阅读说明：本技术 一种降低Mn18Cr18N护环钢热加工开裂倾向的生产方法 (Production method for reducing hot working cracking tendency of Mn18Cr18N retaining ring steel ) 是由 肖磊 黄志勇 丁勇 朱小阳 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种降低Mn18Cr18N护环钢热加工开裂倾向的生产方法,属于钢的制备技术领域。本发明的生产方法包括以下步骤：(1)冶炼：出钢浇铸前加入稀土合金,浇铸温度1450-1540℃；(2)电渣重熔：按CaF<Sub>2</Sub>:Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>:MgO:SiO<Sub>2</Sub>＝63-86％:7-15％:3-13％:3-13％配备渣系,控制电流7500±300A,电压55±5V；(3)钢锭锻造：加热温度1150-1250℃,开锻温度1050-1100℃,终锻温度850-950℃；(4)固溶：固溶温度1000-1100℃,保温时间≥2h,出炉水冷。本发明从用非真空感应炉节约生产成本、提高电渣钢锭质量、改进锻造工艺三方面着手,显著降低了Mn18Cr18N锻件热加工开裂倾向,提高生产质量稳定性,其产品成品率高达92-96％。(Disclosure of the inventionA production method for reducing hot working cracking tendency of Mn18Cr18N retaining ring steel belongs to the technical field of steel preparation. The production method of the invention comprises the following steps: (1) smelting: adding rare earth alloy before tapping and casting, wherein the casting temperature is 1450-1540 ℃; (2) electroslag remelting: according to CaF 2 :Al 2 O 3 :MgO:SiO 2 Preparing slag system with current of 7500 + -300A and voltage of 55 + -5V for 63-86%, 7-15%, 3-13% and 3-13%; (3) forging a steel ingot: the heating temperature is 1150-1250 ℃, the open forging temperature is 1050-1100 ℃, and the finish forging temperature is 850-950 ℃; (4) solid solution: the solid solution temperature is 1000-1100 ℃, the heat preservation time is more than or equal to 2h, and the product is taken out of the furnace and cooled by water. The invention starts with the three aspects of saving the production cost by using a non-vacuum induction furnace, improving the quality of electroslag steel ingots and improving the forging process, obviously reduces the hot working cracking tendency of Mn18Cr18N forgings, improves the stability of the production quality, and has the product yield of 92-96 percent.)

一种降低Mn18Cr18N护环钢热加工开裂倾向的生产方法

技术领域

本发明属于钢的制备技术领域，具体涉及一种降低Mn18Cr18N护环钢热加工开裂倾向的生产方法。

背景技术

Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢因其具有无磁性、较高的强度和良好的抗应力腐蚀能力，目前具有良好的应用市场，Mn18Cr18N类锻件是火电、核电中汽轮发电机组的关键基础部件之一。为保证机组长时间安全运行，不仅要有足够的强度，良好的力学性能，而且还要有良好的抗应变腐蚀能力。目前国内外普遍采用真空感应炉+电渣重熔+锻造，经固溶处理和冷变形强化工艺制作该锻件。

由于Mn18Cr18N护环钢的可锻温度区间窄，高温变形抗力较大，以Mn18Cr18N为代表的高氮钢在热加工过程中由于塑性差，往往在压机上进行镦粗和扩环时很容易产生裂纹，严重影响着该钢的成品率，造成资源的严重浪费。因此在保证Mn18Cr18N优异性能的前提下，改善Mn18Cr18N护环钢的热加工塑性和韧性，对提高钢的成品率，提高资源的利用效率具有很重要的意义。

如何解决Mn18Cr18N护环钢在热加工过程中的开裂问题，提高其成品率和生产效率，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种降低Mn18Cr18N护环钢热加工开裂倾向的生产方法。本发明通过采用非真空感应炉节约生产成本、提高电渣钢锭质量和改进锻造工艺三方面来实现降低Mn18Cr18N护环钢热加工开裂倾向的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种降低Mn18Cr18N护环钢热加工开裂倾向的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：

(1)冶炼：采用非真空感应炉进行Mn18Cr18N护环钢的冶炼，在出钢浇铸前随流加入稀土合金，浇铸温度控制在1450-1540℃；

(2)电渣重熔：电渣重熔渣系按质量百分比为CaF₂:Al₂O₃:MgO:SiO₂＝63-86％:7-15％:3-13％:3-13％进行配备，控制电流7500±300A，电压55±5V，制备得到钢锭；

(3)钢锭锻造：加热温度1150-1250℃，开锻温度控制在1050-1100℃，终锻温度控制在850-950℃；

(4)固溶：锻件锻后空冷，固溶温度1000-1100℃，保温时间≥2h，出炉水冷。

本发明通过提高电渣钢锭质量和改进锻造工艺来降低其热加工开裂倾向，并采用非真空感应炉冶炼来降低生产成本。在实际生产中通过上述的改进，取得了良好的效果，产品成品率92-96％，比之前提高50％成材率。

本发明通过增大冷却水流量(提高电渣过程结晶器冷却强度)与合理地设计电渣重熔参数两个措施来细化晶粒，保证钢锭在重熔过程再结晶稳定，不会因为电流、电压的波动造成成分偏析，确保组织均匀。并选择合适的渣料配比确保整个电渣过程在合理的熔速下进行，以获得洁净、致密、表面良好的钢锭。本发明还结合改进锻造工艺，采用高温多火次的方法确保锻件表面温度以及每火次变形量在合理的范围内，降低开裂倾向。

通过采用改进工艺，在热加工过程锻件表面大面积开裂现象很少出现，偶尔出现的裂纹也是深度4-6mm的细小裂纹，通过后续机械加工不影响产品正常使用，本发明已达到降低Mn18Cr18N类锻件热加工开裂倾向的目的。

采用上述方法制备得到的Mn18Cr18N护环钢材料，其力学性能如下：Rp_0.2540MPa，R_m 836MPa，A 54.0％，Z 75.0％，冲击功(Akv2)291J、293J、310J。用户回厂通过探伤，冷加工后性能等个方面指标均达到国外先进水品。

由于本发明锻造过程开裂情况少，所以生产周期短，成品率高，可显著提高生产效率和经济效益。

进一步的是，步骤(1)中所述稀土合金为镧-铈合金，稀土合金的添加量为1-2‰。

进一步的是，所述Mn18Cr18N护环钢的元素组成及质量百分比为：C≤0.10％，Si≤0.80％，Mn 17.5-20.0％，Cr 17.5～20.0％，Ni≤2.0％，N 0.45～0.80％，V≤0.25，Ti≤0.10％，Al≤0.04％，P≤0.060％，S≤0.015％，Fe余量。

进一步的是，所述Mn18Cr18N护环钢的元素组成及质量百分比为：C 0.05％，Si0.65％，Mn 18.5％，Cr 19.0％，Ni 1.8％，N 0.55％，V 0.20，Ti 0.06％，Al 0.030％，P0.045％，S 0.010％，Fe余量。

进一步的是，步骤(2)中所述电渣重熔渣系按质量百分比为CaF₂:Al₂O₃:MgO:SiO₂＝82％:10％:5％:3％。

进一步的是，步骤(3)中所述钢锭锻造的工艺为：加热温度1190℃，开锻温度控制在1080℃，终锻温度控制在880℃。

进一步的是，步骤(4)中所述固溶的温度为1060℃，时间为3h。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过用非真空感应炉节约生产成本，并从提高电渣钢锭质量和改进锻造工艺三个方面着手，显著降低了Mn18Cr18N护环钢锻件热加工开裂倾向，产品成品率92-96％，比之前提高提高50％成材率；

(2)本发明所得锻件力学性能如下：Rp_0.2540MPa，R_m 836MPa，A54.0％，Z 75.0％，冲击功(Akv2)291J、293J、310J，表现出优异的力学性能，与国外指标相当。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

一种Mn18Cr18N护环钢锻件，其元素组成及质量百分比如下：C 0.10％，Si0.80％，Mn 17.5％，Cr 17.5％，Ni 2.0％，N 0.45％，V0.25％，Ti 0.10％，Al 0.04％，P0.060％，S 0.015％，Fe余量。

上述Mn18Cr18N护环钢锻件的生产方法按照以下步骤：

(1)冶炼：采用非真空感应炉进行Mn18Cr18N护环钢的冶炼，在出钢浇铸前随流加入稀土合金(镧-铈合金，添加量为2‰)，浇铸温度控制在1450℃；

(2)电渣重熔：电渣重熔渣系按质量百分比为CaF₂:Al₂O₃:MgO:SiO₂＝63％:7％:3％:13％进行配备，控制电流7500±300A，电压55±5V，制备得到电渣钢锭；

(3)钢锭锻造：加热温度1150℃，开锻温度控制在1050℃，终锻温度控制在850℃；

(4)固溶：锻件锻后空冷，固溶温度1000℃，保温时间2h，出炉水冷。

实施例2

一种Mn18Cr18N护环钢锻件，其元素组成及质量百分比如下：C 0.08％，Si0.60％，Mn 20.0％，Cr 20.0％，Ni 2.0％，N 0.80％，V 0.22％，Ti 0.09％，Al 0.03％，P0.050％，S≤0.010％，Fe余量。

上述Mn18Cr18N护环钢锻件的生产方法按照以下步骤：

(1)冶炼：采用非真空感应炉进行Mn18Cr18N护环钢的冶炼，在出钢浇铸前随流加入稀土合金(镧-铈合金，添加量为1‰)，浇铸温度控制在1540℃；

(2)电渣重熔：电渣重熔渣系按质量百分比为CaF₂:Al₂O₃:MgO:SiO₂＝86％:7％:3％:4％进行配备，控制电流7500±300A，电压55±5V，制备得到钢锭；

(3)钢锭锻造：加热温度1250℃，开锻温度控制在1100℃，终锻温度控制在950℃；

(4)固溶：锻件锻后空冷，固溶温度1100℃，保温时间2.5h，出炉水冷。

实施例3

一种Mn18Cr18N护环钢锻件，其元素组成及质量百分比如下：C 0.05％，Si0.65％，Mn 18.5％，Cr 19.0％，Ni 1.8％，N 0.55％，V0.20％，Ti 0.06％，Al 0.030％，P0.045％，S 0.010％，Fe余量。

上述Mn18Cr18N护环钢锻件的生产方法按照以下步骤：

(1)冶炼：采用非真空感应炉进行Mn18Cr18N护环钢的冶炼，在出钢浇铸前随流加入稀土合金(镧-铈合金，添加量为2‰)，浇铸温度控制在1510℃；

(2)电渣重熔：电渣重熔渣系按质量百分比为CaF₂:Al₂O₃:MgO:SiO₂＝82％:10％:5％:3％，控制电流7500±300A，电压55±5V，制备得到钢锭；

(3)钢锭锻造：加热温度1190℃，开锻温度控制在1080℃，终锻温度控制在880℃；

(4)固溶：锻件锻后空冷，固溶温度1060℃，保温时间3h，出炉水冷。

对比例1

按照实施例1的原料配比，在生产Mn18Cr18N护环钢锻件时采用以下传统工艺步骤：

(1)冶炼：采用非真空感应炉进行Mn18Cr18N护环钢的冶炼，在出钢浇铸前随流加入Ni-Mg合金1％-2％，浇铸温度控制在1520℃；

(2)电渣重熔：电渣重熔渣系按质量百分比为CaF₂:Al₂O₃:MgO:SiO₂＝65％:20％:10％:5％，控制电流7800±300A，电压56±5V，制备得到钢锭；

(3)钢锭锻造：加热温度1160℃，开锻温度控制在1050℃，终锻温度控制在850℃；

对比例2

按照实施例1的原料配比，在生产Mn18Cr18N护环钢锻件时采用以下改进后的工艺步骤：

(1)冶炼：采用非真空感应炉进行Mn18Cr18N护环钢的冶炼，在出钢浇铸前随流加入稀土合金(镧-铈合金，添加量为1‰)，浇铸温度控制在1500℃；

(2)电渣重熔：电渣重熔渣系按质量百分比为CaF₂:Al₂O₃:MgO:SiO₂＝82％:10％:5％:3％，控制电流7500±300A，电压55±5V，冷却水压强由0.25Mpa提高到0.3Mpa，制备得到钢锭；

(3)钢锭锻造：加热温度1180℃，开锻温度控制在1060℃，终锻温度控制在850℃；

(4)固溶：锻件锻后空冷，固溶温度1040℃，保温时间5h，出炉水冷。

实验例1

对实施例1-3所得Mn18Cr18N护环钢锻件的室温力学性能实验进行检测，结果如表1所示：

表1

实验例2

将实施例1与对比例1-2所得Mn18Cr18N护环钢锻件进行成品率考查，总共统计制造120个锻件，成品率按公式＝交货重量/坯料重量进行计算，所得结果如表2所示：

表2锻件成品率

炉号	成品率
		19H3-87(对比例1)	0％
19H3-132(对比例2)	46％
		19H3-188(实施例1)	93％