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CN111485085A - 一种提高18CrNiMo7-6合金在930-950℃温度抗晶粒长大的方法 - Google Patents

一种提高18CrNiMo7-6合金在930-950℃温度抗晶粒长大的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高18CrNiMo7‑6合金在930‑950℃温度抗晶粒长大的方法，属于锻件生产技术领域，其技术方案要点包括S1、原材料下料；S2、锻造加热：送入锻造加热炉中加热，原材料升温至750‑950℃保温一段时间，升温到1230‑1280℃保温一段时间，将原材料进行锻造；S3、锻造：第一工步，将原材料镦粗之后拔长；第二工步，将原材料送入加热炉中加热升温，加热炉温度控制在1180‑1200℃，之后进行最终锻造，将第二步骤锻造加热后的原材料进行锻造，终锻温度控制在900‑960℃中；S4、锻后冷却：均匀空冷至室温；S5、预备热处理：将锻件加热升温到920‑950℃保温，之后空冷至600‑690℃等温保存，空冷到室温；S6、机加工；S7、取样，本发明的优点在于确保锻件晶粒长大不明显，确保组织的稳定性。

Description

一种提高18CrNiMo7-6合金在930-950℃温度抗晶粒长大的 方法
技术领域
本发明涉及锻件生产技术领域，特别涉及一种提高18CrNiMo7-6合金在930-950℃温度抗晶粒长大的方法。
背景技术
随着经济和社会的高速发展，新能源占的比重也逐年增加。其中尤其是风电的发展最为迅速，2019年，全球新增风电装机容量超过60GW，同比增长19％，累计装机达到650GW。其中，陆上风电新增装机54.2GW，同比增长17％。伴随着风电产业的进步，风电齿轮箱18CrNiMo7-6锻件需求量爆发式增长，所以对于锻件质量有这严格的要求，所以对于18CrNiMo7-6合金的硬度、韧性和屈服极限等力学性能有极高的要求。
目前该类锻件在使用前需要在表面经过930-950℃的渗碳长时间渗碳，但是渗碳后会出现晶体组织晶粒度变大的情况，影响锻件组织的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高18CrNiMo7-6合金在930-950℃温度抗晶粒长大的方法，其优点在于确保锻件晶粒长大不明显，确保组织的稳定性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种提高18CrNiMo7-6合金在930-950℃温度抗晶粒长大的方法，包括以下步骤：
S1、原材料下料：将18CrNiMo7-6钢锭进行外形处理；
S2、锻造加热：将下料完成的原材料送入锻造加热炉中加热，原材料以≤600℃的温度入炉之后加热到升温至750-950℃保温一段时间，之后升温到1230-1280℃保温一段时间；
S3、锻造：第一工步，将原材料首先镦粗之后拔长；第二工步，对原材料进行初始锻造之后，将第一工步锻造的坯料送入加热炉中加热升温，加热炉温度控制在1180-1200℃，之后进行最终锻造，保证最后一火锻件的变形量为30-50％，得到均匀细小的组织，并且最后一火的停止锻造的温度控制在900-960℃区间中，避免带状组织形成；
S4、锻后冷却：锻后炉均匀空冷至室温；
S5、预备热处理：将锻件加热升温到920-950℃保温一段时间，之后以30-60℃/min的冷速空冷至600-690℃，之后锻件等温保存一段时间，然后锻件空冷到室温；
S6、机加工：锻件的表面进行剖光处理，使锻件上下端面见光；
S7、取样：对锻进行取样进行检测。
进一步的，所述18CrNiMo7-6钢锭包括以下成分：C：0.14-0.21％，Mn：0.5-0.9％，Cr：1.5-1.8％，Ni：1.45-1.75％，Mo：0.25-0.35％，V：0.02-0.04％，Al：0.018-0.05％，Nb：0.01-0.06％，Al/N的含量比为Al/N＝2.5-4。
进一步的，在步骤2中，锻造加热炉以以≤120℃/h加热速度升温至750-950℃，保温时间为T1，T1＝原材料最大有效截面*0.2-0.8min/mm；之后再以≤200℃/h升温至1230-1280℃保温T2，T2＝原材料最大有效截面*0.5-1min/mm。
进一步的，在步骤5中，空冷至600-690℃之后，锻件等温保存时间≥8h。
进一步的，在步骤5中，将锻件保温之后以30-60℃/min的冷速空冷至600-690℃。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.锻造过程中，首先采取高温大变形破碎铸态组织，提高组织均匀性；其次控制最后一火变形量30-50％，并且开始锻造温度控制在1180-1200℃，从而提高锻态晶粒度；最后控制终锻温度在900-960℃区间，因为低于900℃锻造容易产生带状组织，导致微观组织不均匀性，超过960℃时锻件温度较高，锻后晶粒度在一定时间内，晶粒度容易长大；
2.通过优化金属元素和非金属元素的分配比，控制碳化物形成元素的含量，提高锻件在930-950℃抵抗晶粒长大的能力；
3.将锻件升温至920-950℃保温一段时间，空冷至600-690℃等温时间≥8h后空冷至室温，在均匀的锻造细晶的前提下，将组织转变成铁素体+珠光体+均匀分布的Nb、V的碳化物。
附图说明
图1是提高18CrNiMo7-6合金在930-950℃温度抗晶粒长大的方法的步骤示意图。
图2是实施例1的金相示意图；
图3是实施例2的金相示意图；
图4是实施例3的金相示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：一种提高18CrNiMo7-6合金在930-950℃温度抗晶粒长大的方法，其中18CrNiMo7-6合金包括：C：0.14-0.21％，Mn：0.5-0.9％，Cr：1.5-1.8％，Ni：1.45-1.75％，Mo：0.25-0.35％，V：0.02-0.04％，Al：0.018-0.05％，Nb：0.01-0.06％，Al/N的含量比为Al/N＝2.5-4。通过优化成分配比，减少碳化物形成元素的含量，进而在热处理的过程中减少碳化物聚集长大的情况，提高抵抗晶粒长大的能力。
包括以下步骤：
S1、原材料下料：对18CrNiMo7-6钢锭进行水口和冒口的切除工作，水口部分切除3-5％，冒口切除12-18％，冒口和水口切除量根据实际钢锭的情况确定。
S2、锻造加热：将下料完成的原材料送入锻造加热炉中加热，原材料以≤600℃的温度入炉之后加热到升温至750℃保温，保温时间为T1,T1＝原材料最大有效截面*0.2-0.8min/mm；之后再以≤200℃/h升温至1230℃保温T2，T2＝原材料最大有效截面*0.5-1min/mm，将第二步骤锻造加热后的原材料，用锻造装取料机转运至合适的压机上进行锻造。
两次加热的时间根据锻件尺寸确定，锻件尺寸越大需要的加热时间越长，确保锻件内部也能受热完全，减少锻件内部和外部的温度梯度，保证组织的均匀性。
S3、锻造：第一工步，将原材料首先镦粗之后拔长，破碎原有的组织。
第二工步，对原材料进行初始锻造之后，将原材料送入加热炉中加热升温，加热炉温度控制在1180℃，确保最后一火锻件的变形量为30-50％，之后进行最终锻造，将第二步骤锻造加热后的原材料，用锻造装取料机转运至合适的压机上进行锻造最终锻造的温度控制在900℃。采用高温大变形的方法破碎原有的铸态组织，使组织结构更加均匀。当低于900℃锻造容易产生带状组织，产生碳化物无法充分溶解，导致微观组织不均匀，出现局部晶粒度过大情况出现。当超过960℃时锻件温度较高，容易出现碳化物富集长大情况，导致晶粒度过大，影响合金的力学性能。所以最后一火的停止锻造的温度控制在900-960℃区间中，避免带状组织形成，导致组织和微观成分不均匀性。
S4、锻后冷却：锻后炉均匀空冷至室温，防止过程铁素体不均匀析出，影响组织的均匀性。
S5、预备热处理：将锻件加热升温到920℃保温一段时间，之后锻件空冷至600℃等温保存一段时间，锻件的冷速是30-60℃/min，等温保存时间≥8h，然后锻件空冷到室温，防止过程铁素体不均匀析出，影响组织的均匀性。在均匀的锻造细晶的前提下，将组织转变成铁素体+珠光体+均匀分布的Nb、V的碳化物，组织晶粒度≥6级，晶粒度等级越大，晶体组织越细密，发挥细晶强化作用，提高锻件的力学性能。
S6、机加工：锻件的表面进行剖光处理，使锻件上下端面见光。
S7、取样：对锻进行取样进行检测。
实施例2：与实施例1不同的是：
S3、锻造：第一工步，将原材料首先镦粗之后拔长，破碎原有的组织。
第二工步，对原材料进行初始锻造之后，将原材料送入加热炉中加热升温，加热炉温度控制在1190℃，确保原材料的变形量为30-50％，之后进行最终锻造，将第二步骤锻造加热后的原材料，用锻造装取料机转运至合适的压机上进行锻造最终锻造的温度控制在930℃。
S5、预备热处理：将锻件加热升温到940℃保温一段时间，之后空冷至660℃等温保存一段时间，等温保存时间≥8h，然后锻件空冷到室温。
实施例3：与实施例1不同的是：
S3、锻造：第一工步，将原材料首先镦粗之后拔长，破碎原有的组织。
第二工步，对原材料进行初始锻造之后，将原材料送入加热炉中加热升温，加热炉温度控制在1200℃，确保原材料的变形量为30-50％，之后进行最终锻造，将第二步骤锻造加热后的原材料，用锻造装取料机转运至合适的压机上进行锻造最终锻造的温度控制在930℃。
S5、预备热处理：将锻件加热升温到950℃保温一段时间，之后空冷至690℃等温保存一段时间，等温保存时间≥8h，然后锻件空冷到室温。
检测实验：
1、实验准备：从实施例1-3中制得的锻件中作为实验组，三组实验样品外形和重量相同。
2、金相检验：使用Olympus BX51M金相显微镜拍摄金相照片，每个样品拍摄XYZ三个方向断面的显微照片，并且将其合成作为反应样品结构的金相示意图。
如图2所示，实施例1的组织结构均匀并且细致，没有出现碳化物聚集长大的现象，晶粒度为9级。
如图3所示，实施例2的组织结构均匀并且细致，没有出现碳化物聚集长大的现象，晶粒度为9级。
如图4所示，实施例3的组织结构均匀并且细致，没有出现碳化物聚集长大的现象，晶粒度为9级。从图4的正面可以看出明显的位错，并存在位错之间的相互交截的情况，与实施例1相比，温度升高提高位错攀移的概率，即代表有这较高的滑移阻力，反应到宏观就是合金变硬发生加工硬化。
3、测定实施例1-3中锻件的成分含量，结果见下表：
Figure BDA0002504272870000071
4、检测锻件的综合机械性能，结果见下表：
项目 抗拉强度MPa 屈服强度MPa 延伸率％ 断面收缩％
实施例1 1355 1156 22 54
实施例2 1301 1093 22 55
实施例3 1422 1172 22 58
结果分析：实施例1和实施例2相比，最大的区别在于实施例1中Al/N＝2.5，实施例2中Al/N＝4，N的含量增加氮化物的形成，可以看到图4中存在比较明显的晶界，即当锻造处理之后有没有溶解的碳化物和氮化物聚集在晶界处，说明金属碳化物或氮化物影响锻件组织的晶粒细密程度。同时可以看得到晶界断裂小，晶体组织细密，说明通过优化配方和工艺有效阻止晶粒长大。
实施例1、实施例2和实施例3相比，Mn、Cr和Ni等元素含量依次提高，增加了锻件的淬透性，从微观层面上反应在组织细密，晶粒细化，反应到宏观方面就是实施例3的机械性能更好，再次说明本发明通过优化配方和工艺能有效阻止晶粒长大，达到细化晶粒的目的，进一步提高锻件的综合性能。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种提高18CrNiMo7-6合金在930-950℃温度抗晶粒长大的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、原材料下料：对18CrNiMo7-6钢锭进行水口和冒口的切除工作；
S2、锻造加热：将下料完成的原材料送入锻造加热炉中加热，原材料以≤600℃的温度入炉之后加热到升温至750-950℃保温一段时间，之后升温到1230-1280℃保温一段时间；
S3、锻造：第一工步，将原材料首先镦粗之后拔长；第二工步，对原材料进行初始锻造之后，将第一工步锻造的坯料送入加热炉中加热升温，加热炉温度控制在1180-1200℃，之后进行最终锻造，保证最后一火锻件的变形量为30-50％，得到均匀细小的组织，并且最后一火的停止锻造的温度控制在900-960℃区间中，避免带状组织形成；
S4、锻后冷却：锻后炉均匀空冷至室温；
S5、预备热处理：将锻件加热升温到920-950℃保温一段时间，之后以30-60℃/min的冷速空冷至600-690℃，之后锻件等温保存一段时间，然后锻件空冷到室温。
2.根据权利要求1所述的一种提高18CrNiMo7-6合金在930-950℃温度抗晶粒长大的方法，其特征在于：所述18CrNiMo7-6钢锭包括以下成分：C：0.14-0.21％，Mn：0.5-0.9％，Cr：1.5-1.8％，Ni：1.45-1.75％，Mo：0.25-0.35％，V：0.02-0.04％，Al：0.018-0.05％，Nb：0.01-0.06％，Al/N的含量比为Al/N＝2.5-4。
3.根据权利要求1所述的一种提高18CrNiMo7-6合金在930-950℃温度抗晶粒长大的方法，其特征在于：在步骤2中，锻造加热炉以以≤120℃/h 加热速度升温至750-950℃，保温时间为T1，T1＝原材料最大有效截面*0.2-0.8min/mm；之后再以≤200℃/h升温至1230-1280℃保温T2，T2＝原材料最大有效截面*0.5-1min/mm。
4.根据权利要求1所述的一种提高18CrNiMo7-6合金在930-950℃温度抗晶粒长大的方法，其特征在于：在步骤5中，空冷至600-690℃之后，锻件等温保存时间≥8h。
5.根据权利要求1所述的一种提高18CrNiMo7-6合金在930-950℃温度抗晶粒长大的方法，其特征在于：在步骤5中，将锻件保温之后以30-60℃/min的冷速空冷至600-690℃。
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