT18-11，NB标准为S32168，是比较成熟的不锈钢材料。由于主换热器的运行状态非常恶劣，因此对材料的考核性能要求相当高，所以项目对材料的高温抗拉强度提出了很高的要求，其中300℃抗拉强度要求≥421Mpa，该材料常规锻件要求高温性能一般不作要求，因此项目中的材料要求远高于材料的一般水平，具有很高的难度。
传统的不锈钢锻件的制造方法无法满足上述要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何提高不锈钢锻件的强度，使其300℃抗拉强度不小于421Mp。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种高强度不锈钢锻件的制造方法，其特征在于：该方法由以下5个步骤组成：
步骤1：选择钢锭，对钢锭的主要化学成分进行二次设计，保证铁素体含量满足2％-12％的要求；
步骤2：钢锭出坯、下料，锻造，控制第一、二火次的锻造比，控制最后一火的变形量大于50％，控制始锻、终锻温度；
步骤3：对锻件分阶段加热，然后进行固溶热处理，保温后在水中急冷；
步骤4：理化性能合格后，进行成品加工；
步骤5：成品加工完成后，进行无损检验。
优选地，所述步骤1中，钢锭采用电炉冶炼，并经过真空脱碳，增加钢锭的主要化学成分的内控要求；
增加后的内控要求具体如上表。
优选地，所述步骤2中，控制第一、二火次的锻造比≥4。
优选地，所述步骤2中，在进行最后一火次变形时，控制始锻温度在1130-1150℃之间。
优选地，所述步骤2中，在进行最后一火次变形时，控制终锻温度≥800℃。
优选地，所述步骤3中，对锻件分三阶段加热：第一阶段加热到600℃，保温1h；第二阶段从600℃加热到900℃，保温1h；第三阶段从900℃加热到1050℃；然后进行固溶热处理。
优选地，所述第三阶段的加热速度比第一、二阶段均大。
优选地，所述固溶热处理的温度为1050-1065℃。
优选地，所述步骤3中，在水中急冷至100℃以下。
优选地，所述步骤3中，采用热电偶接触锻件表面，以测定锻件表面的温度；在锻件的最厚、最薄的地方各放置一根热电偶，在锻件中间也放置一根热电偶，以控制锻件温度的均匀性。
本发明对钢锭化学成分进行了二次设计，使其满足力学性能和铁素体含量的要求；优化锻造的工艺方法，增加变形量，控制始锻、终锻温度，得到细晶粒的金相组织；通过低温区分阶段加热、高温区快速加热的方法，确保晶粒度不长大，保留锻造应力，保证300℃抗拉强度≥421Mpa。
本发明提供的方法克服了现有技术的不足，制造的产品材料的强度提高，产品质量和设备高温下运行的安全性得到了加强，相应的锻件的壁厚可以适当减薄，设备整体重量可以减轻，从而实现了设备整体的轻量化，降低了成本。
附图说明
图1为本实施例提供的高强度不锈钢锻件的制造方法流程图；
图2为Schaeffler-Delong曲线图；
图3为本实施例中热处理工艺曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，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，在阅读了本发明讲授的内容之后，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。
图1为本实施例提供的高强度不锈钢锻件的制造方法流程图，所述的高强度不锈钢锻件的制造方法的加工生产过程如下：
1、原材料
钢锭采用电炉冶炼+真空脱碳法(EF+VODC)，以确保原材料的纯净度。增加化学成分的内控要求，内控成分要求见下表：
由上表可知，本发明的内控要求相比行业内的标准要求有如下提高：
(1)增加C、Mn等强化元素的含量，提高强度；
(2)根据图2所示的Schaeffler-Delong曲线，计算Cr、Ni当量的合理范围，确定铁素体形成元素(Cr、Si等)和奥氏体形成元素(Ni、C、Mn、N等)的目标含量，确保铁素体含量满足2％-12％的要求；
(3)严格控制Ti、N元素的含量，减少Ti、N夹杂物的形成。
2、锻造
材料要求300℃抗拉强度要求≥421Mpa，除了采用增加强化元素的含量的手段外，在锻造方面，需要严格控制锻件的锻造比以及最后一火的始锻温度、终端温度和变形量。
锻造过程主要分为两个阶段，第一阶段是钢锭出坯，将钢锭进行至少两次墩粗拔长，确保锻造比≥4，保证坯料能得到较细的晶粒度。
在钢锭出坯后，进行下料，将钢锭头部切除至少13％，尾部至少切除8％，然后根据锻件尺寸重量进行下料。
锻造的第二阶段是锻造成型的过程，首先是对坯料再进行墩粗、拔长，做足锻造比，进一步细化晶粒。在进行最后一火次变形时，控制始锻温度在1130-1150℃之间，终锻温度≥800℃，增加锻造变形应力，提高强度。
3、热处理
不锈钢棒以固溶处理状态交货，固溶热处理温度为1050-1065℃，保温适当时间后在水中急冷。采用低温区分阶段预热，高温区快速加热的加热方式，保留材料较细的晶粒度和适量的锻造应力。热处理工艺曲线图如图3所示。
为了精确控制锻件的温度，采用镍铬-镍硅热电偶接触锻件表面，以此测定锻件表面的温度，根据RCC-MF8100要求，在锻件的最厚、最薄的地方各放置一根热电偶，在批次中间放置一根热电偶，以控制工件温度的均匀性。
4、机加工
成品加工过程中，采用龙门铣床、数控机床、立钻和镗床等设备，确保尺寸精度及光洁度满足要求。
5、成品检验
精加工完成后的产品需通过液体渗透检测和水压试验检测，确保产品在使用过程中无裂纹扩散和漏液情况存在，本实施例中，产品测试的力学性能如下表所示。
温度 抗拉强度 屈服强度
室温 ≥515 ≥205
300℃ ≥421 ≥142
由上表可见，本发明提供的方法制造的高强度不锈钢锻件强度大，满足300℃抗拉强度不小于421Mp的要求。

Claims (8)

1.一种高强度不锈钢锻件的制造方法，其特征在于：所述高强度不锈钢锻件所用材料为0Cr18Ni10Ti；该方法由以下5个步骤组成：
步骤1：选择钢锭，对钢锭的主要化学成分进行二次设计，保证铁素体含量满足2％-12％的要求；
步骤2：钢锭出坯、下料，锻造，控制第一、二火次的锻造比，控制最后一火的变形量大于50％，控制始锻、终锻温度；
步骤3：对锻件分阶段加热，然后进行固溶热处理，保温后在水中急冷；
步骤4：理化性能合格后，进行成品加工；
步骤5：成品加工完成后，进行无损检验；
所述步骤3中，对锻件分三阶段加热：第一阶段加热到600℃，保温1h；第二阶段从600℃加热到900℃，保温1h；第三阶段从900℃加热到1050℃；然后进行固溶热处理；所述第三阶段的加热速度比第一、二阶段均大。
2.如权利要求1所述的一种高强度不锈钢锻件的制造方法，其特征在于：所述步骤1中，钢锭采用电炉冶炼，并经过真空脱碳，增加钢锭的主要化学成分的内控要求；
增加后的内控要求具体如上表。
3.如权利要求1所述的一种高强度不锈钢锻件的制造方法，其特征在于：所述步骤2中，控制第一、二火次的锻造比≥4。
4.如权利要求1所述的一种高强度不锈钢锻件的制造方法，其特征在于：所述步骤2中，在进行最后一火次变形时，控制始锻温度在1130-1150℃之间。
5.如权利要求1或4所述的一种高强度不锈钢锻件的制造方法，其特征在于：所述步骤2中，在进行最后一火次变形时，控制终锻温度≥800℃。
6.如权利要求1所述的一种高强度不锈钢锻件的制造方法，其特征在于：所述固溶热处理的温度为1050-1065℃。
7.如权利要求1所述的一种高强度不锈钢锻件的制造方法，其特征在于：所述步骤3中，在水中急冷至100℃以下。
8.如权利要求1所述的一种高强度不锈钢锻件的制造方法，其特征在于：所述步骤3中，采用热电偶接触锻件表面，以测定锻件表面的温度；在锻件的最厚、最薄的地方各放置一根热电偶，在锻件中间也放置一根热电偶，以控制锻件温度的均匀性。
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