專利名稱：深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鍛造與熱處理領(lǐng)域，具體涉及一種深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件鍛坯的制造方法。
背景技術(shù)：
深海采油井口裝置和采油樹應(yīng)用于石油開采工業(yè)，主要用于懸掛下入井中的油管柱，密封油套管的環(huán)形空間，控制和調(diào)節(jié)油井生產(chǎn)，保證作業(yè)，錄取油，套壓資料，測試及清蠟等日常生產(chǎn)管理。其中包括用來測量和維修、調(diào)節(jié)或阻止所產(chǎn)原油蒸汽、天然氣和液體從井內(nèi)涌出的各種類型的閥門，如閘閥、節(jié)流閥、旋塞閥、止回閥、節(jié)流閥、緊急切斷閥等，且使用數(shù)量也特別大。由此可見，在深海采油設(shè)備系統(tǒng)中，閥門的作用舉足輕重。深海采油井口裝置和采油樹的應(yīng)用環(huán)境苛刻如富含泥漿、H2S和CO2等腐蝕氣體。工作壓力高，通常為35MPa 69MPa甚至更高，工作溫度低，最低為零下50°C左右。作為該系統(tǒng)中的各種閥門的工作環(huán)境同樣如此，質(zhì)量要求必須滿足石油行業(yè)內(nèi)最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)API6AV1——海底閥門和執(zhí)行器的測試標(biāo)準(zhǔn)。閥座是閥門所有部件和管線的承載體，不僅要求具有較高的常規(guī)綜合力學(xué)性能，還必須有良好的低溫韌性。因此，鍛件的主要鍛造工序、鍛件質(zhì)量、交貨及驗收嚴(yán)格執(zhí)行API6A/IS010423《井口設(shè)備和采油樹設(shè)備規(guī)范》及技術(shù)文件MS-Ol 1501-11REV. 04。目前，用于制造采油系統(tǒng)的閥座材料通常選用AISI4130(M0D)，屬于中等淬透性低合金結(jié)構(gòu)鋼，相當(dāng)于我國的亞共析低合金鋼30CrMo。閥座鍛件的截面尺寸相對較大590 X 402 X 1073mm)，形狀復(fù)雜，存在多個圓方過渡截面。為保證獲得盡可能深的淬硬層深度，熱處理工藝要求淬火冷卻介質(zhì)為水。對于截面尺寸相對較大，形狀復(fù)雜的熱處理鍛件，淬火時因水的冷卻速度過大而形成較大的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，尤其是在圓方過渡的截面及淬透層與未淬透層的界面處熱應(yīng)力和組織應(yīng)力更大，由此導(dǎo)致閥座淬裂的幾率增大。其次，鍛件的尺寸大選用的鋼錠也大，大鋼錠鍛造時往往不能鍛透，一些鑄態(tài)冶金缺陷，如偏析、疏松、縮孔等將不同程度地殘留在鍛件中，使鍛件在熱處理過程中將產(chǎn)生更大的應(yīng)力集中，往往導(dǎo)致鍛件在熱處理過程中或在熱處理結(jié)束后的放置過程中發(fā)生開裂，或者因內(nèi)應(yīng)力的存在而降低零件在服役時的有效承載能力。由上述原因不但影響了閥座的制造質(zhì)量和正常的生產(chǎn)節(jié)奏，還增加制造成本和產(chǎn)品質(zhì)量信譽(yù)度的負(fù)面影響。此外，由于閥座處于深?？量坦r條件，要求低溫韌性-60°夏比V型缺口沖擊功彡27J。因此，使用AISI4130(M0D)材料，以常規(guī)的鍛件制造工藝制造出的深海閥座，不但制造工藝和產(chǎn)品質(zhì)量難以穩(wěn)定，其低溫韌性也難以滿足要求，無法適用于深海采油井口裝置和采油樹這樣的苛刻環(huán)境，尤其是低溫工況環(huán)境。因此，需要一種新的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的鍛件制造方法在深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件方面的缺陷，提供一種深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法。
技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法采用如下技術(shù)方案一種深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法，包括以下步驟(I)以鉻鑰低合金鋼為坯料，利用徑向十字鍛造方法對所述坯料進(jìn)行鍛造，得到閥座鍛還;(2)對步驟(I)得到的閥座鍛坯進(jìn)行擴(kuò)氫熱處理；(3)對步驟(2)得到的閥座鍛坯進(jìn)行粗加工去除鍛坯黑皮，得到閥座毛坯；(4)對步驟(3)得到的閥座毛坯進(jìn)行正火；(5)對步驟(4)得到的閥座毛坯利用水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝進(jìn)行淬火熱處理；(6)將經(jīng)過步驟(5)處理后的閥座鍛件加熱至650-670°C并保溫680分鐘以上，出爐空冷至室溫，即得到所述深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件。有益效果本發(fā)明的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法選用鉻鑰低合金鋼材料，并將鍛造工藝和熱處理工藝組合起來，即徑向十字鍛造工藝和正火+水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火的調(diào)質(zhì)熱處理工藝。不僅有效地防止了形狀復(fù)雜的大鍛淬火開裂，而且制造的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的綜合力學(xué)性能尤其是低溫韌性大幅度提高，能很好地適用于深海低溫工況環(huán)境。優(yōu)選的，所述鉻鑰低合金鋼包括以下質(zhì)量百分比的各組分0.289Γ0.33%碳、O. 15% 0· 40% 硅、O. 40%` 0· 80% 錳、O. 80%"1. 20% 鉻、O. 15% 0· 35% 鑰、0 0· 025% 磷、0 0· 025%硫、0 2· Oppm氫、0 0· 50%鎳、0 0· 035%釩、0 0. 35%銅、(Tl. 0%殘余元素鈮、鈦和鋁，其余
為Fe。優(yōu)選的，所述徑向十字鍛造方法包括以下步驟a、將坯料沿軸向鐓粗；b、沿所述坯料的橫斷面兩個相互垂直的直徑方向反復(fù)鐓拔；c、沿軸向拔出閥座鍛坯。該方法坯料變形方向變化多，鋼錠心部金屬向外流動，對破碎鋼錠中心的鑄態(tài)組織、鍛合鋼錠內(nèi)部的疏松、孔穴、裂紋等缺陷及其組織沿徑向均勻分布的效果顯著。本發(fā)明專利的徑向十字鍛造比采用常規(guī)鍛造工藝更能將鑄態(tài)金屬中疏松、空隙和裂紋等原始缺陷最大程度地壓實，提高了金屬的致密度和連續(xù)性，同時促進(jìn)鑄態(tài)組織揉合，使鍛件內(nèi)外組織趨向均勻，有效地減輕了鍛件的偏析程度。徑向十字鍛造不但有效地挖掘了材料的組織性能和綜合力學(xué)性能。而且由于鍛坯的組織致密、均勻，大大降低了鍛坯的殘余內(nèi)應(yīng)力，消除了引起應(yīng)力集中的內(nèi)部缺陷，增強(qiáng)了鍛坯在調(diào)質(zhì)熱處理淬火過程承受熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的沖擊能力，減少了鍛坯的淬裂風(fēng)險，對降低熱處理工藝形成的淬火裂紋也是一種互補(bǔ)。徑向十字鍛造方法的目的是利用坯料變形方向變化多，鋼錠心部金屬向外流動，有效地破碎了鋼錠中心的鑄態(tài)樹枝晶組織、鍛合鋼錠內(nèi)部的疏松、孔穴、裂紋等缺陷，提高了金屬的致密度和連續(xù)性。同時促進(jìn)了鑄態(tài)組織的揉合，使鍛件內(nèi)外組織趨向均勻，減輕了鍛件組織的偏析程。從組織上確保鍛件在隨后的調(diào)質(zhì)熱處理的淬火過程中，避免鍛組織缺陷引發(fā)的淬火應(yīng)力集中裂紋或由此而引起的淬火開裂，增強(qiáng)形狀復(fù)雜鍛件抵抗熱處理熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的沖出能力。優(yōu)選的，所述擴(kuò)氫熱處理具體包括以下步驟將步驟⑴得到的閥座鍛坯進(jìn)爐加熱至880±20°C保溫至少360分鐘，空冷至300±20°C保溫至少180分鐘，然后再加熱至650±20°C保溫至少720分鐘，爐冷至400±20°C出爐空冷。擴(kuò)氫熱處理的目的是在原始鋼錠保證氫含量在2. Oppm以下的前提下，進(jìn)一步降低氫的含量，防止閥座鍛坯產(chǎn)生白點裂紋和熱處理應(yīng)力誘發(fā)氫致裂紋及氫致延遲滯后裂紋。優(yōu)選的，所述正火具體包括以下步驟將步驟(3)得到的閥座鍛坯加熱至900±20°C并保溫至少420分鐘后，出爐空冷至室溫。正火處理目的是在調(diào)質(zhì)熱處理之前增加高溫正火熱處理，一是改變了調(diào)質(zhì)淬火前鍛態(tài)的組織狀態(tài)、組織趨于均勻；二是鍛態(tài)晶粒進(jìn)一步細(xì)化，調(diào)質(zhì)淬火后獲得了更加細(xì)小均勻的淬火組織，提高了調(diào)質(zhì)熱處理后材料的強(qiáng)韌化性能。優(yōu)選的，所述水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝具體包括以下步驟將步驟(4)正火處理后的閥座鍛坯加熱至淬火溫度并保溫，出爐，然后依次進(jìn)行第一次入水冷卻、第一次出水空冷、第二次入水冷卻、第二次出水空冷、第三次入水冷卻、第三次出水空冷、第四次入水冷卻至室溫，其中，第一次入水冷卻的時間t按照經(jīng)驗公式按t=K*D估算，其中，低合金鋼系數(shù)K為O. 8 1. 6s/mm, D為閥座鍛還的直徑，D的單位為mm, t為淬火水冷時間，t的單位為秒，第一次空冷時間為第一次入水冷卻時間的1/2 1/3，此后每個循環(huán)中入水冷卻時間按前一個循環(huán)的O. 8 O. 7遞減，出水空冷時間按前一循環(huán)的1. 5 2遞增。其中，步驟
(6)中利用所述水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理的過程中，開始時淬火的水溫低于38°C，結(jié)束時淬火的水溫低于49°C。通過水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火，最大限度地降低鍛件熱處理產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力在閥座截面尺寸不同的圓與圓和圓與方的過渡截面處引起的應(yīng)力集中，防止了鍛件的淬火開裂和內(nèi)裂，同時也獲得均勻細(xì)小淬火組織。優(yōu)選的，步驟(5)中所述水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝之前，將步驟(4)得到的閥座鍛坯加熱至870±10°C并保溫至少300分鐘，降溫至800±10°C保溫至少120分鐘，然后利用所述水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝對閥門鍛坯進(jìn)行淬火熱處理。淬火前將加熱溫度由870±10°C降至800±10°C保溫至少120分鐘，其目的是降低淬火溫度可有效地減小淬火應(yīng)力，防止大鍛件淬裂傾向。優(yōu)選的，利用所述水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理的過程中，第一次入水冷卻、第二次入水冷卻和第三次入水冷卻的過程中，對水進(jìn)行攪拌處理，其中，水的攪拌流速大于等于O. 4米/秒，第四次入水冷卻時停止攪拌。上述設(shè)計是為了保證淬火過程中為減少冷卻過程中蒸氣膜對馬氏體轉(zhuǎn)變的不良影響，采用攪拌的方法，在工件冷卻區(qū)域水的攪拌流速大于等于O. 4米/秒，最后一次入水冷卻停止攪拌。優(yōu)選的，所述坯料為AISI4130(M0D)


圖1為本發(fā)明實施例的鍛造流程圖；圖2為本發(fā)明實施例的熱處理曲線圖；圖3為比較例A的橫向低倍組織圖；圖4為實施例B的橫向低倍組織圖；圖5為實施例C的橫向低倍組織圖；圖6為比較例A的金相組織圖(100 X)；圖7為比較例A的金相組織圖(500 X)；
圖8為實施例B的金相組織圖(100X)；圖9為實施例B的金相組織圖(500X)；圖1O為實施例C的金相組織圖(100X)；圖11為實施例C的金相組織圖(500X)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。請參閱圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法，包括以下步驟(I)根據(jù)深海采油設(shè)備閥座的尺寸，選擇合適的坯料，所述坯料為鉻鑰低合金鋼，本公司選用的坯料為AISI4130(M0D);鉻鑰低合金鋼包括以下質(zhì)量百分比的各組分O. 28% O. 33% 碳、O. 15% O. 40% 硅、O. 40% O. 80% 錳、O. 80%"1. 20% 鉻、O. 15% O. 35% 鑰、0 0· 025% 磷、0 0· 025% 硫、0 2· Oppm 氫、0 0· 50% 鎳、0 0· 035% 釩、(Πλ 35% 銅、(Tl. 0% 殘余
元素銀、鈦和招，其余為Fe。(2)利用徑向 十字鍛造方法對步驟(I)得到的坯料進(jìn)行鍛造，得到閥座鍛坯；所述徑向十字鍛造方法包括以下步驟a、將坯料沿軸向鐓粗；b、沿所述坯料的橫斷面兩個相互垂直的直徑方向反復(fù)鐓拔；C、沿軸向拔出閥座鍛坯。該方法坯料變形方向變化多，鋼錠心部金屬向外流動，對破碎鋼錠中心的鑄態(tài)組織、鍛合鋼錠內(nèi)部的疏松、孔穴、裂紋等缺陷及其組織沿徑向均勻分布的效果顯著。本發(fā)明專利的徑向十字鍛造比采用常規(guī)鍛造工藝更能將鑄態(tài)金屬中疏松、空隙和裂紋等原始缺陷最大程度地壓實，提高了金屬的致密度和連續(xù)性，同時促進(jìn)鑄態(tài)組織揉合，使鍛件內(nèi)外組織趨向均勻，有效地減輕了鍛件的偏析程度。徑向十字鍛造不但有效地挖掘了材料的組織性能和綜合力學(xué)性能。而且由于鍛坯的組織致密、均勻，大大降低了鍛坯的殘余內(nèi)應(yīng)力，消除了引起應(yīng)力集中的內(nèi)部缺陷，增強(qiáng)了鍛坯在調(diào)質(zhì)熱處理淬火過程承受熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的沖擊能力，減少了鍛坯的淬裂風(fēng)險，對降低熱處理工藝形成的淬火裂紋也是一種互補(bǔ)。徑向十字鍛造方法的目的是利用坯料變形方向變化多，鋼錠心部金屬向外流動，有效地破碎了鋼錠中心的鑄態(tài)樹枝晶組織、鍛合鋼錠內(nèi)部的疏松、孔穴、裂紋等缺陷，提高了金屬的致密度和連續(xù)性。同時促進(jìn)了鑄態(tài)組織的揉合，使鍛件內(nèi)外組織趨向均勻，減輕了鍛件組織的偏析程。從組織上確保鍛件在隨后的調(diào)質(zhì)熱處理的淬火過程中，避免鍛組織缺陷引發(fā)的淬火應(yīng)力集中裂紋或由此而引起的淬火開裂，增強(qiáng)形狀復(fù)雜鍛件抵抗熱處理熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的沖出能力。(3)對步驟⑵得到的閥座鍛坯進(jìn)行擴(kuò)氫熱處理；所述擴(kuò)氫熱處理具體包括以下步驟將步驟(I)得到的閥座鍛坯進(jìn)爐加熱至880±20°C保溫至少360分鐘，空冷至300±20°C保溫至少180分鐘，然后再加熱至650±20°C保溫至少720分鐘，爐冷至400±20°C出爐空冷；(4)對步驟(3)得到的閥座鍛坯進(jìn)行粗加工去除鍛坯黑皮，得到閥座毛坯；(5)對步驟(4)得到的閥座毛坯進(jìn)行正火；其中，正火具體包括以下步驟將步驟
(3)得到的閥座鍛坯加熱至900±20°C并保溫至少420分鐘后，出爐空冷至室溫。正火處理目的是在調(diào)質(zhì)熱處理之前增加高溫正火熱處理，一是改變了調(diào)質(zhì)淬火前鍛態(tài)的組織狀態(tài)、組織趨于均勻；二是鍛態(tài)晶粒進(jìn)一步細(xì)化，調(diào)質(zhì)淬火后獲得了更加細(xì)小均勻的淬火組織，提高了調(diào)質(zhì)熱處理后材料的強(qiáng)韌化性能。(6)對步驟(5)得到的閥座毛坯加熱至淬火溫度并保溫，出爐，利用水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝進(jìn)行淬火熱處理；其中，水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝具體包括以下步驟將步驟(5)正火處理后的閥座鍛坯加熱至淬火溫度并保溫，出爐，然后依次進(jìn)行第一次入水冷卻、第一次出水空冷、第二次入水冷卻、第二次出水空冷、第三次入水冷卻、第三次出水空冷、第四次入水冷卻至室溫，其中，第一次入水冷卻的時間t按照經(jīng)驗公式按t=K*D估算,其中，低合金鋼系數(shù)K為O. 8 1. 6s/mm,D為閥座鍛還的直徑,D的單位為mm,t為淬火水冷時間，t的單位為秒，第一次空冷時間為第一次入水冷卻時間的1/2 1/3，此后每個循環(huán)中入水冷卻時間按前一個循環(huán)的O. 8 O. 7遞減，出水空冷時間按前一循環(huán)的1.5 2遞增。其中，步驟(6)中利用所述水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理的過程中，開始時淬火的水溫低于38°C，結(jié)束時淬火的水溫低于49°C。通過水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火，最大限度地降低鍛件熱處理產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力在閥座截面尺寸不同的圓與圓和圓與方的過渡截面處引起的應(yīng)力集中，防止了鍛件的淬火開裂和內(nèi)裂，同時也獲得均勻細(xì)小淬火組織。其中，利用所述水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理的過程中，第一次入水冷卻、第二次入水冷卻和第三次入水冷卻的過程中，對水進(jìn)行攪拌處理，其中，水的攪拌流速大于等于O. 4米/秒，第四次入水冷卻時停止攪拌。上述設(shè)計是為了保證淬火過程中為減少冷卻過程中蒸氣膜對馬氏體轉(zhuǎn)變的不良影響，采用攪拌的方法，在工件冷卻區(qū)域水的攪拌流速大于等于O. 4米/秒，最后一次入水冷卻停止攪拌。其中，水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝之前，將步驟(5)得到的閥座鍛坯加熱至870±10°C并保溫至少300分鐘，降溫至800±10°C保溫至少120分鐘，然后利用所述水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝對閥門鍛坯進(jìn)行淬火熱處理。淬火前將加熱溫度由870±10°C降至800±10°C保溫至少120分鐘，其目的是降低淬火溫度可有效地減小淬火應(yīng)力，防止大鍛件淬裂傾向。(7)將經(jīng)過步驟(6)處理后的閥座毛坯加熱至650_670°C并保溫至少680分鐘，出爐空冷至室溫，即得到所述深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件。本發(fā)明的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法選用鉻鑰低合金鋼材料，本公司選用的坯料為AISI4130(M0D)，并將鍛造工藝和熱處理工藝組合起來，即徑向十字鍛造工藝和正火+水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火的調(diào)質(zhì)熱處理工藝。不僅有效地防止了形狀復(fù)雜的大鍛淬火開裂，而且制造的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的綜合力學(xué)性能尤其是低溫韌性大幅度提高，能很好地適用于深海低溫工況環(huán)境。對比例A:Al、以鉻鑰低合金鋼為坯料，鉻鑰低合金鋼包括以下質(zhì)量百分比的各組分O. 28% O. 33% 碳、O. 15% O. 40% 硅、O. 40% O. 80% 錳、O. 80%"1. 20% 鉻、O. 15% O. 35% 鑰、0 0· 025% 磷、0 0· 025% 硫、0 2. Oppm 氫、0 0. 50% 鎳、0 0· 035% 釩、0 0· 35% 銅、(Tl. 0% 殘余
元素銀、鈦和招，其余為Fe ；A2、根據(jù)所需結(jié)構(gòu)件尺寸，選擇5. 4t的八角梅花錠，進(jìn)爐加熱至1250°C保溫180分鐘出爐，在35MN的自由鍛快鍛油壓機(jī)上壓鉗把，倒棱；A3、坯料進(jìn)爐加熱至1250°C保溫180分鐘出爐，漏盤鐓粗至高徑比為0.84(鐓粗后的高度為800mm)，再用600mm寬上下平砧沿鋼錠軸向拔長4趟，趟次變形量為19 20%，滾圓；A4、將步驟A3處理的鍛坯入爐加熱至1250°C保溫180分鐘出爐，沿上述工序的軸向鐓粗至高徑比為O. 65(鐓粗后的高度為650mm)，再用600mm寬上下平砧沿鋼錠軸向拔長8趟，趟次變形量為16% 21%，鍛壓八方，剁切鉗把；A5、將經(jīng)過步驟A4處理后的鍛坯入爐加熱至1200°C保溫120分鐘出爐，壓印，按工藝尺寸拔長兩端扁方坯料，滾圓中間坯料、校直，總拔長鍛造比為4. 3，得到閥座鍛坯(整形鍛造終鍛溫度大于80(TC )；A6、對步驟A5得到閥座鍛坯進(jìn)爐加熱至880°C保溫360分鐘空冷至300°C保溫180分鐘后再加熱至650°C保溫720分鐘，爐冷至400°C出爐空冷，即鍛后擴(kuò)氫熱處理；A7、對閥座鍛坯進(jìn)行粗加工去除鍛坯黑皮，得到圓方組合的異形且含臺階閥座毛坯，A8、將經(jīng)過步驟A7處理后的閥座毛坯進(jìn)行正火，加熱至900°C并保溫420分鐘后，出爐空冷至室溫；A9、將經(jīng)過步驟AS處理后的閥座毛坯進(jìn)行淬火，加熱溫度為870°C，保溫時間按鍛件最大截面的每英寸O. 5小時(最低不小于I小時)計算，保溫420分鐘出爐水淬，開始時淬火的水溫不超過38°C，結(jié)束時淬火的水溫不超過49°C ；A10、將經(jīng)過步驟A9處理后的閥座毛坯進(jìn)行回火，加熱至660°C保溫420分鐘出爐空冷至室溫。 實施例B B1、以鉻鑰低合金鋼為坯料，鉻鑰低合金鋼包括以下質(zhì)量百分比的各組分
O.28% O. 33% 碳、O. 15% O. 40% 硅、O. 40% O. 80% 錳、O. 80%"1. 20% 鉻、O. 15% O. 35% 鑰、0 0· 025% 磷、0 0· 025% 硫、0 2· Oppm 氫、0 0· 50% 鎳、0 0· 035% 釩、(Πλ 35% 銅、(Tl. 0% 殘余
元素銀、鈦和招，其余為Fe ；Β2、根據(jù)所需結(jié)構(gòu)件尺寸，選擇5. 4t的八角梅花錠，進(jìn)爐加熱至1250°C保溫180分鐘出爐，在35麗的自由鍛快鍛油壓機(jī)上壓鉗把，倒棱。以鋼錠的軸向為Z向，以與Z向平面為XOY平面。Z向漏盤鐓粗至高徑比為O. 84 (鐓粗后的高度為800mm)。剁切鉗把，用600mm寬上下平砧沿鋼錠X向(徑向)拔長4趟，趟次變形量為20 25%，B3、將步驟B2處理的坯料進(jìn)爐加熱至1250°C保溫180分鐘出爐，沿上述工序的X向鐓粗至高寬比為O. 65 (鐓粗后的高度為650mm)，用600mm寬上下平砧沿鋼錠Y向(徑向)拔長4趟，趟次變形量為21% 25%。再沿原方向鐓粗至高寬比為O. 80 (鐓粗后的高度為750mm)，用600mm寬上下平砧Z向(軸向)拔長4趟，趟次變形量為18% 21%，B4、將步驟B3處理的鍛坯入爐加熱至1100°C保溫120分鐘出爐，壓印，按工藝尺寸拔長兩端扁方坯料，滾圓中間坯料、校直，總拔長鍛造比為6. 06，得到閥座鍛坯(整形鍛造終鍛溫度大于800°C )；B5、對步驟B4得到泵閥座坯料進(jìn)爐加熱至900°C保溫360分鐘空冷至320°C保溫180分鐘后再加熱至670°C保溫720分鐘，爐冷至420°C出爐空冷，即鍛后擴(kuò)氫熱處理，
B6、對閥座鍛坯進(jìn)行粗加工去除鍛坯黑皮，得到圓方組合的異形且含臺階閥座毛坯，B7、將經(jīng)過步驟B6處理后的閥座毛坯進(jìn)行正火，加熱至920°C并保溫420分鐘后，
出爐空冷致室溫，B8、將經(jīng)過步驟B7處理后的閥座毛坯加熱至880°C并保溫300分鐘，爐冷至810°C保溫120分鐘后，出爐進(jìn)行水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火，開始時淬火的水溫不超過38°C，結(jié)束時淬火的水溫不超過49°C，B9、將經(jīng)過步驟B8處理后的閥座鍛件加熱至670 °C并保溫680分鐘后，出爐空冷至室溫。其中步驟B8三次循環(huán)間歇淬火水冷工藝為閥座毛坯入水冷卻3分鐘49秒一出水空冷I分鐘54秒一入水冷卻3分鐘3秒一出水空冷2分鐘50秒一入水冷卻2分鐘26秒一出水空冷4分鐘15秒一入水冷卻至室溫(70min左右)，其中步驟B8循環(huán)間歇淬火的水冷/空冷時間按以下方法控制循環(huán)間歇淬火的首次水冷時間經(jīng)驗公式按t=K-D估算，低合金鋼系數(shù)K為O. 8 1.6s/mm,D為直徑或厚度(mm)。t為淬火水冷時間,t的單位為秒。首次空冷時間為首次水冷時間的1/2 1/3，此后每個循環(huán)中水冷時間按前一個循環(huán)的O. 8 O. 7遞減，空冷時同按前一循環(huán)的1. 5 2遞增，淬火過程中為減少冷卻過程中蒸氣膜對馬氏體轉(zhuǎn)變的不良影響，采用攪拌的方法，在工件冷卻區(qū)域水的攪拌流速> O. 4米/秒，最后一次入水冷卻停止攪拌；實施例C:Cl、以鉻鑰低合金鋼為坯料，鉻鑰低合金鋼包括以下質(zhì)量百分比的各組分
O.28% O. 33% 碳、O. 15% O. 40% 硅、O. 40% O. 80% 錳、O. 80%"1. 20% 鉻、O. 15% O. 35% 鑰、0 0· 025% 磷、0 0· 025% 硫、0 2. Oppm 氫、0 0. 50% 鎳、0 0· 035% 釩、0 0· 35% 銅、(Tl. 0% 殘余
元素銀、鈦和招，其余為Fe ；C2、根據(jù)所需結(jié)構(gòu)件尺寸，選擇5. 4t的八角梅花錠，進(jìn)爐加熱至1250°C保溫180分鐘出爐，在35麗的自由鍛快鍛油壓機(jī)上壓鉗把，倒棱。以鋼錠的軸向為Z向，以與Z向平面為XOY平面。Z向漏盤鐓粗至高徑比為O. 84 (鐓粗后的高度為800mm)。剁切鉗把，用600mm寬上下平砧沿鋼錠X向(徑向)拔長4趟，趟次變形量為20 25%，C3、將步驟C2處理的坯料進(jìn)爐加熱至1250°C保溫180分鐘出爐，沿上述工序的X向鐓粗至高寬比為O. 65 (鐓粗后的高度為650mm)，用600mm寬上下平砧沿鋼錠Y向(徑向)拔長4趟，趟次變形量為21% 25%。再沿原方向鐓粗至高寬比為O. 80 (鐓粗后的高度為750mm)，用600mm寬上下平砧Z向(軸向)拔長4趟，趟次變形量為18% 21%，C4、將步驟C3處理的鍛坯入爐加熱至1100°C保溫120分鐘出爐，壓印，按工藝尺寸拔長兩端扁方坯料，滾圓中間坯料、校直，總拔長鍛造比為6. 06，得到閥座鍛坯(整形鍛造終鍛溫度大于800°C )；C5、對步驟C4得到泵閥座坯料進(jìn)爐加熱至860°C保溫400分鐘空冷至280°C保溫230分鐘后再加熱至630°C保溫750分鐘，爐冷至380°C出爐空冷，即鍛后擴(kuò)氫熱處理，C6、對閥座鍛坯進(jìn)行粗加工去除鍛坯黑皮，得到圓方組合的異形且含臺階閥座毛坯，
C7、將經(jīng)過步驟C6處理后的閥座毛坯進(jìn)行正火，加熱至880°C并保溫450分鐘后，出爐空冷致室溫，C8、將經(jīng)過步驟C7處理后的閥座毛坯加熱至860°C并保溫350分鐘，爐冷至790°C保溫150分鐘后，出爐進(jìn)行水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火，開始時淬火的水溫不超過38°C，結(jié)束時淬火的水溫不超過49°C，C9、將經(jīng)過步驟CS處理后的閥座鍛件加熱至650 °C并保溫750分鐘后，出爐空冷至室溫。其中步驟C8三次循環(huán)間歇淬火水冷工藝為閥座毛坯入水冷卻5分鐘14秒一出水空冷I分鐘44秒一入水冷卻3分鐘40秒一出水空冷3分鐘29秒一入水冷卻2分鐘34秒一出水空冷6分鐘58秒一入水·冷卻至室溫(70min左右)，其中步驟CS循環(huán)間歇淬火的水冷/空冷時間按以下方法控制循環(huán)間歇淬火的首次水冷時間經(jīng)驗公式按t=K-D估算，低合金鋼系數(shù)K為O. 8 1.6s/mm,D為直徑或厚度(mm)。t為淬火水冷時間,t的單位為秒。首次空冷時間為首次水冷時間的1/2 1/3，此后每個循環(huán)中水冷時間按前一個循環(huán)的O. 8 O. 7遞減，空冷時同按前一循環(huán)的1. 5 2遞增，淬火過程中為減少冷卻過程中蒸氣膜對馬氏體轉(zhuǎn)變的不良影響，采用攪拌的方法，在工件冷卻區(qū)域水的攪拌流速> O. 4米/秒，最后一次入水冷卻停止攪拌；結(jié)果對比表I
權(quán)利要求
1.一種深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)以鉻鑰低合金鋼為坯料，利用徑向十字鍛造方法對所述坯料進(jìn)行鍛造，得到閥座鍛坯； (2)對步驟(I)得到的閥座鍛坯進(jìn)行擴(kuò)氫熱處理； (3)對步驟(2)得到的閥座鍛坯進(jìn)行粗加工去除鍛坯黑皮，得到閥座毛坯； (4)對步驟(3)得到的閥座毛坯進(jìn)行正火； (5)對步驟(4)得到的閥座毛坯利用水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝進(jìn)行淬火熱處理；(6)將經(jīng)過步驟(5)處理后的閥座鍛件加熱至650-670°C并保溫至少680分鐘，出爐空冷至室溫，即得到所述深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件。
2.如權(quán)利要求1所述的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法，其特征在于，所述鉻鑰低合金鋼包括以下質(zhì)量百分比的各組分0. 289Γ0. 33%碳、O. 159ΓΟ. 40%硅、O. 40% 0. 80%猛、O. 80%"1. 20% 鉻、O. 15% 0· 35% 鑰、0 0· 025% 磷、0 0· 025% 硫、0 2· Oppm 氫、0 0· 50% 鎳、0 0. 035%釩、0 0. 35%銅、(Tl. 0%殘余元素鈮、鈦和鋁，其余為Fe。
3.如權(quán)利要求1所述的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法，其特征在于，步驟(2)中所述徑向十字鍛造方法包括以下步驟 a、將坯料沿軸向鐓粗； b、沿所述坯料的橫斷面兩個相互垂直的直徑方向反復(fù)鐓拔； C、沿軸向拔出閥座鍛坯。
4.如權(quán)利要求1所述的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法，其特征在于，步驟(2)中所述擴(kuò)氫熱處理具體包括以下步驟將步驟(I)得到的閥座鍛坯進(jìn)爐加熱至880±20°C保溫360分鐘以上，空冷至300±20°C保溫至少180分鐘，然后再加熱至650±20°C保溫至少720分鐘，爐冷至400±20°C出爐空冷。
5.如權(quán)利要求1所述的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法，其特征在于，步驟(4)中所述正火具體包括以下步驟將步驟(3)得到的閥座鍛坯加熱至900±20°C并保溫至少420分鐘后，出爐空冷至室溫。
6.如權(quán)利要求1所述的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法，其特征在于，步驟(5)中所述水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝具體包括以下步驟將步驟(4)正火處理后的閥座鍛坯加熱至淬火溫度并保溫，出爐，然后依次進(jìn)行第一次入水冷卻、第一次出水空冷、第二次入水冷卻、第二次出水空冷、第三次入水冷卻、第三次出水空冷、第四次入水冷卻至室溫，其中，第一次入水冷卻的時間t按照經(jīng)驗公式按t=K*D估算，其中，低合金鋼系數(shù)K為O.8 1. 6s/mm, D為閥座鍛還的直徑，D的單位為mm, t為淬火水冷時間，t的單位為秒，第一次空冷時間為第一次入水冷卻時間的1/2 1/3，此后每個循環(huán)中入水冷卻時間按前一個循環(huán)的O. 8 O. 7遞減，出水空冷時間按前一循環(huán)的1. 5 2遞增。
7.如權(quán)利要求1所述的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法，其特征在于，步驟(5)中所述水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝之前，將步驟(4)得到的閥座鍛坯加熱至870± 10°C并保溫至少300分鐘，降溫至800± 10°C保溫至少120分鐘，然后利用所述水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝對閥門鍛坯進(jìn)行淬火熱處理。
8.如權(quán)利要求1所述的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法，其特征在于，步驟(5)中利用所述水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝進(jìn)行淬火熱處理的過程中，開始時淬火的水溫低于38°C，結(jié)束時淬火的水溫低于49°C。
9.如權(quán)利要求6所述的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法，其特征在于，利用所述水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝進(jìn)行淬火熱處理的過程中，第一次入水冷卻、第二次入水冷卻和第三次入水冷卻的過程中，對水進(jìn)行攪拌處理，其中，水的攪拌流速大于等于O.4米/秒，第四次入水冷卻時停止攪拌。
10.如權(quán)利要求1所述的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法，其特征在于，所述坯料為 AISI 4130 (MOD)0
全文摘要
本發(fā)明公開一種深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的制造方法，包括以下步驟以鉻鉬低合金鋼為坯料，本公司選用的坯料為AISI4130(MOD)；利用徑向十字鍛造方法對坯料進(jìn)行鍛造，得到閥座鍛坯；對閥座鍛坯進(jìn)行擴(kuò)氫熱處理；對閥座鍛坯進(jìn)行粗加工去除鍛坯黑皮，得到閥座毛坯；對閥座毛坯進(jìn)行正火；對閥座毛坯利用水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火工藝進(jìn)行淬火熱處理；將經(jīng)過淬火熱處理后的閥座鍛件加熱至650-670℃并保溫，出爐空冷至室溫，即得到深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件。本發(fā)明的鍛造工藝與熱處理工藝的組合有效地防止了形狀復(fù)雜的大鍛淬火開裂，而且制造的深海采油設(shè)備閥座用鋼鍛件的綜合力學(xué)性能尤其是低溫韌性大幅度提高，能很好地適用于深海低溫工況環(huán)境。
文檔編號C21D1/18GK103028912SQ201210539319
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者張利, 龔洋道, 王潔 申請人:南京迪威爾高端制造股份有限公司