CN113265588A - 一种可提高冲击性能的铬钼合金钢锻件及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可提高冲击性能的铬钼合金钢锻件,含有下列化学成分:C 0.12%~0.16%,Si 0.51%~0.55%,Mn 0.30%~0.80%,Cr 1.15%~1.50%,Mo 0.60%~0.645%,Ni≤0.30%,Cu≤0.20%,P0.001%~0.005%,S≤0.010%,余量为铁。还公开了一种铬钼合金钢锻件的制造工艺,包括以下步骤:锻造:将原材料通过多次镦拔,变向锻造成化学成分如权利要求1所述的锻件,且锻造比≥4.5;两次预处理;热处理:对锻造后的锻件依次进行淬火和回火,锻件以调质状态交货,淬火温度920℃±10℃,通过浓度为10%的PAG淬火液冷却,回火温度650℃~710℃。通过上述方式,本发明中P、Si、Mo含量对材料抗回火脆性起到关键作用,调整其含量至最佳值;采用变向锻造,增大锻造比等方式,改进锻造工艺,提升锻造效果。
Description
技术领域
本发明涉及合金钢锻造技术领域,特别是涉及一种可提高冲击性能的铬钼合金钢锻件及其制造工艺。
背景技术
由于铬钼钢有优质的性能,常常被用于制造耐高温、耐高压的法兰和阀门等零部件,在石油化工、能源、机械等领域广泛使用。铬钼钢的缺点是有回火脆性,工件长期工作在370℃-695℃温度范围内会产生冲击韧性下降的现象,石油化工临氢设备正好长期工作在这个温度范围,所以石化临氢设备锻件技术条件都要求锻件出厂前进行模拟试验,避免锻件今后在这个温度范围使用时产生脆性。经过模拟试验后,传统的铬钼合金钢锻件的冲击值非常低,只有10几个焦耳,不能满足性能要求。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种可提高冲击性能的铬钼合金钢锻件及其制造工艺,可以大大提高锻件的冲击性能。
为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:提供一种可提高冲击性能的铬钼合金钢锻件,含有下列化学成分:C 0.12%~0.16%,Si 0.50%~0.60%,Mn0.30%~0.80%,Cr 1.15%~1.50%,Mo 0.50%~0.65%,Ni≤0.30%,Cu≤0.20%,P≤0.005%,S≤0.010%,余量为铁。
优选的,含有下列化学成分:C 0.12%~0.16%,Si 0.51%~0.55%,Mn 0.30%~0.80%,Cr 1.15%~1.50%,Mo 0.60%~0.645%,Ni≤0.30%,Cu≤0.20%,P 0.001%~0.003%,S≤0.010%,余量为铁。
需要说明的是,铬钼合金钢是以铬和钼为主要合金元素的合金,其中铬元素可以提高材料强度,同时还可以提高淬透性。钼元素可以防止回火脆性,钼元素还可以强烈提高材料淬透性,使铬钼钢有较深的淬硬层。钼元素还能使材料保持较强的热强性。
一种可提高冲击性能的铬钼合金钢锻件的制造工艺,包括以下步骤:
锻造:将含有如权利要求1所述化学成分的原材料通过多次镦拔和变向锻造成锻件,且锻造比≥4.5;
两次预处理:第一次预处理的正火温度945℃±10℃,空冷;第二次预处理的正火温度935℃±10℃,空冷。
热处理:对锻造后的锻件依次进行淬火和回火,锻件以调质状态交货,淬火温度920℃±10℃,通过淬火液冷却,回火温度650℃~710℃,保温25小时后空冷;
性能测试:从热处理后的锻件上切取试验用试料,用试料加工成拉伸试样和冲击试样,进行力学性能试验。
优选的,在锻造步骤中,多次镦拔包括三次镦粗和三次拔长,且镦粗和拔长交替进行。
优选的,在锻造步骤中,变向锻造为改变锻件轴线与钢锭轴线位置关系,由平行变为垂直或由垂直变为平行。
优选的,所述淬火液为浓度为10%的PAG淬火液。
本发明的有益效果是:
1、P、Si、Mo含量对材料抗回火脆性起到关键作用,本发明通过调整其含量至最佳值,提高铬钼合金钢的抗回火脆性。
2、采用变向锻造和增大锻造比等方式,改进锻造工艺,充分消除铸态组织,锻合微小缺陷,提升锻造效果。
3、使用基于有限元分析的DANTE热处理工艺设计分析软件,利用软件材料库中铬钼钢技术数据,通过软件模拟和试验验证确定了最佳元素含量和热处理工艺参数。
具体实施方式
下面结合表格对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1:
一种铬钼合金钢锻件,含有下列化学成分:C 0.14%,Si 0.54%,Mn 0.80%,Cr1.15%,Mo 0.62%,Ni 0.09%,Cu 0.18%,P 0.001%,S 0.006%,余量为铁。
一种铬钼合金钢锻件的制造工艺,包括以下步骤:
锻造:将含有上述化学成分的原材料通过多次镦拔和变向锻造成锻件,且锻造比为5.5;多次镦拔包括三次镦粗和三次拔长,且镦粗和拔长交替进行;变向锻造为改变锻件轴线与钢锭轴线位置关系,由平行变为垂直或由垂直变为平行。
两次预处理:第一次预处理的正火温度950℃,空冷;第二次预处理的正火温度945℃,空冷。
热处理:对锻造后的锻件依次进行淬火和回火,锻件以调质状态交货,淬火温度920℃,通过浓度为10%的PAG淬火液冷却,回火温度650℃,保温25小时后空冷;
性能测试:从热处理后的锻件上切取试验用试料,用试料加工成拉伸试样和冲击试样,进行力学性能试验。
实施例2:
一种铬钼合金钢锻件,含有下列化学成分:C 0.16%,Si 0.52%,Mn 0.55%,Cr1.35%,Mo 0.64%,Ni 0.30%,Cu 0.06%,P 0.005%,S 0.002%,余量为铁。
一种铬钼合金钢锻件的制造工艺,包括以下步骤:
锻造:将含有上述化学成分的原材料通过多次镦拔和变向锻造成锻件,且锻造比为5;多次镦拔包括三次镦粗和三次拔长,且镦粗和拔长交替进行;变向锻造为改变锻件轴线与钢锭轴线位置关系,由平行变为垂直或由垂直变为平行。
两次预处理:第一次预处理的正火温度945℃,空冷;第二次预处理的正火温度940℃,空冷。
热处理:对锻造后的锻件依次进行淬火和回火,锻件以调质状态交货,淬火温度985℃,通过浓度为10%的PAG淬火液冷却,回火温度675℃,保温25小时后空冷;
性能测试:从热处理后的锻件上切取试验用试料,用试料加工成拉伸试样和冲击试样,进行力学性能试验。
实施例3:
一种铬钼合金钢锻件,含有下列化学成分:C 0.12%,Si 0.51%,Mn 0.40%,Cr1.50%,Mo 0.635%,Ni 0.01%,Cu 0.12%,P 0.002%,S 0.007%,余量为铁。
一种铬钼合金钢锻件的制造工艺,包括以下步骤:
锻造:将含有上述化学成分的原材料通过多次镦拔和变向锻造成锻件,且锻造比为6.5;多次镦拔包括三次镦粗和三次拔长,且镦粗和拔长交替进行;变向锻造为改变锻件轴线与钢锭轴线位置关系,由平行变为垂直或由垂直变为平行。
两次预处理:第一次预处理的正火温度935℃,空冷;第二次预处理的正火温度930℃,空冷。
热处理:对锻造后的锻件依次进行淬火和回火,锻件以调质状态交货,淬火温度977℃,通过浓度为10%的PAG淬火液冷却,回火温度660℃,保温25小时后空冷;
性能测试:从热处理后的锻件上切取试验用试料,用试料加工成拉伸试样和冲击试样,进行力学性能试验。
实施例4:
一种铬钼合金钢锻件,含有下列化学成分:C 0.12%,Si0.53%,Mn 0.60%,Cr1.45%,Mo 0.60%,Ni 0.27%,Cu 0.08%,P 0.004%,S 0.001%,余量为铁。
一种铬钼合金钢锻件的制造工艺,包括以下步骤:
锻造:将含有上述化学成分的原材料通过多次镦拔和变向锻造成锻件,且锻造比为7;多次镦拔包括三次镦粗和三次拔长,且镦粗和拔长交替进行;变向锻造为改变锻件轴线与钢锭轴线位置关系,由平行变为垂直或由垂直变为平行。
两次预处理:第一次预处理的正火温度955℃,空冷;第二次预处理的正火温度940℃,空冷。
热处理:对锻造后的锻件依次进行淬火和回火,锻件以调质状态交货,淬火温度983℃,通过浓度为10%的PAG淬火液冷却,回火温度710℃,保温25小时后空冷;
性能测试:从热处理后的锻件上切取试验用试料,用试料加工成拉伸试样和冲击试样,进行力学性能试验。
实施例5:
一种铬钼合金钢锻件,含有下列化学成分:C 0.15%,Si 0.51%,Mn 0.30%,Cr1.30%,Mo 0.61%,Ni 0.18%,Cu 0.20%,P 0.005%,S 0.010%,余量为铁。
一种铬钼合金钢锻件的制造工艺,包括以下步骤:
锻造:将含有上述化学成分的原材料通过多次镦拔和变向锻造成锻件,且锻造比为6.5;多次镦拔包括三次镦粗和三次拔长,且镦粗和拔长交替进行;变向锻造为改变锻件轴线与钢锭轴线位置关系,由平行变为垂直或由垂直变为平行。
两次预处理:第一次预处理的正火温度940℃,空冷;第二次预处理的正火温度925℃,空冷。
热处理:对锻造后的锻件依次进行淬火和回火,锻件以调质状态交货,淬火温度970℃,通过浓度为10%的PAG淬火液冷却,回火温度700℃,保温25小时后空冷;
性能测试:从热处理后的锻件上切取试验用试料,用试料加工成拉伸试样和冲击试样,进行力学性能试验。
实施例6:
一种铬钼合金钢锻件,含有下列化学成分:C 0.13%,Si 0.55%,Mn 0.70%,Cr1.20%,Mo 0.645%,Ni 0.23%,Cu 0.01%,P 0.003%,S 0.004%,余量为铁。
一种铬钼合金钢锻件的制造工艺,包括以下步骤:
锻造:将含有上述化学成分的原材料通过多次镦拔和变向锻造成锻件,且锻造比为8;多次镦拔包括三次镦粗和三次拔长,且镦粗和拔长交替进行;变向锻造为改变锻件轴线与钢锭轴线位置关系,由平行变为垂直或由垂直变为平行。
两次预处理:第一次预处理的正火温度950℃,空冷;第二次预处理的正火温度935℃,空冷。
热处理:对锻造后的锻件依次进行淬火和回火,锻件以调质状态交货,淬火温度990℃,通过浓度为10%的PAG淬火液冷却,回火温度680℃,保温25小时后空冷;
性能测试:从热处理后的锻件上切取试验用试料,用试料加工成拉伸试样和冲击试样,进行力学性能试验。
对比例1:
一种铬钼合金钢锻件,含有下列化学成分:C 0.13%,Si 0.65%,Mn 0.70%,Cr1.20%,Mo 0.55%,Ni 0.23%,Cu 0.01%,P 0.003%,S 0.011%,余量为铁。
一种铬钼合金钢锻件的制造工艺,包括以下步骤:
锻造:将含有上述化学成分的原材料通过多次镦拔和变向锻造成锻件,且锻造比为8;多次镦拔包括三次镦粗和三次拔长,且镦粗和拔长交替进行;变向锻造为改变锻件轴线与钢锭轴线位置关系,由平行变为垂直或由垂直变为平行。
两次预处理:第一次预处理的正火温度950℃,空冷;第二次预处理的正火温度935℃,空冷。
热处理:对锻造后的锻件依次进行淬火和回火,锻件以调质状态交货,淬火温度990℃,通过浓度为10%的PAG淬火液冷却,回火温度680℃,保温25小时后空冷;
性能测试:从热处理后的锻件上切取试验用试料,用试料加工成拉伸试样和冲击试样,进行力学性能试验。
对比例2:
一种铬钼合金钢锻件,含有下列化学成分:C 0.13%,Si 0.55%,Mn 0.70%,Cr1.20%,Mo 0.645%,Ni 0.23%,Cu 0.01%,P 0.003%,S 0.004%,余量为铁。
对比例2中的铬钼合金钢锻件采用传统的制造工艺制得。
表1实施例1~6及对比例1~2中铬钼合金钢锻件的组分百分比
表1为实施例1~6及对比例1~2中铬钼合金钢锻件的组分,按照表1每个实施例和对比例制得的铬钼合金钢锻件锻件,分别对其模拟试验,进行性能测试检验,其中每个锻件做三次冲击值检测,检测结果如表2所示。
表2实施例1~6及对比例1~2中铬钼合金钢锻件的冲击值检测结果
由表2可见,实施例1~6中锻件的冲击值远远大于对比例1~2中锻件的冲击值。实施例1~6中锻件采用本发明的化学成分以及制造工艺制得,冲击值均在120J以上。对比例1采用传统化学成分,但采用了本发明的制造工艺,其冲击值比实施例1~6小,说明本发明中的制造工艺有利于冲击值的提升。对比例2采用本发明的化学成分,通过采用传统制造工艺制得,其冲击值比实施例1~6小,说明本发明中的化学成分有利于冲击值的提升。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及表格内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种可提高冲击性能的铬钼合金钢锻件,其特征在于,含有下列化学成分:C 0.12%~0.16%,Si 0.50%~0.60%,Mn 0.30%~0.80%,Cr 1.15%~1.50%,Mo 0.50%~0.65%,Ni≤0.30%,Cu≤0.20%,P≤0.005%,S≤0.010%,余量为铁。
2.根据权利要求1所述的一种可提高冲击性能的铬钼合金钢锻件的制造工艺,其特征在于,含有下列化学成分:C 0.12%~0.16%,Si 0.51%~0.55%,Mn 0.30%~0.80%,Cr1.15%~1.50%,Mo 0.60%~0.645%,Ni≤0.30%,Cu≤0.20%,P 0.001%~0.003%,S≤0.010%,余量为铁。
3.一种可提高冲击性能的铬钼合金钢锻件的制造工艺,其特征在于,包括以下步骤:
锻造:将含有如权利要求1或2所述化学成分的原材料通过多次镦拔和变向锻造成锻件,且锻造比≥4.5;
两次预处理:第一次预处理的正火温度945℃±10℃,空冷;第二次预处理的正火温度935℃±10℃,空冷。
热处理:对锻造后的锻件依次进行淬火和回火,锻件以调质状态交货,淬火温度920℃±10℃,通过淬火液冷却,回火温度650℃~710℃,保温25小时后空冷;
性能测试:从热处理后的锻件上切取试验用试料,用试料加工成拉伸试样和冲击试样,进行力学性能试验。
4.根据权利要求3所述的一种可提高冲击性能的铬钼合金钢锻件的制造工艺,其特征在于:在锻造步骤中,多次镦拔包括三次镦粗和三次拔长,且镦粗和拔长交替进行。
5.根据权利要求3所述的一种可提高冲击性能的铬钼合金钢锻件的制造工艺,其特征在于:在锻造步骤中,变向锻造为改变锻件轴线与钢锭轴线位置关系,由平行变为垂直或由垂直变为平行。
6.根据权利要求3所述的一种可提高冲击性能的铬钼合金钢锻件的制造工艺,其特征在于:所述淬火液为浓度为10%的PAG淬火液。
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