CN110551934B - 一种用S20CrMoVS材料生产船用柴油机运动件缸盖原料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用S20CrMoVS材料生产船用柴油机运动件缸盖原料的方法，其步骤为：1)钢锭的制备：A:偏心底出钢电弧炉中初炼钢、B:钢包精炼炉中精炼、C：真空脱气炉中精炼、D：浇注钢锭；2)锻造；3)锻后性能热处理。本申请公开的技术方案，通过精炼配方设计、锻造工艺、锻后性能热处理工艺优化，提升了用S20CrMoVS材料生产船用柴油机运动件缸盖原料的功率范围、增强产品耐用性能，满足船用柴油机运动件缸盖使用需求。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种用S20CrMoVS材料生产船用柴油机运动件缸盖原料的方法。
背景技术
随着我国海洋强国战略的全面实施和高新技术的快速发展，船用柴油机与船舶工业及军事舰艇装备发展的联系越来越紧密，正逐渐受到政府、企业和科研机构的高度关注。开发优质高性能的柴油机运动部件，是为了打破少数发达国家在技术方面的封锁与垄断，使我们的产品更好服务于国家船舶工业，提供船舶工业市场竞争力。
船用柴油机具有功率范围大、热效率高、经济性能好、起动容易、使用和维修方便等优点。至20世纪中期，世界上运行的各类船舶普遍采用柴油机作为动力源。船用柴油机运动部件主要运于民用及军事大型船舶的动力***，产品主要有活塞头、活塞杆、十字头、气缸盖、连杆等，其材料有S42Cr1S、S30MnH、S20CrMoVS等。
目前市场中的柴油机用气缸盖，疲劳性能无法满足柴油机用气缸盖使用要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用S20CrMoVS材料生产船用柴油机运动件缸盖原料的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种用S20CrMoVS材料生产船用柴油机运动件缸盖原料的方法，其步骤为：
1)钢锭的制备：
A:S20CrMoVS是在偏心底出钢(EBT)电弧炉中进行初炼钢：①配料：按70±3％废钢、30±3％生铁装入；②采用熔氧结合，氧化温度≥1560℃，保证氧化期脱碳量≥0.30％；③喷碳，全程泡沫渣操作，自动流渣；④成分符合电弧炉(EAF)终点成分的要求，出钢，出钢时严禁下渣，出钢温度1650±10℃；
B:钢包精炼炉(LF)中精炼：①接通氩气按1.5～2m/t喂入铝线后，吹氩以搅拌良好不冲破渣面为宜；②送电10～15min后，待渣白取样分析、测温；③精炼过程撒入还原剂并保持白渣，根据渣的情况加入石灰、萤石调渣，根据取样成分调整合金成分合格；④出钢前10min内严禁加入铁合金、还原剂和各种渣料，白渣保持时间≥20min，渣层厚度120±10mm，出钢时确保渣流动性良好且不含未反应的碳。
C：真空脱气(VD)炉中精炼：①在真空度达67Pa之前，采用静吹氩模式进行搅拌；在真空度达67Pa之后，采用钢包精炼炉(LF)正常精炼时的氩气流量保证熔池沸腾良好，但以不出现溢渣溢钢为准；开始破空时及破空后，采用静吹氩模式；②67Pa的真空度下，保持15分钟以上；③破空后定氢并喂入3m/t的硅钙线，并保证静吹氩时间≥20分钟，吊包时定氧并取气体分析样；
D：浇注钢锭；按质量百分含量，所得钢锭化学成分：C：0.17-0.22％，Si：≤0.45％，Mn：0.95-1.10％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Cr：0.90-1.10％，Mo：0.40-0.50％，Ni：≤0.40％，Nb：≤0.005％，V：.08-0.12％，其余元素为Fe和其他残余元素；
Cr、Mo元素都是提高淬透性的元素，两种元素同时加入对提高淬透性的效果更为明显；Cr能提高钢的耐磨性，改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用；Mo可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，能提高回火稳定性；V能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和对提高高温回火后的冲击轫性有很大的帮助，当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；
2)锻造：始锻温度1220℃，终锻温度为750℃，锻造比＞36.9:1；
S20CrMoVS始锻温度1220℃，超过1220℃容易造成过热，甚至过烧。根据坯料的大小确定合理的保温时间，即保证坯料透烧，又避免过热、过烧。合理的保温时间是保证晶粒不易粗大的基础。终锻温度为750℃，过低的终锻温度将提高零件开裂的可能性，终锻温度过高也是形成粗大晶粒的原因。坯料经过三镦三拔，锻造比＞36.9:1，空心锻件，并采用合适的锻造方法，冲孔时冲掉了坯料中心部位质量最差的芯料，这样可确保锻造后结构紧密，而且能打碎粗大的铸态枝晶组织，使夹杂物弥散分布，消除带状组织，减轻各向异性，同时有效的消除坯料中的原始缺陷。当锻造温度为750～800℃时，采用轻打快锻的锻造方式，可以使晶粒更细小，为提高力学性能奠定了基础。
3)锻后性能热处理：淬火：在≤350℃的温度下装炉，以≤150℃/h升温至920±10℃，保温5～8h后下水冷却，冷却时要控制入水水温为20～30℃、出水水温≤40℃，冷却水要强力搅拌，确保快速冷透，冷却水的水池容积为175～297m3，每个水池有5～7个搅拌机进行不间断工作，从而提高淬硬层深度、提高力学性能；
回火温度为685±10℃，保温8～13h后炉冷到300℃以下出炉空冷；淬火后获得板条马氏体组织，回火后的碳化物呈细小球状弥散分布，使钢的韧性提高，在不明显降低强度的情况下改善塑形，显著提高了材料的综合机械性能；
S20CrMoVS材料是低碳合金结构钢，这种材料淬透性非常高，无回火脆性，焊接性能好，形成冷裂的倾向小，可切削性及冷应变塑性良好。一般在调质或渗碳淬火状态下使用。此材质要获得高的性能不仅要完善锻造工艺，而且还需良好的热处理工艺，通过锻后性能热处理工艺，使产品得到细小晶粒和良好的强韧性。
有益效果：本申请公开的技术方案，通过精炼配方设计、锻造工艺、锻后性能热处理工艺优化，提升了用S20CrMoVS材料生产船用柴油机运动件缸盖原料的功率范围、增强产品耐用性能，满足船用柴油机运动件缸盖使用需求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的方法予以进一步地说明，但并不因此而限制本发明。
一种用S20CrMoVS材料生产船用柴油机运动件缸盖原料的方法，其步骤为：
1)钢锭的制备：
A:S20CrMoVS是在偏心底出钢(EBT)电弧炉中进行初炼钢：①配料：按70±3％废钢、30±3％生铁装入；②采用熔氧结合，氧化温度≥1560℃，保证氧化期脱碳量≥0.30％；③喷碳，全程泡沫渣操作，自动流渣；④成分符合电弧炉(EAF)终点成分的要求，出钢，出钢时严禁下渣，出钢温度1650±10℃；
B:钢包精炼炉(LF)中精炼：①接通氩气按1.5～2m/t喂入铝线后，吹氩以搅拌良好不冲破渣面为宜；②送电10～15min后，待渣白取样分析、测温；③精炼过程撒入还原剂并保持白渣，根据渣的情况加入石灰、萤石调渣，根据取样成分调整合金成分合格；④出钢前10min内严禁加入铁合金、还原剂和各种渣料，白渣保持时间≥20min，渣层厚度120±10mm，出钢时确保渣流动性良好且不含未反应的碳。
C：真空脱气(VD)炉中精炼：①在真空度达67Pa之前，采用静吹氩模式进行搅拌；在真空度达67Pa之后，采用钢包精炼炉(LF)正常精炼时的氩气流量保证熔池沸腾良好，但以不出现溢渣溢钢为准；开始破空时及破空后，采用静吹氩模式；②67Pa的真空度下，保持15分钟以上；③破空后定氢并喂入3m/t的硅钙线，并保证静吹氩时间≥20分钟，吊包时定氧并取气体分析样；
D：浇注钢锭；按质量百分含量，所得钢锭化学成分：C：0.17-0.22％，Si：≤0.45％，Mn：0.95-1.10％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Cr：0.90-1.10％，Mo：0.40-0.50％，Ni：≤0.40％，Nb：≤0.005％，V：.08-0.12％，其余元素为Fe和其他残余元素；
2)锻造：始锻温度1220℃，终锻温度为750℃，锻造比＞36.9:1；
所述的锻造过程中，当锻造温度为750～800℃时，采用轻打快锻的锻造方式，可以使晶粒更细小，为提高力学性能奠定了基础。
3)锻后性能热处理：淬火：在≤350℃的温度下装炉，以≤150℃/h升温至920±10℃，保温5～8h后下水冷却，冷却时要控制入水水温为20～30℃、出水水温≤40℃，冷却水要强力搅拌，确保快速冷透，冷却水的水池容积为175～297m3，每个水池有5～7个搅拌机进行不间断工作，从而提高淬硬层深度、提高力学性能；
回火温度为685±10℃，保温8～13h后炉冷到300℃以下出炉空冷；淬火后获得板条马氏体组织，回火后的碳化物呈细小球状弥散分布，使钢的韧性提高，在不明显降低强度的情况下改善塑形，显著提高了材料的综合机械性能；
S20CrMoVS材料是低碳合金结构钢，这种材料淬透性非常高，无回火脆性，焊接性能好，形成冷裂的倾向小，可切削性及冷应变塑性良好。一般在调质或渗碳淬火状态下使用。此材质要获得高的性能不仅要完善锻造工艺，而且还需良好的热处理工艺，通过锻后性能热处理工艺，使产品得到细小晶粒和良好的强韧性。
所述的用S20CrMoVS材料生产船用柴油机运动件缸盖原料的技术指标：
试制样品经张家港市海宇金属材料研究有限公司检测，各项指标均已符合MAN柴油机运动件验收标准，达到了国内外同类产品的先进水平。
Claims (3)
1.一种用S20CrMoVS材料生产船用柴油机运动件缸盖原料的方法，其步骤为：
1）钢锭的制备：
A：偏心底出钢电弧炉中初炼钢：（1）配料：废钢70±3%、生铁30±3%；（2）采用熔氧结合，氧化温度≥1560℃，氧化期脱碳量≥0.30%；（3）喷碳，全程泡沫渣操作，自动流渣；（4）成分符合电弧炉终点成分的要求，出钢，出钢时严禁下渣，出钢温度1650±10℃；
B：钢包精炼炉中精炼：（1）接通氩气按1.5~2m/t喂入铝线后，吹氩至搅拌良好不冲破渣面；（2）送电10~15min后，待渣白取样分析、测温；（3）精炼过程撒入还原剂并保持白渣，根据渣的情况加入石灰、萤石调渣，根据取样成分调整合金成分合格；（4）出钢前10min内严禁加入铁合金、还原剂和各种渣料，白渣保持时间≥20min，渣层厚度120±10mm，出钢时渣流动性良好且不含未反应的碳；
C：真空脱气炉中精炼：（1）在真空度达67Pa之前，采用静吹氩模式进行搅拌；在真空度达67Pa之后，采用钢包精炼炉正常精炼时的氩气流量保证熔池沸腾良好，但以不出现溢渣溢钢为准；开始破空时及破空后，采用静吹氩模式；（2）67Pa的真空度下，保持15分钟以上；（3）破空后定氢并喂入3m/t的硅钙线，并保证静吹氩时间≥20分钟，吊包时定氧并取气体分析样；
D：浇注钢锭；
2）锻造：步骤1）所得钢锭始锻温度1220℃，终锻温度为750℃，锻造比＞36.9:1；
3）锻后性能热处理：淬火：在≤350℃的温度下装炉，以≤150℃/h升温至920±10℃，保温5~8h后下水冷却，冷却时控制入水水温为20~30℃、出水水温≤40℃，冷却水搅拌，确保快速冷透；回火温度为685±10℃，保温8~13h后炉冷到300℃以下出炉空冷；
按质量百分含量，所述的浇注钢锭化学成分：C：0.17-0.22%，Si：≤0.45%，Mn：0.95-1.10%，P：≤0.035%，S：≤0.035%，Cr：0.90-1.10%，Mo：0.40-0.50%，Ni：≤0.40%，Nb：≤0.005%，V：0.08-0.12%，其余元素为Fe和其他残余元素。
2.根据权利要求1所述的一种用S20CrMoVS材料生产船用柴油机运动件缸盖原料的方法，其特征在于：所述的步骤2）锻造中，当锻造温度为750~800℃时，采用轻打快锻的锻造方式。
3.根据权利要求1所述的一种用S20CrMoVS材料生产船用柴油机运动件缸盖原料的方法，其特征在于：所述的步骤3）锻后性能热处理中，冷却水的水池容积为175~297m3，每个水池有5~7个搅拌机进行不间断工作。
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