CN113528965A - 加氢站加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4ph锻件的生产工艺 - Google Patents

加氢站加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4ph锻件的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17‑4PH锻件的生产工艺，步骤如下：下料：取化学成分及重量百分比为:C≤0.07、Si≤1、Mn≤1、S≤0.025、P≤0.025、Cr:15～17.5、Ni:3.8～5.5、Cu:3～5、Nb:0.15～0.45的钢坯为原材料；锻造；固溶退火；沉淀硬化；进行无损探伤及机械加工。优点在于：得到的叶轮锻件夹杂物指标小于2级，直径420mm厚度250mm的锻件本体取样在芯部测试，韧性指标延伸率，收缩率以及冲击值要求都不低于规定值。产品最终加工后，叶轮叶片厚度为5mm左右厚度，去除了足够的内应力，材料成分足够纯净，满足最终的探伤和检验要求。

Description

加氢站加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的 生产工艺
技术领域
本发明涉及加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的生产工艺。
背景技术
近年来，氢能源产业热度持续高涨。加氢站作为氢能产业的重要组成部分，以及氢能燃料电池汽车等氢能利用技术推广应用的必备基础设施，其开发建设越来越受到国家和地方政府的重视。加氢站的主要设备包括储氢装置、加氢压缩机设备、加注设备、站控***等，其中加氢压缩机占总成本约30％-40％，可见加氢压缩机技术属于核心技术。而加氢压缩机的关键部件中，锻造叶轮属于至关重要的核心部件。
17-4PH属于马氏体沉淀硬化不锈钢，其优秀的机械强度使其在高温耐腐环境下有足够的发挥空间，应用于制造耐蚀性高、强度高的零部件，如轴承类、汽轮机零件、压缩机零件等领域。加氢压缩机叶轮锻件的机械性能技术指标要求夹杂物指标小于2级，直径420mm、厚度250mm的锻件本体取样在芯部测试，韧性指标延伸率，收缩率以及冲击值要求都不低于规定值。产品最终加工后，叶轮叶片厚度为5mm左右厚度，要去除足够的内应力以及材料成分足够纯净，才能够满足最终的探伤和检验要求。
为满足上述严苛的设计要求，普遍采用17-4PH材料冶炼为电炉加电渣重熔冶炼方式，甚至对纯净度要求更高的材料需要二次重复电渣重熔。如此工艺导致国内原材料的成本高于国际水平，化学成分的调整控制空间狭窄反而更难以掌控，如二次电渣元素的烧损容易使得某些元素靠近下限甚至超出，并且也无法100％保证材料的最终性能满足设计要求。
发明内容
为了解决目前17-4PH锻造工艺不成熟导致原材料成本增加、及无法满足加氢压缩机叶轮锻件的机械性能的问题，发明提供了一种氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的生产工艺。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的生产工艺，其生产步骤如下：
a、下料：取化学成分及重量百分比为:C≤0.07、Si≤1、Mn≤1、S≤0.025、P≤0.025、Cr:15～17.5、Ni:3.8～5.5、Cu:3～5、Nb:0.15～0.45的钢坯为原材料；
b、锻造：将钢坯置入锻造炉中，先将钢坯加热至850℃并保温，保温时间≥2h，再将850℃的钢坯加热至1180±20℃并保温，保温时间≥4h，然后对钢坯进行锻造，将钢坯锻造成锻件，在锻造过程中，始锻温度为1180±20℃，终锻温度为1000±10℃，在锻造过程中，控制拔长比＞2:1、镦粗比＞3:1、总锻造比＞6:1，锻造完成后的锻件空冷至室温；
c、固溶退火：将先将锻件加热至290℃并保温1h，再将290℃的锻件加热至590℃并保温1h，然后将590℃的锻件加热至1040±10℃并保温，保温时间控制在0.5～1.5小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后进行快速水冷至室温，在水冷过程中将冷却水温度控制在32℃以内；
d、沉淀硬化：先进行第一次沉淀硬化：先将锻件加热至200℃并保温1h，再将200℃的锻件加热至510℃并保温1.5h，然后将510℃的锻件加热至613～629℃并保温，保温时间控制在0.5～1.5小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后空冷至32℃以下；然后进行第二次沉淀硬化：将锻件加热至200℃并保温1h，再将200℃的锻件加热至510℃并保温1.5h，然后将510℃的锻件加热至613～629℃并保温，保温时间控制在0.5～1.5小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后空冷至室温；
e、进行无损探伤及机械加工。
进一步的，前述的加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的生产工艺，其中，在下料步骤中，采用电炉+AOD炉+氩气保护浇铸的冶炼工艺。
进一步的，前述的加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的生产工艺，其中，锻造过程中的加热速率控制在不高于110℃/h。
进一步的，前述的加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的生产工艺，其中，固溶退火过程中的加热速率控制在不高于150℃/h。
进一步的，前述的加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的生产工艺，其中，两次沉淀硬化过程中的加热速率控制在不高于150℃/h。
本发明的优点在于：通过对锻造技术控制和热处理工艺优化设计，得到的叶轮锻件夹杂物指标小于2级，直径420mm厚度250mm的锻件本体取样在芯部测试，韧性指标延伸率，收缩率以及冲击值要求都不低于规定值。产品最终加工后，叶轮叶片厚度为5mm左右厚度，去除了足够的内应力，材料成分足够纯净，满足最终的探伤和检验要求。
具体实施方式
下面结合优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步说明。
本发明所述的加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的生产工艺，其生产步骤如下：
a、下料：取化学成分及重量百分比为:C≤0.07、Si≤1、Mn≤1、S≤0.025、P≤0.025、Cr:15～17.5、Ni:3.8～5.5、Cu:3～5、Nb:0.15～0.45的钢坯为原材料；然后采用电炉+AOD炉+氩气保护浇铸的冶炼工艺；
b、锻造：将钢坯置入锻造炉中，以不高于110℃/h的加热速率对钢坯进行加热，先将钢坯加热至850℃并保温，保温时间≥2h，再将850℃的钢坯加热至1180±20℃并保温，保温时间≥4h，然后对钢坯进行锻造，将钢坯锻造成锻件，在锻造过程中，始锻温度为1180±20℃，终锻温度为1000±10℃，在锻造过程中，控制拔长比＞2:1、镦粗比＞3:1、总锻造比＞6:1，锻造完成后的锻件空冷至室温；
c、固溶退火：以150℃/h的加热速率对锻件进行加热，将先将锻件加热至290℃并保温1h，再将290℃的锻件加热至590℃并保温1h，然后将590℃的锻件加热至1040±10℃并保温，保温时间控制在0.5～1.5小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后进行快速水冷至室温，在水冷过程中将冷却水温度控制在32℃以内；
d、沉淀硬化：先进行第一次沉淀硬化：以不高于150℃/h的加热速率对锻件进行加热，先将锻件加热至200℃并保温1h，再将200℃的锻件加热至510℃并保温1.5h，然后将510℃的锻件加热至613～629℃并保温，保温时间控制在0.5～1.5小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后空冷至32℃以下；然后进行第二次沉淀硬化：以不高于150℃/h的加热速率对锻件进行加热，将锻件加热至200℃并保温1h，再将200℃的锻件加热至510℃并保温1.5h，然后将510℃的锻件加热至613～629℃并保温，保温时间控制在0.5～1.5小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后空冷至室温；
e、进行无损探伤及机械加工。
以本发明所述生产工艺制造出来的高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的机械测试结果如下表：
序号 性能 指标
1 抗拉强度 产品整体性能满足>＝1000MPa
2 屈服强度 产品整体性能满足>＝860MPa
3 断后伸长率 A≥13％
4 冲击温度 20℃
5 冲击(J) ≥27
6 硬度(HBW) ≥310

Claims (5)

1.加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的生产工艺，其特征在于：其生产步骤如下：
a、下料：取化学成分及重量百分比为:C≤0.07、Si≤1、Mn≤1、S≤0.025、P≤0.025、Cr:15～17.5、Ni:3.8～5.5、Cu:3～5、Nb:0.15～0.45的钢坯为原材料；
b、锻造：将钢坯置入锻造炉中，先将钢坯加热至850℃并保温，保温时间≥2h，再将850℃的钢坯加热至1180±20℃并保温，保温时间≥4h，然后对钢坯进行锻造，将钢坯锻造成锻件，在锻造过程中，始锻温度为1180±20℃，终锻温度为1000±10℃，在锻造过程中，控制拔长比＞2:1、镦粗比＞3:1、总锻造比＞6:1，锻造完成后的锻件空冷至室温；
c、固溶退火：将先将锻件加热至290℃并保温1h，再将290℃的锻件加热至590℃并保温1h，然后将590℃的锻件加热至1040±10℃并保温，保温时间控制在0.5～1.5小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后进行快速水冷至室温，在水冷过程中将冷却水温度控制在32℃以内；
d、沉淀硬化：先进行第一次沉淀硬化：先将锻件加热至200℃并保温1h，再将200℃的锻件加热至510℃并保温1.5h，然后将510℃的锻件加热至613～629℃并保温，保温时间控制在0.5～1.5小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后空冷至32℃以下；然后进行第二次沉淀硬化：将锻件加热至200℃并保温1h，再将200℃的锻件加热至510℃并保温1.5h，然后将510℃的锻件加热至613～629℃并保温，保温时间控制在0.5～1.5小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后空冷至室温；
e、进行无损探伤及机械加工。
2.根据权利要求1所述的加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的生产工艺，其特征在于：在下料步骤中，采用电炉+AOD炉+氩气保护浇铸的冶炼工艺。
3.根据权利要求1所述的加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的生产工艺，其特征在于：锻造过程中的加热速率控制在不高于110℃/h。
4.根据权利要求1所述的加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的生产工艺，其特征在于：固溶退火过程中的加热速率控制在不高于150℃/h。
5.根据权利要求1所述的加氢站特大型压缩机用高强度耐腐叶轮17-4PH锻件的生产工艺，其特征在于：两次沉淀硬化过程中的加热速率控制在不高于150℃/h。
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