一種超低溫耐腐蝕的高強(qiáng)度鍛件毛坯的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超低溫耐腐蝕的高強(qiáng)度鍛件毛坯的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在深海為能夠減小開采成本獲得高產(chǎn)量的油氣資源，其開采設(shè)備需要具備較高的綜合特性，特別是關(guān)鍵零部件的選材，如海底高壓閥，防噴器，驅(qū)動(dòng)閥等，一旦出現(xiàn)故障或問題，都將造成大規(guī)模停產(chǎn)或巨大的環(huán)境災(zāi)難，以至于引起巨額的損失和賠償?shù)葐栴}，因此，這些關(guān)鍵設(shè)備的關(guān)鍵部件都需要綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前現(xiàn)有的普通標(biāo)準(zhǔn)材料。
[0003]在高壓設(shè)備中雖然不銹鋼可以滿足其低溫韌性要求，但是其強(qiáng)度無法滿足高壓設(shè)備設(shè)計(jì)所需的材料強(qiáng)度，反之雙相鋼或超級雙相鋼可滿足其強(qiáng)度要求，但是低溫韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種超低溫耐腐蝕的高強(qiáng)度鍛件毛坯的制造方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種超低溫耐腐蝕的高強(qiáng)度鍛件毛坯的制造方法，其步驟為:
[0006]a.取重量組分為:C:0.03-0.10 % ;S1:0.05-0.20 % ；Μη:0.10-0.25 % ；Ρ:彡 0.015% ；S:彡 0.010% ；Cr:彡 0.50% ；N1:8.5-9.5% ；Mo:彡 0.25% ；Cu:彡 0.30% ；Nb: 0.03-0.08%；V: 0.03-0.05 % ；A1:0.02-0.06 % ；其余為Fe和其他殘余元素；所有其他殘余元素加上 V, Al, Nb 的總和< 1.0%,且其中 H: ( 1.6ppm ；0: ( 20.0ppm ；N: ( 120.0ppm的坯鋼為原料進(jìn)入預(yù)熱后的鍛造爐內(nèi)加熱，加熱速率小于150°C /小時(shí)，鍛造加熱保溫溫度為550±20°C，保溫時(shí)間lh，再以120°C /小時(shí)速率升溫至900°C，保溫1.5小時(shí)以上，繼續(xù)以100°C /小時(shí)速率升溫至1160°C，保溫時(shí)間:按照產(chǎn)品壁厚為0.5小時(shí)/25.4毫米，然后開始鍛造，始鍛溫度控制在1140-1160°C，終鍛溫度不低于900°C，使用十字方向反復(fù)三次鐓粗拔長，最后一次鍛造比大于1.2:1，鍛件在密閉的爐內(nèi)由終鍛溫度冷卻到室溫；
[0007]b.機(jī)械加工去除其氧化表皮；
[0008]c.亞溫淬火:加溫至580± 10°C，保溫1.5h，升溫至800± 10°C，保溫8.5h，水淬；
[0009]d.回火水淬:加溫至200±10°C，保溫lh，升溫至510±10°C，保溫1.5h，升溫至590±8°(:，保溫911，淬火。
[0010]作為一種優(yōu)選的方案，亞溫淬火及回火水淬時(shí)升溫速率小于150°C /小時(shí)。
[0011]作為一種優(yōu)選的方案，開始和結(jié)束淬火時(shí)，水溫需要限制在30°C以下。
[0012]作為一種優(yōu)選的方案，鍛造火次在4火次以內(nèi)。
[0013]作為一種優(yōu)選的方案，爐膛預(yù)熱溫度大于500°C。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本方法制造的超低溫耐腐蝕高強(qiáng)度鍛件材料，能夠應(yīng)用于以極地、深海等石油生產(chǎn)設(shè)備，或以液態(tài)天然氣為例的極端低溫環(huán)境和超低溫介質(zhì)環(huán)境的生產(chǎn)設(shè)備中。該材料在零下196°C環(huán)境下仍具備良好的低溫韌性(沖擊功大于100焦耳)，同時(shí)具備高強(qiáng)(抗拉強(qiáng)度可達(dá)101，500ps1、屈服強(qiáng)度可達(dá)81，200psi)、耐腐等特征(模擬生產(chǎn)環(huán)境抵抗720小時(shí)PH〈3.0的硫化氫應(yīng)力腐蝕)，大幅提高了關(guān)鍵部件的使用壽命和極端環(huán)境下的抗腐蝕能力，降低更換頻率，延長使用壽命，大幅縮減了設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)成本。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方案。
[0016]一種超低溫耐腐蝕的高強(qiáng)度鍛件毛坯的制造方法，其步驟為:
[0017]a.取重量組分為:C:0.03-0.10 % ；S1:0.05-0.20 % ；Μη:0.10-0.25 % ；P:彡 0.015% ；S:彡 0.010% ；Cr:彡 0.50% ；N1:8.5-9.5% ；Mo:彡 0.25% ；Cu:彡 0.30% ；Nb: 0.03-0.08%；V: 0.03-0.05 % ；A1:0.02-0.06 % ；其余為Fe和其他殘余元素；所有其他殘余元素加上 V、Al、Nb 的總和< 1.0%，且其中 H: ( 1.6ppm、0: ( 20.0ppm、N: ( 120.0ppm坯鋼為原料進(jìn)入預(yù)熱溫度大于500°C的鍛造爐內(nèi)加熱，加熱速率小于150°C /小時(shí)，鍛造加熱保溫溫度為550°C，保溫時(shí)間lh，再以120°C /小時(shí)速率升溫至900°C，保溫1.5小時(shí)以上，繼續(xù)以100°C /小時(shí)速率升溫至1160°C，保溫時(shí)間:按照產(chǎn)品壁厚為0.5小時(shí)/25.4毫米，保持足夠的時(shí)間使得坯料的整個(gè)截面徹底加熱均勻，避免內(nèi)外溫差過大導(dǎo)致內(nèi)部溫度低于可鍛溫度，從而導(dǎo)致內(nèi)部開裂和微小應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生。
[0018]然后開始鍛造，始鍛溫度控制在1140_1160°C，終鍛溫度不低于900°C，使用十字方向反復(fù)三次鐓粗拔長，最后一次鍛造比須大于1.2:1，鍛造火次在4火次以內(nèi)。鍛件在密閉的爐內(nèi)由終鍛溫度冷卻到室溫。確保鍛造后結(jié)構(gòu)致密，鍛造纖維均勻一致；破碎鑄態(tài)奧氏體粗晶枝晶，使夾雜物分布彌散，消除帶狀組織，獲得細(xì)晶粒的均勻鍛造組織。
[0019]b.機(jī)械加工去除其氧化表皮，避免厚實(shí)的氧化皮在加熱和淬火過程中影響材料加熱及冷卻的均勻性。
[0020]c.亞溫淬火:加溫至580 °C，保溫1.5h，升溫至800 °C，保溫8.5h，水淬；升溫速率小于150°C /小時(shí)。
[0021]d.回火水淬:加溫至200°C，保溫lh，升溫至510°C，保溫1.5h，升溫至590°C，保溫9h，淬火。升溫速率小于150°C/小時(shí)。開始和結(jié)束淬火時(shí)，水溫需要限制在30°C以下。
[0022]其熱處理方式為亞溫淬火+回火水淬的工藝，可以細(xì)化其晶粒，提高低溫韌性，并且有抑制回火脆性的作用。由于雜質(zhì)元素在鐵素體中的溶解度要大于奧氏體中的溶解度，減少了奧氏體晶界富集雜質(zhì)的幾率，因此同時(shí)提高了材料的強(qiáng)度和韌性。
[0023]在液態(tài)天然氣管道與存儲(chǔ)設(shè)備中，液化天然氣的儲(chǔ)運(yùn)溫度為零下162度，常規(guī)選用以F316L為代表的奧氏體不銹鋼，但是F316L的抗拉強(qiáng)度為最小70，325psi，0.2 %屈服強(qiáng)度要求為最小24，650psi ;而本材料的抗拉強(qiáng)度可到達(dá)101，500psi以上，屈服強(qiáng)度則可超過81，200psi。設(shè)備的設(shè)計(jì)如果選用不銹鋼作為材料，要滿足其耐高壓要求，則不得不大量增加其壁厚，導(dǎo)致設(shè)備的重量和體積龐大，必然增加其材料成本和運(yùn)輸難度，違背了環(huán)保節(jié)約的發(fā)展原則。而選用本發(fā)明的材料，其生產(chǎn)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于奧氏體不銹鋼的制造成本。
[0024]在耐腐蝕閥門領(lǐng)域，一般應(yīng)用采用普通合金結(jié)構(gòu)鋼AISI 4130材料+貴金屬鎳及鎳基合金Inconel 625堆焊進(jìn)行閥門零件的生產(chǎn)。而采用本發(fā)明的鍛件材料，可直接利用，無需堆焊防腐，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本，減少工藝環(huán)節(jié)，縮短生產(chǎn)周期，減少多重工序中的質(zhì)量隱患。
[0025]上述的實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明創(chuàng)造的原理及其功效，以及部分運(yùn)用的實(shí)施例，而非用于限制本發(fā)明；應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超低溫耐腐蝕的高強(qiáng)度鍛件毛坯的制造方法，其步驟為:a.取重量組分為:C:0.03-0.10% ；S1:0.05-0.20% ；Μη:0.10-0.25% ；P: ( 0.015% ；S:彡 0.010%；Cr:彡 0.50%；N1:8.5-9.5%；Mo:彡 0.25%；Cu:彡 0.30%；Nb:0.03-0.08%；V:0.03-0.05% ；A1:0.02-0.06% ;其余為Fe和其他殘余元素；所有其他殘余元素加上V，Al，Nb 的總和彡 1.0%，且其中 H: ( 1.6ppm ；0: ^20.0ppm ；N: ( 120.0ppm 的坯鋼為原料進(jìn)入預(yù)熱后的鍛造爐內(nèi)加熱，加熱速率小于150°C/小時(shí)，鍛造加熱保溫溫度為550±20°C，保溫時(shí)間lh，再以120°C /小時(shí)速率升溫至900°C，保溫1.5小時(shí)以上，繼續(xù)以100°C /小時(shí)速率升溫至1160°C，保溫時(shí)間:按照產(chǎn)品壁厚為0.5小時(shí)/25.4毫米，然后開始鍛造，始鍛溫度控制在1140-1160°C，終鍛溫度不低于900°C，使用十字方向反復(fù)三次鐓粗拔長，最后一次鍛造比大于1.2:1，鍛件在密閉的爐內(nèi)由終鍛溫度冷卻到室溫； b.機(jī)械加工去除其氧化表皮； c.亞溫淬火:加溫至580±10°C，保溫1.5h，升溫至800± 10°C，保溫8.5h，水淬； d.回火水淬:加溫至200±10°C，保溫lh，升溫至510±10°C，保溫1.5h，升溫至590±8°(:，保溫911，淬火。2.如權(quán)利要求1所述的一種超低溫耐腐蝕的高強(qiáng)度鍛件毛坯的制造方法，其特征為:亞溫淬火及回火水淬時(shí)升溫速率小于150°C /小時(shí)。3.如權(quán)利要求2所述的一種超低溫耐腐蝕的高強(qiáng)度鍛件毛坯的制造方法，其特征為:開始和結(jié)束淬火時(shí)，水溫需要限制在30°C以下。4.如權(quán)利要求3所述的一種超低溫耐腐蝕的高強(qiáng)度鍛件毛坯的制造方法，其特征為:鍛造火次在4火次以內(nèi)。5.如權(quán)利要求4所述的一種超低溫耐腐蝕的高強(qiáng)度鍛件毛坯的制造方法，其特征為:爐膛預(yù)熱溫度大于500°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超低溫耐腐蝕的高強(qiáng)度鍛件毛坯的制造方法，其步驟為：a.取坯鋼為原料進(jìn)入預(yù)熱后的鍛造爐內(nèi)加熱，鍛造加熱保溫溫度為550±20℃，保溫時(shí)間1h，再升溫至900℃，保溫1.5小時(shí)以上，繼續(xù)以100℃/小時(shí)速率升溫至1160℃，保溫時(shí)間：按照產(chǎn)品壁厚為0.5小時(shí)/25.4毫米，開始鍛造，始鍛溫度在1140-1160℃，終鍛溫度不低于900℃，使用十字方向反復(fù)三次鐓粗拔長，最后一次鍛造比大于1.2：1，鍛件在爐內(nèi)由終鍛溫度冷卻到室溫；b.去除其氧化表皮；c.亞溫淬火：加溫至580±10℃，保溫1.5h，升溫至800±10℃，保溫8.5h，水淬；d.回火水淬：加溫至200±10℃，保溫1h，升溫至510±10℃，保溫1.5h，升溫至590±8℃，保溫9h，淬火。
【IPC分類】C21D1/18, C22C38/08, C22C38/12, C22C38/18, C22C38/16
【公開號(hào)】CN105296845
【申請?zhí)枴緾N201510685155
【發(fā)明人】葛輝, 周勇
【申請人】蘇州雷格姆海洋石油設(shè)備科技有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年10月21日