阅读说明：本技术 一种筒件的锻制方法 (Forging method of barrel ) 是由 王佳明 叶文冰 李源 张健 罗祥华 韩涛 戴盛涛 于 2020-04-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及冶金及锻件加工领域,公开了一种筒件的锻制方法,该方法包括如下工艺流程：按配方配料→真空感应炉一次冶炼→真空自耗炉二次冶炼→钢锭高温均质化→镦拔锻造→镦粗冲孔→锻件扩孔→回炉再烧→收孔拔长→热处理→材料测试→评审验收。本发明方法通过采用钢锭高温均质化处理、镦拔锻造、镦粗冲孔、钢锭扩孔、回炉再烧、收孔拔长及热处理,解决了锻制的筒件低倍粗晶及晶粒粗大的问题。(The invention relates to the field of metallurgy and forge piece processing, and discloses a forging method of a cylinder piece, which comprises the following process flows of: proportioning according to the formula → primary smelting in a vacuum induction furnace → secondary smelting in a vacuum consumable electrode furnace → high temperature homogenization of steel ingot → upsetting-drawing forging → upsetting-punching → reaming of forge piece → remelting and reburning → drawing of hole → heat treatment → material testing → acceptance and review. The method solves the problems of low-power coarse grains and large grains of the forged cylinder by adopting high-temperature homogenization treatment of steel ingots, upsetting-drawing forging, upsetting-punching, steel ingot chambering, furnace returning and reburning, hole-closing drawing-out and heat treatment.)

一种筒件的锻制方法

技术领域

本发明涉及冶金及锻件加工领域，具体涉及一种筒件的锻制方法。

背景技术

锻制筒件由于性能的各向异性小，广泛应用于承压模具、容器等领域。目前我国在锻制筒件时通常采用钢锭镦拔、扩孔及拔长成型工艺制造，有些筒件低倍检验时会出现低倍粗晶、晶粒粗大等问题。由于某些特殊领域的高端压缩模在使用过程中长期承受加载、卸载、再加载的交变应力，筒件的低倍粗晶、晶粒粗大等问题会导致筒件报废甚至造成严重的安全事故。因此在某些特殊领域的高端筒件要求不允许有低倍粗晶及晶粒粗大。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的锻制的筒件低倍粗晶及晶粒粗大问题，提供一种筒件的锻制方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种筒件的锻制方法，该方法包括如下工艺流程：

按配方配料→真空感应炉一次冶炼→真空自耗炉二次冶炼→钢锭高温均质化→镦拔锻造→镦粗冲孔→锻件扩孔→回炉再烧→收孔拔长→热处理→材料测试→评审验收，

其中，以所述钢锭的总重量为100％计，所述钢锭的化学成分控制为：C≤0.1％，Si≤0.2％，Mn≤0.2％，S≤0.025％，P≤0.025％，Ti＝0.2～1.5％，Ni＝16～20％，Mo＝3.5～6.5％，Co＝8～13％，Al＝0.05～0.15％，其余为不可避免的杂质和Fe。

优选地，所述钢锭的直径≤600mm。

优选地，所述钢锭高温均质化的温度为1200-1250℃。

优选地，所述镦拔锻造中，始锻温度≥1050℃，终锻温度≥850℃，保温时间1-3h。

优选地，所述镦拔的压下率≤50％，镦拔次数≥2次。

优选地，所述锻件扩孔的具体步骤包括：使用第一芯棒进行扩孔，然后使用第二芯棒进行首次拔长；其中，所述第二芯棒的直径＜所述锻件扩孔后的内孔直径，更优选地，所述第二芯棒的直径与所述锻件扩孔后的内孔直径差值为10-20mm。

优选地，所述锻件扩孔后内孔直径＞所述锻件冲孔后内孔直径；更优选地，所述锻件扩孔后内孔直径与所述锻件冲孔后内孔直径差值≥80mm。

优选地，所述回炉再烧的条件为：再烧温度为1000-1100℃，再烧时间为1-3h。

优选地，在所述收孔拔长中，使用的芯棒的直径＜锻件扩孔后内孔直径。

优选地，所述热处理工艺为循环相变细晶热处理；其中，所述循环相变细晶热处理包括第一次空冷、第二次空冷和第三次空冷；优选地，所述第一次空冷的温度为930-970℃，所述第二次空冷的温度为880-920℃，所述第三次空冷的温度为860-900℃。

本发明所述的筒件的锻制方法，通过采用钢锭高温均质化处理、镦拔锻造、镦粗冲孔、锻件扩孔、回炉再烧、收孔拔长及热处理，解决了锻制的筒件低倍粗晶及晶粒粗大的问题。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供一种筒件的锻制方法，该方法包括如下工艺流程：

按配方配料→真空感应炉一次冶炼→真空自耗炉二次冶炼→钢锭高温均质化→镦拔锻造→镦粗冲孔→锻件扩孔→回炉再烧→收孔拔长→热处理→材料测试→评审验收，

其中，以所述钢锭的总重量为100％计，所述钢锭的化学成分控制为：C≤0.1％，Si≤0.2％，Mn≤0.2％，S≤0.025％，P≤0.025％，Ti＝0.2～1.5％，Ni＝16～20％，Mo＝3.5～6.5％，Co＝8～13％，Al＝0.05～0.15％，其余为不可避免的杂质和Fe。

在本发明所述的方法中，对所述真空感应炉一次冶炼和真空自耗炉二次冶炼的工艺参数没有特殊限制，只要是能保证所得钢锭综合性能优良即可。

在本发明所述的方法中，对所述钢锭直径没有特殊限制，只要是能保证锻件性能优良即可，在优选情况下，所述钢锭的直径≤600mm。具体地，例如可以为100mm、200mm、300mm、400mm、500mm或600mm。

在本发明所述的方法中，所述钢锭的高温均质化温度为1200-1250℃。具体地，例如可以为1200℃、1210℃、1220℃、1230℃、1240℃或1250℃。

对钢锭进行高温均质化处理，主要目的是通过高温使钢锭内部的【Ti】、【Mo】、【Ni】等原子运动剧烈从而达到化学成分均匀，减小钢锭化学成分偏析的目的，保证成品内部组织均匀。

在本发明所述的方法中，所述镦拔锻造中，始锻温度≥1050℃，终锻温度≥850℃，保温时间1-3h。具体地，所述保温时间可以为1h、1.5h、2h、2.5h或3h。

在本发明所述的方法中，所述镦拔的压下率≤50％，镦拔次数≥2次。具体地，所述镦拔的压下率例如可以为10％、20％、30％、40％或50％。具体地，所述镦拔次数例如可以为2次、3次或4次。

在本发明所述的方法中，所述镦拔的压下率为锻件每次镦粗后的高度与每次镦粗前高度的比值，所述镦拔次数分别为锻件镦粗和锻件拔长的次数。

在墩拔锻造中，钢锭需从均质化温度降温至1050℃，再进行加热至锻造温度1170℃，目的是为了均匀钢锭内部温度。钢锭墩拔次数≥2次，应使用镦粗板将钢锭进行多次镦拔处理，多次镦拔可以保证钢锭充分锻透，在镦拔的过程中，应采用较高的温度和较大的锻造力一次镦拔到位，拔长采用FM法，这样保证了钢锭铸态组织的充分破碎和空隙的焊合，通过多次镦拔后使钢锭的轴向变形和径向变形基本一致，此时钢锭已由铸态组织转变为锻态组织，进行保温可使得钢坯内组织均匀、内部缺陷修复。

在本发明所述的方法中，所述锻件扩孔的具体步骤包括：使用第一芯棒进行扩孔，然后使用第二芯棒进行首次拔长；其中，所述第二芯棒的直径＜所述锻件扩孔后的内孔直径，在优选情况下，所述第二芯棒的直径与所述锻件扩孔后的内孔直径差值为10-20mm。具体地，例如可以为10mm、12mm、14mm、16mm、18mm或20mm。

在本发明所述的方法中，所述锻件扩孔后使用芯棒进行首次拔长，拔长尺寸最小应达到筒件长度要求。筒件在锻制过程中，先加工横向尺寸，再通过拔长的方法加工纵向尺寸。

在本发明所述的方法中，所述锻件扩孔后的内孔直径＞所述锻件冲孔后的内孔直径；在具体实施方式中，所述锻件扩孔后的内孔直径与所述锻件冲孔后的内孔直径差值≥80mm。

在本发明所述的方法中，所述回炉再烧的条件为：再烧温度为1000-1100℃，再烧时间为1-3h。具体地，所述回炉再烧温度可以为1000℃、1020℃、1040℃、1060℃、1080℃或1100℃，所述再烧时间可以为1h、1.5h、2h、2.5h或3h。

在本发明所述的方法中，在所述收孔拔长中，使用的芯棒的直径＜锻件扩孔后的内孔直径。

回炉再烧温度较低，因而产生的晶粒不容易变大，同时再烧后使用直径小于锻件内孔直径的芯棒进行低温收孔拔长，由于芯棒与扩孔后锻筒空间较大，散热快，避免了芯棒温度升高导致锻筒内表面温度高从而产生低倍粗晶的问题。

在本发明所述的方法中，所述热处理工艺为循环相变细晶热处理；其中，所述循环相变细晶热处理包括第一次空冷、第二次空冷和第三次空冷；在优选情况下，所述第一次空冷温度为930-970℃，具体地，例如可以为930℃、940℃、950℃、960℃或970℃。所述第二次空冷温度为880-920℃，具体地，例如可以为880℃、890℃、900℃、910℃或920℃。所述第三次空冷温度为860-900℃，具体地，例如可以为860℃、870℃、880℃、890℃或900℃。

由于锻件锻造工艺复杂并采用了多火次锻造，内部晶粒会出现混晶、晶粒粗大问题。本发明方法所采用的高强度钢属于以铁镍为基体的马氏体时效钢，室温下具有马氏体组织，马氏体相变是一种切变相变，其特征是在切变相变过程中马氏体组织产生了大量的微观缺陷，包括位错、层错等。这些缺陷在马氏体加热向奥氏体逆转变时会一直存在，这些缺陷的存在增加了材料的储存能，而再结晶主要是在能量较高的位置成核长大的过程，再结晶的能量来源于马氏体板条束碎化和位错密度的提高。本发明方法所采用的高强度钢AC3约为730℃，固溶温度通常在AC3以上50-100℃，通过采用循环相变细晶热处理工艺，在高强度钢无需塑性变形的情况下，可有效的使奥氏体晶粒充分细化。

本发明所述的筒件的锻制方法，通过采用钢锭高温均质化处理、镦拔锻造、镦粗冲孔、锻件扩孔、回炉再烧、收孔拔长及热处理，解决了锻制筒件低倍粗晶及晶粒粗大的问题。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例1

本实施例用于说明筒件的锻制方法。

该锻制方法采用如下工艺流程：

按配方配料→真空感应炉一次冶炼→真空自耗炉二次冶炼→钢锭高温均质化→镦拔锻造→镦粗冲孔→锻件扩孔→回炉再烧→收孔拔长→热处理→材料测试→评审验收，

其中，以所述钢锭的总重量为100％计，所述钢锭的化学成分控制为：C≤0.1％，Si≤0.2％，Mn≤0.2％，S≤0.025％，P≤0.025％，Ti＝0.2～1.5％，Ni＝16～20％，Mo＝3.5～6.5％，Co＝8～13％，Al＝0.05～0.15％，其余为不可避免的杂质和Fe。

其中，所述钢锭直径为500mm，钢锭高温均质化温度为1220℃，钢锭镦拔2次，再烧温度为1040℃，热处理的第一次空冷温度为950℃，第二次空冷温度为900℃，第三次空冷温度为880℃。

实施例2

本实施例用于说明筒件的锻制方法。

该锻制方法采用如下工艺流程：

按配方配料→真空感应炉一次冶炼→真空自耗炉二次冶炼→钢锭高温均质化→镦拔锻造→镦粗冲孔→锻件扩孔→回炉再烧→收孔拔长→热处理→材料测试→评审验收，

其中，以所述钢锭的总重量为100％计，所述钢锭的化学成分控制为：C≤0.1％，Si≤0.2％，Mn≤0.2％，S≤0.025％，P≤0.025％，Ti＝0.2～1.5％，Ni＝16～20％，Mo＝3.5～6.5％，Co＝8～13％，Al＝0.05～0.15％，其余为不可避免的杂质和Fe。

其中，所述钢锭直径为600mm，钢锭高温均质化温度为1250℃，钢锭墩拔2次，再烧温度为1100℃，热处理的第一次空冷温度为970℃，第二次空冷温度为920℃，第三次空冷温度为900℃。

实施例3

本实施例用于说明筒件的锻制方法。

该锻制方法采用如下工艺流程：

按配方配料→真空感应炉一次冶炼→真空自耗炉二次冶炼→钢锭高温均质化→镦拔锻造→镦粗冲孔→锻件扩孔→回炉再烧→收孔拔长→热处理→材料测试→评审验收，

其中，以所述钢锭的总重量为100％计，所述钢锭的化学成分控制为：C≤0.1％，Si≤0.2％，Mn≤0.2％，S≤0.025％，P≤0.025％，Ti＝0.2～1.5％，Ni＝16～20％，Mo＝3.5～6.5％，Co＝8～13％，Al＝0.05～0.15％，其余为不可避免的杂质和Fe。

其中，所述钢锭直径为400mm，钢锭高温均质化温度为1200℃，钢锭镦拔3次，再烧温度为1000℃，热处理的第一次空冷温度为930℃，第二次空冷温度为880℃，第三次空冷温度为860℃。

对比例1

按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，所述钢锭高温均质化温度为1100℃。

对比例2

按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，所述钢锭镦拔1次。

对比例3

按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，所述再烧温度为1200℃。

对比例4

按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，所述热处理的第一次空冷温度为900℃、第二次空冷温度为830℃，第三次空冷温度为800℃。

测试例1

对实施例1-3及对比例1-4的钢锭按国家标准GB/T 222-2006和国家标准GB/T 223所述方法进行化学成分测试，测试结果如表1所示。以钢锭的总重量为100％计，其余为不可避免的杂质Fe。

表1

测试例2

对实施例1-3及对比例1-4锻制的筒件按国家标准GB/T 226-2015所述方法进行低倍组织测试，同时按国家标准GB/T1979-2001和标准ASTM A604-2007(R2012)进行低倍组织评级，结果如表2所示。

表2

实施例编号	暗斑	白斑	环状花样	径向偏析	低倍粗晶
						标准例	A	A	B	B	无
实施例1	A	A	A	A	无
						实施例2	A	A	A	A	无
实施例3	A	A	A	A	无
						对比例1	A	A	C	A	无
对比例2	A	B	A	A	无
						对比例3	A	A	A	A	有
对比例4	A	A	A	A	有

测试例3

对实施例1-3及对比例1-4锻制的筒件按国家标准GB/T 6394-2017所述方法进行晶粒度测试及评级，结果如表3所示。

表3

实施例编号	标准例	晶粒度等级
			实施例1	≥5级	7级
实施例2	≥5级	7级
			实施例3	≥5级	7级
对比例1	≥5级	6级
			对比例2	≥5级	6级
对比例3	≥5级	4级
			对比例4	≥5级	4级

通过表1-3的结果可以看出，采用本发明方法锻制的筒件，其化学成分稳定无偏析，各项低倍指标优异且无低倍粗晶，晶粒度优于标准，可满足国家重点工程配套项目需求。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。