提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种提高核电用Cr

【技术实现步骤摘要】
提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺


[0001]本专利技术涉及冶金领域，具体的说是一种提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺。

技术介绍

[0002]随着近年来我国核电产业的快速发展，国内装备制造业进入了更加活跃的新阶段，以核电为代表的新兴产业异军突起，具有广阔的市场前景。核电产品的技术要求非常高，材质的选取尤为关键。Cr-Ni-Mo材质钢由于其本身特有的属性，在核电领域得到了较为广泛的应用。在调质热处理状态下，Cr-Ni-Mo材质锻件具有优良的强度和韧性，可用于制作支座、拉伸杆、叉形连接件等核电重要承力部件。
[0003]Cr-Ni-Mo材质钢作为核电用国标超高强度钢适用的合金结构钢，其机械性能指标验收要求为：室温拉伸试验(ASTM A370标准)的屈服强度R
P0.2
在895MPa～1035MPa之间，抗拉强度R
m
≥928MPa，延伸率A4≥15％，断面收缩率Z≥43％；325℃拉伸试验(ASTM E21标准)的屈服强度R
P0.2
≥765MPa，抗拉强度R
m
≥928MPa；-18℃冲击试验(ASTM A370标准)中每组三个试样的冲击吸收功A
KV
平均值≥47J，任意单值≥41J。在应用Cr-Ni-Mo材质制作大型锻件如支座、拉伸杆、叉形连接件等大型核电产品时，在进行调质热处理后，325℃拉伸试验的屈服强度和-18℃冲击试验的冲击吸收功低于验收值，必须研究并设计出一种优化的热处理工艺，来改善锻件内部组织，提高其综合机械性能，使机械性能各项指标均满足验收要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单，有效改善锻件内部组织、细化晶粒，提高锻件的综合机械性能，解决核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件325℃拉伸试验的屈服强度和-18℃冲击试验的冲击吸收功低于验收要求的难题的提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺。
[0005]技术方案，所述锻件的化学成分(％，wt，熔炼分析)为：C≤0.40％，Si≤0.10％，Mn≤0.70％，P≤0.012％，S≤0.015％，Cr:0.75％～2.00％，Ni:2.00％～4.00％，Mo:0.20％～0.70％，V≥0.05％，Al≤0.015％；
[0006]所述热处理工艺为：
[0007]1)一次正火：先将锻件加热到600℃～650℃并保温2-3小时，再升温至900℃～940℃均温后再次保温，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
[0008]2)二次正火：将经一次正火后的锻件加热到600℃～650℃并保温2-3小时，再升温至840℃～880℃均温后再次保温，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
[0009]3)淬火：将经二次正火后的锻件加热到600℃～650℃并保温2-3小时，再升温至850℃～890℃均温后再次保温，出炉后水冷至250℃以下
[0010]4)高温回火将淬火后的锻件加热到200℃～250℃并保温4-6小时，再升温至595℃
～625℃均温后再次保温出炉后在空气中冷却至室温。
[0011]所述步骤1)中再升温的温度为925℃～935℃。
[0012]所述步骤2)中再升温的温度为860℃～870℃。
[0013]所述步骤(1)、(2)和(3)中，再次保温的时间按1h/100mm计算，均温时间为保温时间的1/2。
[0014]所述步骤(4)中，再次保温的时间按2h/100mm计算，均温时间为保温时间的1/2。
[0015]所述步骤(3)的水冷操作时，采用一次水冷、空冷、二次水冷的间歇冷却方式。
[0016]所述一次水冷时间为20-40分钟、空冷时间为2.5-5.5分钟、二次水冷时间为15分钟。
[0017]所述锻件的有效厚度不小于300mm。
[0018]针对
技术介绍
存在的问题，专利技术人进行了深入研究，发现核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件(有效厚度不小于300mm)不仅验收标准较普通锻件要高，而且其碳当量CE较高(为0.87左右)，属于可水淬但又需要特别小心、容易产生淬火裂纹的钢种，应用常规调质工艺可能会导致锻件产生裂纹且机械性能难以满足验收要求。为了避免裂纹产生并获得满足机械性能指标的锻件，特别是要保证325℃拉伸试验的屈服强度和-18℃冲击试验的冲击吸收功满足验收要求，本专利技术采用双正火+调质(即淬火+高温回火)的配合步骤，限定第一次正火加热到900℃～940℃，在此温度下进行奥氏体化，消除组织遗传；一次正火后再进行二次正火，限定加热到840℃～880℃，这里二次正火的目的是为调质热处理做好组织准备，通过二次正火可以使原始组织晶粒细化，因此温度要低于一次正火，温度过高会使原始晶粒变粗，过低会使原始晶粒得不到细化。通过在常规调质工艺的基础上，增加两道正火作为预先热处理，用以细化晶粒、改善内部组织结构，为后续的调质热处理作好组织准备，可以有效解决组织遗传、晶粒粗大的问题，提高锻件的综合机械性能；优选的，一次正火加热温度为925℃～935℃，二次正火为860℃～870℃。
[0019]进一步的，由于锻件的厚度大，两次正火的均温和再次保温的时间也应该进行控制，以避免晶粒粗化问题的发生，对于大型锻件而言，具体时间需要结合锻件厚度进行设定，本专利技术中，优选所述步骤(1)、(2)和(3)中，再次保温的时间按1h/100mm/100mm计算，均温时间为保温时间的1/2；所述步骤(4)中，再次保温的时间按2h/100mm计算，均温时间为保温时间的1/2。
[0020]对大型锻件进行淬火时，专利技术人发现使用油作为淬火介质时，冷却过程虽然相对平缓、不易出现裂纹，但油淬冷却效果较差，无法获得较高的综合机械性能。为了加强冷却效果，保证锻件内部组织在淬火时最大限度地转变为马氏体，选用冷却效果更好的水取代油作为淬火介质，从而获得更高的强度和韧性，并且优选采用一次水冷、空冷、二次水冷的间歇冷却方式，在保证650℃～550℃温度范围内马氏体充分转变的同时，减弱了300℃～200℃温度范围内尤其是Ms线附近马氏体转变过快产生的相变应力，既可获得更高的强度和韧性，又能避免产生变形或开裂。通过进一步控制间歇冷却的时间，可以进一步避免大型锻件因冷却不当而导致应力较大、引起淬火裂纹的问题发生，以进一步提高大型锻件的表面质量及机械性能。
[0021]经本专利技术进行热处理的核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件，综合机械性能得到显著提高：室温拉伸试验的屈服强度R
P0.2
为895MPa～1035MPa，抗拉强度R
m
≥965MPa，延伸率A4≥
15％，断面收缩率Z≥43％；325℃拉伸试验的屈服强度R
P0.2
≥765MPa，抗拉强度R
m
≥928MPa；-18℃冲击试验中每组三个试样的冲击吸收功A...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺，其特征在于，所述锻件的化学成分(％，wt，熔炼分析)为：C≤0.40％，Si≤0.10％，Mn≤0.70％，P≤0.012％，S≤0.015％，Cr:0.75％～2.00％，Ni:2.00％～4.00％，Mo:0.20％～0.70％，V≥0.05％，Al≤0.015％；所述热处理工艺为：1)一次正火：先将锻件加热到600℃～650℃并保温2-3小时，再升温至900℃～940℃均温后再次保温，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；2)二次正火：将经一次正火后的锻件加热到600℃～650℃并保温2-3小时，再升温至840℃～880℃均温后再次保温，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；3)淬火：将经二次正火后的锻件加热到600℃～650℃并保温2-3小时，再升温至850℃～890℃均温后再次保温，出炉后水冷至250℃以下；4)高温回火将淬火后的锻件加热到200℃～250℃并保温4-6小时，再升温至595℃～625℃均温后再次保温出炉后在空气中冷却至室温。2.如权利要求1所述的提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺，其特征在于，所述步骤1)中再升温的温度为925℃～93...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永强，张承峰，刘国平，马晓兵，毛雪芹，
申请(专利权)人：武汉重工铸锻有限责任公司，
类型：发明
国别省市：