深海採油樹設備連接器用鋼鍛件製造工藝的製作方法

2023-07-03 20:18:56 2

專利名稱：深海採油樹設備連接器用鋼鍛件製造工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種深海採油樹設備連接器用鋼鍛件製造工藝，其製造工藝是鍛造工藝與 熱處理工藝的一種組合。
背景技術：
採油樹是各種閥門和配件的組成總成，用於油氣井的流體控制，並為生產油管柱提供 入口。油氣井口壓力高，流速高，同時易滲漏，油氣中含有&s、CO2等腐蝕性介質，因而對採 油樹的密封性及其材質要有更嚴格的要求。為了安全起見，對於一些高壓超高壓油氣井，特 別是深海油氣井的採油樹部件採用優質鋼材整體鍛造而成。連接器是採油樹的重要組件之 一，連接器位於套管頭上面，與採油樹相連，不但要承載採油樹總成全部重量，還要抵抗來 自井內向上的壓力，並使採油樹牢固地固定在井口上。因此，用於採油樹(特別是深海)設備 連接器鍛件的性能要求特別嚴，必須滿足高壓、低溫、焊接和H2S工況等。美國石油協會(API)對採油樹組件的製造要求及其嚴格，鍛造廠必須通過API論 證，獲取製造資質。鍛件的主要鍛造工序、鍛件質量、交貨及驗收必須嚴格執行API 6A/ ISO 10423《井口設備和採油樹設備規範》。對於採油樹連接器這類特殊強度級別和低溫韌性 要求的結構件，常規設計選材為高鎳或高鉻鉬合金鋼，但採用高鎳或高鉻鉬合金鋼製造的 連接器鍛件焊接性能難以滿足要求，基於此原因，各製造廠試圖用低合金高強度鋼替代高 鎳或高鉻鉬合金鋼來製造採油樹連接器這類結構件，於是我們選擇了鉻鎳鉬低合金鋼F65 MOD材料(鋼中合金元素總含量< 5%稱為低合金鋼)，此材料的碳當量(CE)為0. 43 0. 46， 與常規設計選材高鎳或高鉻鉬合金鋼相比，不但顯著提高了焊接性能，而且材料價格也僅 為常規設計選材高鎳或高鉻鉬合金鋼材料價格的62%。但若選用F65 MOD材料，通過常規的 鍛件製造工藝製造出的採油樹設備連接器，其低溫韌性難以滿足要求，無法適用於深海這 樣的低溫工況環境。

發明內容
本發明的目的就在於克服現有鍛件製造工藝的不足，提供一種深海採油樹設備連接器 用鋼鍛件製造工藝，按此工藝製造出的鍛件能很好地適用於深海低溫工況環境，同時大幅 度降低了原材料成本，提高了生產效率。本發明是通過以下技術方案實現的
一種深海採油樹設備連接器用鋼鍛件製造工藝，所述鋼鍛件製造工藝的具體步驟是 步驟①以鉻鎳鉬低合金鋼為坯料，所述的鉻鎳鉬低合金鋼由碳、矽、錳、鉻、鎳、鉬、磷、 硫、氫、鈮、釩及硼組成，其質量百分比為
0. 10% 彡碳彡 0. 12%、0· 30% 彡矽彡 0. 35%、1. 00% 彡猛彡 1. 40%,0. 10% 彡鉻彡 0. 25%、 0. 50% 彡鎳彡 1. 00%、
0. 15%彡鉬彡0. 40%, 0彡磷彡0. 015%、0彡硫彡0. 010%、0彡氫彡2. Oppm, 0彡鈮 彡 0. 04%、0 彡釩彡 0. 04%、
0 硼；^ 0. 0005%,並且，0. 43% 碳當量 CE ^ 0. 46%，碳當量 CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15,步驟②根據所需結構件尺寸，選擇方錠，進爐加熱至1220°C後，在自由鍛錘上沿鋼錠 長度方向開坯拔料，鍛造比為1.5 2.0，並進行鋸切，取中間段作為坯料，
步驟③以坯料的軸向為7向，以與7向平面為Zft 平面，將坯料進爐加熱，坯料出爐， 在鍛造溫度1230°C 850°C下，對坯料進行7向鐓粗，鐓至高度與直徑相等時，再對7向鐓 粗後的坯料進行Z向四方截面拔長，拔至長度為截面邊長的2. 5倍，此後，對坯料進行I向 鐓粗，再次鐓至高度與直徑相等，最後對X向鐓粗後的坯料進行Z向四方拔長，拔至長度為 截面邊長的2. 3倍，得到各向同性的坯料，
步驟④選擇始鍛溫度為1100°C 1080°C且停鍛溫度為850°C 800°C，對各向同性的 坯料進行鐓粗，並鍛打成八方稜柱，再經過衝孔、滾圓整形，使總鍛造比為5. 5，得到帶孔圓 柱鍛坯，
步驟⑤對帶孔圓柱鍛坯進行粗加工，車去鍛坯黑皮，得到帶孔圓柱形工件， 步驟⑥將步驟⑤得到的帶孔圓柱形工件加熱至940°C並保溫4小時後，空冷至室溫， 步驟⑦將經過步驟⑥處理後的帶孔圓柱形工件加熱至930°C並保溫4小時後，水淬， 開始時淬火的水溫不超過38°C，結束時淬火的水溫不超過49°C，
步驟⑧將經過步驟⑦處理後的帶孔圓柱形工件加熱至640°C並保溫6. 5小時後，空冷 至室溫。本發明的優點及積極效果是
本發明選用鉻鎳鉬含量很低且價格遠低於常規設計材料(如高鎳或高鉻鉬合金鋼)但 又無法應用於深海低溫工況環境的低合金鋼F65M0D材料，並將步驟① 步驟④所述的鍛 造工藝和步驟⑥ 步驟⑧所述的熱處理工藝組合起來，對所選低合金鋼F65 MOD材料進行 處理，相比於其他鍛造工藝而言，本發明的鍛造工藝消除了後續熱處理工藝無法通過細化 晶粒來解決鍛造流線及條帶組織等問題，同時，也正是本發明的鍛造工藝消除了鍛造流線 及條帶組織等組織缺陷，為後續熱處理工藝解決晶粒細化、低溫環境尤其深海低溫環境下 材料韌性提高的問題提供了充分條件；從另一方面來看，本發明的鍛造工藝雖然能夠消除 鍛造流線及條帶組織等組織缺陷，但如果使用本發明以外的其他熱處理工藝對經本發明的 鍛造工藝處理後的所選材料進行熱處理，也無法解決細化晶粒、提高低溫環境尤其深海低 溫環境下材料韌性的問題，所以，本發明所採用的特殊鍛造工藝與特殊熱處理工藝在功能 上彼此支持，最終使得所選低合金鋼F65 MOD材料能夠適應於低溫環境尤其深海低溫環境 使用，其低溫環境尤其深海低溫環境下材料韌性等綜合性能滿足深海低溫環境下的使用要 求，適宜作為深海採油樹設備連接器用鋼鍛件的材料。本發明是集鍛造與熱處理於一體的最佳組合，即三向坐標方向鐓粗、拔長和正火 加調質熱處理的組合。否則，即使力學性能能滿足在低溫工況下服役的要求，也不能確保投 入大生產期間產品性能的穩定性。因為本發明鍛造工藝的三向坐標方向進行鐓粗、拔長，將 鑄態金屬中疏鬆、空隙和微裂紋等缺陷最大程度地壓實，提高了金屬的緻密度和連續性，克 服了現有鍛件製造工藝中單一軸向鐓拔的缺點，破壞了鍛造流線的連續分布和消除了鍛造 流線的方向性，從而有效地挖掘了材料的組織性能、力學性能和消除了材料力學性能的各 向異性；由細晶強化原理及霍爾-佩奇公式σ S= σ +Kyd-172可知，晶粒細小，不僅能提高材 料的屈服強度，而且還能提高材料的韌性，使材料獲得高的強韌性。因此本發明專利根據該 原理，在調質熱處理之前增加的正火熱處理，一是改變了調質淬火前鍛態的組織狀態、組織趨於均勻，二是鍛態晶粒進一步細化，調質淬火後獲得了更加細小均勻的淬火組織，提高了 調質熱處理後材料的強韌化性能。概括之，本發明專利的技術關鍵就是通過三向坐標方向鍛造，最大限度地提高採 油樹連接器鍛件的鍛造質量，再輔以正火加調質熱處理，最終獲得了以回火索氏體為主的 細小均勻的鍛件組織。鍛件的拉伸性能，尤其是低溫_46°C衝擊功遠超深海低溫工況環境的 要求。另外，本發明專利的製造工藝穩定，具有較好的可重複性。


圖1為本發明實施例的鍛造流程圖； 圖2為本發明實施例的熱處理曲線圖3為比較例1、比較例2的橫向低倍組織圖； 圖4為比較例1、比較例2的縱向低倍組織圖； 圖5為比較例3、實施例的橫向低倍組織圖； 圖6為比較例3、實施例的縱向低倍組織圖； 圖7為比較例1的金相組織圖(100X)； 圖8為比較例1的金相組織圖(400X)； 圖9為比較例2的金相組織圖(100X)； 圖10為比較例2的金相組織圖(400X)； 圖11為比較例3的金相組織圖(100 X )； 圖12為比較例3的金相組織圖(400X )； 圖13為實施例的金相組織圖(100X )； 圖14為實施例的金相組織圖(400X )；
具體實施例方式
採用四種不同的鋼鍛件製造工藝方法進行試驗，如下
比較例1 (工藝號A)普通的鍛造工藝+普通調質熱處理工藝，
比較例2 (工藝號B)普通的鍛造工藝+本發明所述的正火+調質熱處理工藝，
比較例3 (工藝號C)本發明所述的鍛造工藝+普通調質熱處理工藝，
實施例(工藝號D)本發明所述的鍛造工藝+本發明所述的正火+調質熱處理工藝。比較例1 (工藝號A)，具體步驟如下
步驟A①以鉻鎳鉬低合金鋼為坯料，鉻鎳鉬低合金鋼坯料採用電爐初煉加爐外精煉 並進行真空脫氣的工藝冶煉所得，所述的鉻鎳鉬低合金鋼由碳、矽、錳、鉻、鎳、鉬、磷、硫、 氫、鈮、釩及硼組成，其質量百分比為
0. 10% 彡碳彡 0. 12%、0· 30% 彡矽彡 0. 35%、1· 00% 彡猛彡 1. 40%,0. 10% 彡鉻彡 0. 25%、 0. 50% 彡鎳彡 1. 00%、
0. 15%彡鉬彡0. 40%, 0彡磷彡0. 015%、0彡硫彡0. 010%、0彡氫彡2. Oppm, 0彡鈮 彡 0. 04%、0 彡釩彡 0. 04%、
0 硼；^ 0. 0005%,並且，0. 43% 碳當量 CE ^ 0. 46%，碳當量 CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15,
根據所需尺寸選擇方錠，整隻方錠加熱至1250°C，在5t自由鍛錘上沿鋼錠軸向開坯拔長至開坯成形尺寸，終鍛溫度為80(TC，空冷至室溫， 步驟A②鋸切中間一段坯料，
步驟A③坯料加熱至1250°C出爐，沿軸向鐓粗，鐓至高度與直徑相等，再以原軸向四 方拔長，拔至長度為截面邊長的2. 5倍，再重複步驟③工序完成軸向二次鐓拔；(鍛造溫度 控制在 1250 0C —750 °C),
步驟A④加熱至1250°C出爐，沿上述工序的軸向進行鐓粗，倒四方稜角變八方鍛外 形，平整高度至衝孔前高度，實心衝頭正反衝中心孔，倒稜角滾圓，平整上下端面，得到帶孔 圓柱鍛坯，終止鍛造，空冷至室溫；(鍛造溫度控制在1250°C -750°C),
步驟A⑤對帶孔圓柱鍛坯進行粗加工，車去鍛坯黑皮，得到帶孔圓柱形工件， 步驟A⑥將步驟A⑤得到的帶孔圓柱形工件進行淬火，溫度為900°C、30°C，保溫時 間按鍛件最大截面的每英寸0 .5小時(最低不小於1小時)計算，
步驟A⑦將經過步驟A⑥處理後的帶孔圓柱形工件進行回火，溫度為500°C飛50°C， 保溫時間按鍛件最大截面的每英寸1小時(最低不小於1小時)計算。回火冷卻工件出 爐在自然空氣中冷卻，
比較例2 (工藝號B)，具體步驟如下
步驟B①以鉻鎳鉬低合金鋼為坯料，鉻鎳鉬低合金鋼坯料採用電爐初煉加爐外精煉 並進行真空脫氣的工藝冶煉所得，所述的鉻鎳鉬低合金鋼由碳、矽、錳、鉻、鎳、鉬、磷、硫、 氫、鈮、釩及硼組成，其質量百分比為
0. 10% 彡碳彡 0. 12%、0· 30% 彡矽彡 0. 35%、1· 00% 彡猛彡 1. 40%,0. 10% 彡鉻彡 0. 25%、 0. 50% 彡鎳彡 1. 00%、
0. 15%彡鉬彡0. 40%, 0彡磷彡0. 015%、0彡硫彡0. 010%、0彡氫彡2. Oppm, 0彡鈮 彡 0. 04%、0 彡釩彡 0. 04%、
0 硼；^ 0. 0005%,並且，0. 43% 碳當量 CE ^ 0. 46%，碳當量 CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15,
根據所需尺寸選擇方錠，整隻方錠加熱至1250°C，在5t自由鍛錘上沿鋼錠軸向開坯拔 長至開坯成形尺寸，終鍛溫度為80(TC，空冷至室溫， 步驟B②鋸切中間一段坯料，
步驟B③坯料加熱至1250°C出爐，沿軸向鐓粗，鐓至高度與直徑相等，再以原軸向四 方拔長，拔至長度為截面邊長的2. 5倍，再重複步驟③工序完成軸向二次鐓拔；(鍛造溫度 控制在 1250 0C —750 °C),
步驟B④加熱至1250°C出爐，沿上述工序的軸向進行鐓粗，倒四方稜角變八方鍛外 形，平整高度至衝孔前高度，實心衝頭正反衝中心孔，倒稜角滾圓，平整上下端面，得到帶孔 圓柱鍛坯，終止鍛造，空冷至室溫；(鍛造溫度控制在1250°C -750°C),
步驟B⑤對帶孔圓柱鍛坯進行粗加工，車去鍛坯黑皮，得到帶孔圓柱形工件， 步驟B⑥將步驟B⑤得到的帶孔圓柱形工件加熱至940°C並保溫4小時後，空冷至室
步驟B⑦將經過步驟B⑥處理後的帶孔圓柱形工件加熱至930°C (加熱爐按ASTM E991進行了負載爐溫均勻性校驗並在校驗有效期內，工件表面裝有接觸式測溫熱電偶)並 保溫4小時後，水淬，工件出爐到入水浸沒的時間不允許超過60秒，開始時淬火的水溫不超過38°C，結束時淬火的水溫不超過49°C，工件淬火水冷至室溫，
步驟B⑧將經過步驟B⑦處理後的帶孔圓柱形工件加熱至640°C(回火爐按ASTM E991 進行了負載爐溫均勻性校驗並在校驗有效期內，工件表面裝有接觸式測溫熱電偶)並保溫 6. 5小時後，空冷至室溫。比較例3 (工藝號C)，具體步驟如下
步驟C①以鉻鎳鉬低合金鋼為坯料，鉻鎳鉬低合金鋼坯料採用電爐初煉加爐外精煉 並進行真空脫氣的工藝冶煉所得，所述的鉻鎳鉬低合金鋼由碳、矽、錳、鉻、鎳、鉬、磷、硫、 氫、鈮、釩及硼組成，其質量百分比為
0. 10% 彡碳彡 0. 12%、0· 30% 彡矽彡 0. 35%、1· 00% 彡猛彡 1. 40%,0. 10% 彡鉻彡 0. 25%、 0. 50% 彡鎳彡 1. 00%、
0. 15%彡鉬彡0. 40%, 0彡磷彡0. 015%、0彡硫彡0. 010%、0彡氫彡2. Oppm, 0彡鈮 彡 0. 04%、0 彡釩彡 0. 04%、
0 硼；^ 0. 0005%,並且，0. 43% 碳當量 CE ^ 0. 46%，碳當量 CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15,
步驟C②根據所需結構件尺寸，選擇方錠，進爐加熱至1220°C後，在自由鍛錘上沿鋼 錠長度方向開坯拔料，鍛造比為1.5 2.0，並進行鋸切，取中間段作為坯料，
步驟C③以坯料的軸向為7向，以與7向平面為Zfl 平面，將坯料進爐加熱，坯料出 爐，在鍛造溫度1230°C 850°C下，對坯料進行7向鐓粗，鐓至高度與直徑相等時，再對7向 鐓粗後的坯料進行X向四方截面拔長，拔至長度為截面邊長的2. 5倍，此後，對坯料進行I 向鐓粗，再次鐓至高度與直徑相等，最後對X向鐓粗後的坯料進行Z向四方拔長，拔至長度 為截面邊長的2. 3倍，得到各向同性的坯料，
步驟C④選擇始鍛溫度為1100°C 1080°C且停鍛溫度為850°C 800°C，對各向同性 的坯料進行鐓粗，並鍛打成八方稜柱，再經過衝孔、滾圓整形，使總鍛造比為5. 5，得到帶孔 圓柱鍛坯，
步驟C⑤對帶孔圓柱鍛坯進行粗加工，車去鍛坯黑皮，得到帶孔圓柱形工件， 步驟C⑥將步驟C⑤得到的帶孔圓柱形工件進行淬火，溫度為900°C、30°C，保溫時 間按鍛件最大截面的每英寸0 . 5小時(最低不小於1小時)計算，
步驟C⑦將經過步驟C⑥處理後的帶孔圓柱形工件進行回火，溫度為500°C飛50°C， 保溫時間按鍛件最大截面的每英寸1小時(最低不小於1小時)計算。回火冷卻工件出 爐在自然空氣中冷卻。實施例(工藝號D)，具體步驟如下
步驟D①以鉻鎳鉬低合金鋼為坯料，鉻鎳鉬低合金鋼坯料採用電爐初煉加爐外精煉 並進行真空脫氣的工藝冶煉所得，所述的鉻鎳鉬低合金鋼由碳、矽、錳、鉻、鎳、鉬、磷、硫、 氫、鈮、釩及硼組成，其質量百分比為
0. 10% 彡碳彡 0. 12%、0· 30% 彡矽彡 0. 35%、1· 00% 彡猛彡 1. 40%,0. 10% 彡鉻彡 0. 25%、 0. 50% 彡鎳彡 1. 00%、
0. 15%彡鉬彡0. 40%, 0彡磷彡0. 015%、0彡硫彡0. 010%、0彡氫彡2. Oppm, 0彡鈮 彡 0. 04%、0 彡釩彡 0. 04%、
硼 < 0. 0005%,並且，0. 43% 碳當量 CE < 0. 46%,碳當量 CE=C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5
7+ (Ni+Cu)/15,
步驟D②根據所需結構件尺寸，選擇方錠，進爐加熱至1220°C後，在自由鍛錘上沿鋼 錠長度方向開坯拔料，鍛造比為1.5 2.0，並進行鋸切，取中間段作為坯料，
步驟D③以坯料的軸向為7向，以與7向平面為Zfl 平面，將坯料進爐加熱，坯料出 爐，在鍛造溫度1230°C 850°C下，對坯料進行7向鐓粗，鐓至高度與直徑相等時，再對7向 鐓粗後的坯料進行X向四方截面拔長，拔至長度為截面邊長的2. 5倍，此後，對坯料進行I 向鐓粗，再次鐓至高度與直徑相等，最後對X向鐓粗後的坯料進行Z向四方拔長，拔至長度 為截面邊長的2. 3倍，得到各向同性的坯料，
步驟D④選擇始鍛溫度為1100°C 1080°C且停鍛溫度為850°C 800°C，對各向同性 的坯料進行鐓粗，並鍛打成八方稜柱，再經過衝孔、滾圓整形，使總鍛造比為5. 5，得到帶孔 圓柱鍛坯，
步驟D⑤對帶孔圓柱鍛坯進行粗加工，車去鍛坯黑皮，得到帶孔圓柱形工件， 步驟D⑥將步驟⑤得到的帶孔圓柱形工件加熱至940°C並保溫4小時後，空冷至室
步驟D⑦將經過步驟⑥處理後的帶孔圓柱形工件加熱至930°C (加熱爐按ASTM E991 進行了負載爐溫均勻性校驗並在校驗有效期內，工件表面裝有接觸式測溫熱電偶)並保溫4 小時後，水淬，開始時淬火的水溫不超過38°C，結束時淬火的水溫不超過49°C，
步驟D⑧將經過步驟⑦處理後的帶孔圓柱形工件加熱至640°C (回火爐按ASTM E991 進行了負載爐溫均勻性校驗並在校驗有效期內，工件表面裝有接觸式測溫熱電偶)並保溫 6. 5小時後，空冷至室溫。所述步驟D① 步驟D②，其目的是
選用整隻方錠加熱，在自由鍛錘上沿鋼錠長度方向開坯拔料，由於鑄錠性質和F65 MOD 鉻鎳鉬低合金鋼材料特性所致，鋼錠內部存在影響直接下料的不同程度的偏析、夾雜、氣 體、疏鬆等缺陷，因此必須整錠拔長開坯，具備一定的鍛造比(約為2)。切除錠底高熔點氧化 物夾雜區域和冒口端縮孔、中心疏鬆區域，取中間無嚴重鑄錠缺陷的坯料，以確保鍛件用料 的芯部質量(無夾雜、無縮孔、金相組織均勻等)，為優質段鋼坯。所述步驟D③，第一火完成，尤為重要，必須一火完成兩次鐓粗-變向拔長過程且 鍛造溫度嚴格控制在1230°C 850°C之間。其目的是
第一火次的三維變向鍛造(在三向坐標(x、y、z)方向要完成兩次鐓粗-變向拔長過程， 在軸線不同方向拔長)，最大程度地破壞了鍛造流線的連續分布和消除了鍛造流線的方向 性，使其低倍組織無明顯鍛造流線；而鍛造溫度控制在1230°C 850°C之間，可使得整個熱 變形過程在塑性較好的單相奧氏體區域內進行，避免了在兩相區域內鍛造，造成組織應力 和鋼中因不同程度的夾雜產生應力集中形成的應力與基體金屬間應力迭加，而可能產生的 內部裂紋、不均勻收縮、凹坑、摺疊等缺陷。所述步驟D④，第二火完成，必須一火完成鐓粗-鍛打八方-衝孔-整形滾圓過程 且鍛造溫度控制在1100°c 800°C，停鍛時鍛件溫度不超過850°C。其目的是
第二火次變形量約佔總量的20%，鍛造溫度控制在1100°C 800°C，停鍛時鍛件溫度不 允許高於850°C，這樣既保證了變形金屬的再結晶，又保證了晶粒不長大，其金相組織，均勻 細小，無樹枝晶偏析組織，成為能達到標準低溫韌性的性能熱處理前唯一的理想原始組織。
所述步驟D③ D④，鍛造過程經鍛造溫度的控制和三維變向鍛造變形，其目的 是
鋼錠無法避免的內部疏鬆組織(氣孔，微裂紋)得到了完全的壓實和焊合；枝狀偏析得 以消除，區域偏析大大的改善，非金屬夾雜物被打碎呈均勻分散分布，避免了沿變形方向形 成帶狀纖維組織；三維變向鍛造形成的內部組織消除了性能的各項異性，顯著提高了鍛件 的綜合力學性能；粗大柱狀晶粒經塑性變形和再結晶後變為等軸細晶粒，為後序性能熱處 理提供了理想的原始組織。所述步驟D⑥，為使鍛件加熱組織轉變充分奧氏體化，經熱模擬試驗得出該材料 的Al是710°C，A3是910°C，從而確定正火溫度為940°C。其目的是
使鍛態組織晶粒細化、組織趨於均勻，淬火後獲得金相組織為更加細小均勻的馬氏體 組織，顯著提高了調質熱處理後材料的強韌化性能。所述步驟D⑦，工件出爐到入水浸沒的時間不允許超過60秒，淬火水溫開始時不 允許超過38°C，結束時不允許超過49°C，工件淬火水冷至室溫。此步驟要求1、淬火介質選 擇價格低而冷卻速度快的水；
2、嚴格控制工件出爐後在空氣中的停留時間，以防此過程產生非馬氏體組織的轉變， 工件從離開加熱爐到全部沒入水中不超過60秒；3、為減少冷卻過程中蒸氣膜對馬氏體轉 變的不良影響，採用攪拌的方法，在工件冷卻區，水的流速> 0. 7米/秒；4、嚴格控制淬火 介質(水)的溫度，淬火開始時彡38°C，結束時 彡 49°C。試驗結果綜合分析 鍛件低倍組織分析
普通鍛造工藝是採用單方向反覆鐓粗拔長，鍛造後的F65 MOD鍛件縱、橫向低倍組織 (見圖3與圖4)雖然較緻密，但縱向低倍組織中的鍛造流線較明顯。鍛件的低倍組織表明 鋼錠經單方向反覆鐓粗拔長鍛造後，樹枝晶存在於樹枝晶之間的氧化物、硫化物及其它雜 質也沿變形方向分布。粗大不均的鑄態晶粒雖被打碎，晶粒沿變形方向被拉長變形、滑移、 破碎，拉長的形變晶粒經再結晶後恢復成等軸晶，但是雜質始終保持著變形時的形態，作為 金屬流動的痕跡，被遺留在鍛件中。這種雜質在金屬內有規律、定向分布而形成纖維組織， 即為縱向低倍組織中鍛造流線(見圖4)。鍛造流線的顯微組織為條帶狀組織，使金屬力學 性能呈各向異性，沿流線方向的力學性能較高，而垂直於流線方向的力學性能較低，尤其是 塑性、韌性指標降低較顯著。條帶狀組織不能通過熱處理方法完全消除，最終必將降低鍛件 的綜合力學性能；而本發明所述的鍛造工藝，由於採用的是三向坐標方向進行反覆鐓粗、拔 長，不但將鑄態金屬中疏鬆、空隙和微裂紋等缺陷最大程度地壓實，提高了金屬的緻密度和 連續性，而且還克服了單一軸向鐓拔的缺點，破壞了鍛造流線的連續分布和消除了鍛造流 線的方向性(見圖5與圖6)。比較例1 (工藝號A)、比較例2 (工藝號B)、比較例3 (工藝號C )、實施例(工藝號 D )最終結果分析(具體數據見表1，工藝號D中編號(4)為本發明的實施例，編號(1) (3) 為本發明的重複例)
表權利要求
1.一種深海採油樹設備連接器用鋼鍛件製造工藝，其特徵在於，包括以下步驟 步驟①以鉻鎳鉬低合金鋼為坯料，所述的鉻鎳鉬低合金鋼由碳、矽、錳、鉻、鎳、鉬、磷、硫、氫、鈮、釩及硼組成，其質量百分比為0. 10% 彡碳彡 0. 12%、0· 30% 彡矽彡 0. 35%、1. 00% 彡猛彡 1. 40%,0. 10% 彡鉻彡 0. 25%、 0. 50% 彡鎳彡 1. 00%、0. 15%彡鉬彡0. 40%, 0彡磷彡0. 015%、0彡硫彡0. 010%、0彡氫彡2. Oppm, 0彡鈮 彡 0. 04%、0 彡釩彡 0. 04%、0 硼；^ 0. 0005%,並且，0. 43% 碳當量 CE ^ 0. 46%，碳當量 CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15,步驟②根據所需結構件尺寸，選擇方錠，進爐加熱至1220°C後，在自由鍛錘上沿鋼錠 長度方向開坯拔料，鍛造比為1.5 2.0，並進行鋸切，取中間段作為坯料，步驟③以坯料的軸向為7向，以與7向平面為Zft 平面，將坯料進爐加熱，坯料出爐， 在鍛造溫度1230°C 850°C下，對坯料進行7向鐓粗，鐓至高度與直徑相等時，再對7向鐓 粗後的坯料進行Z向四方截面拔長，拔至長度為截面邊長的2. 5倍，此後，對坯料進行I向 鐓粗，再次鐓至高度與直徑相等，最後對X向鐓粗後的坯料進行Z向四方拔長，拔至長度為 截面邊長的2. 3倍，得到各向同性的坯料，步驟④選擇始鍛溫度為1100°C 1080°C且停鍛溫度為850°C 800°C，對各向同性的 坯料進行鐓粗，並鍛打成八方稜柱，再經過衝孔、滾圓整形，使總鍛造比為5. 5，得到帶孔圓 柱鍛坯，步驟⑤對帶孔圓柱鍛坯進行粗加工，車去鍛坯黑皮，得到帶孔圓柱形工件， 步驟⑥將步驟⑤得到的帶孔圓柱形工件加熱至940°C並保溫4小時後，空冷至室溫， 步驟⑦將經過步驟⑥處理後的帶孔圓柱形工件加熱至930°C並保溫4小時後，水淬， 開始時淬火的水溫不超過38°C，結束時淬火的水溫不超過49°C，步驟⑧將經過步驟⑦處理後的帶孔圓柱形工件加熱至640°C並保溫6. 5小時後，空冷 至室溫。
2.如權利要求1所述的深海採油樹設備連接器用鋼鍛件製造工藝，其特徵在於，鉻鎳 鉬低合金鋼坯料採用電爐初煉加爐外精煉並進行真空脫氣的工藝冶煉。
全文摘要
一種深海採油樹設備連接器用鋼鍛件製造工藝，包括以下步驟步驟①以鉻鎳鉬低合金鋼為坯料，步驟②選擇方錠，加熱至1220℃後開坯拔料並鋸切，取中間段作為坯料，步驟③加熱至始鍛溫度，以三維坐標方向進行鐓粗、拔長得到各向同性的坯料，步驟④對坯料進行鐓粗、鍛打成八方稜柱，衝孔、滾圓整形得到帶孔圓柱鍛坯，步驟⑤對帶孔圓柱鍛坯進行粗加工，得到帶孔圓柱形工件，步驟⑥將步驟⑤得到的帶孔圓柱形工件加熱至940℃，空冷至室溫，步驟⑦將經過步驟⑥處理後的帶孔圓柱形工件加熱至930℃，水淬，步驟⑧將經過步驟⑦處理後的帶孔圓柱形工件加熱至640℃，空冷至室溫。
文檔編號C21D1/25GK102071367SQ201010555698
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月24日 優先權日2010年11月24日
發明者張利 申請人:南京迪威爾重型鍛造股份有限公司