一种耐腐蚀双相钢的锻造及热处理方法

技术领域

本发明涉及不锈钢锻造技术领域，尤其涉及一种耐腐蚀双相钢的锻造及热处理方法。

背景技术

双相不锈钢，指铁素体与奥氏体各约占50％，一般较少相的含量最少也需要达到3O％的不锈钢。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，广泛应用于石油化工设备、海水与废水处理设备、输油输气管线、造纸机械等工业领域，具有很好发展前景。

为了提高双相不锈钢的耐腐蚀能力，通常采用以下几种方法：

(1)提高原材料的Ni含量可以显著提高双相钢产品的耐腐蚀能力。

(2)控制原材料非金属夹杂物，提高纯净度。

(3)降低原材料中的碳含量，使原材料中的碳含量低于平衡状态下在奥氏体内的饱和溶解度。

但是，以上这些方法均容易增加原材料的成本。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明实施例公开了一种耐腐蚀双相钢的锻造及热处理方法，不需要控制原料成分也能够提高双相钢的耐腐蚀性能。

本发明所采用的技术方案如下：

一种耐腐蚀双相钢的锻造及热处理方法，包括以下步骤：

钢锭下料；

钢锭加热：采用三段式升温，由室温升温至1200～1250℃，并且每段升温达到目标温度后进行保温；

自由锻：包括：

钢锭墩拔：至少进行两次镦粗和一次拔长，总锻比≥6.6；

成型锻：至少进行两火次的镦粗、滚圆和平整，每次镦粗后进行一次滚圆、平整；

在自由锻过程中保持锻件温度≥950℃，单次下压量小于10％的上一工序结束时锻件高度；

锻后水冷；

固溶处理；

稳定化处理。

进一步的，所述三段式升温包括：

第一段加热，由室温升温至350～450℃，保温6～8h；

第二段加热，升温至1000～1050℃，保温6～8h；

第三段加热，升温至1200～1250℃，保温12～14h。

由于有害相在500～840℃会沿晶界快速析出，因此通过三段式曲线升温快速通过此区间，减少有害相降低晶间耐腐蚀能力的可能，适当延长终段保温时间以消除冶炼时遗留在钢锭中的有害相，使材料组织更均匀，提高锻件的耐腐蚀能力。

进一步的，所述钢锭墩拔的步骤包括：

夹水口，轻压锭身表面，压机下压量为20～30mm；

将钢锭倒棱、滚圆，剁冒口，搓水口；

将钢锭立料、倒棱、镦粗，锻比≥2.1；

将钢锭拔长、倒八方，锻比≥1.5；

将钢锭立料、倒棱、镦粗，锻比≥2.1；

将钢锭滚圆、平整。

用平砧轻压锭身表面，使钢锭表面组织由铸态组织转变为锻态组织，在后续锻造时可以减少表面裂纹。通过镦拔过程，使原材料总锻比达到6.6，有效锻合了钢锭芯部，打破铸态组织，消除钢锭内部缺陷，使其满足NB/T47013.3-2017I级探伤要求，同时使原材料组织更均匀，晶粒得到细化，提高锻件的力学性能。

进一步的，所述成型锻的步骤包括：

将钢锭镦粗、滚圆、平整，将钢锭回炉加热，加热温度为1150～1180℃，保温2～3h；

将钢锭镦粗、滚圆、平整，将钢锭回炉加热，加热温度为1120～1150℃，保温1.5～2.5h；

将钢锭平整，在平整过程中以及平整结束后进行滚圆。

自由锻的成型阶段进行控温锻造，细化晶粒，使晶界处不易产生有害相的析出，从而提高锻件的力学性能及耐腐蚀能力。

在自由锻过程中，需要保持锻造过程中锻件温度在900℃以上，一旦温度低于900℃立刻回炉保温，防止锻造温度过低导致锻件边角开裂以及形成有害相。

进一步的，所述锻后水冷的步骤包括：

将锻件水冷，水温≤40℃。

进一步的，所述固溶处理的步骤包括:

将锻件装炉，经过1040～1050℃均热后保温7～9h，出炉水冷，锻件转运时间≤120S，水温≤40℃。

进一步的，所述稳定化处理的步骤包括：

将锻件装炉，经过850～860℃均热后保温8～10h，出炉空冷。

经过稳定化处理后锻件中铬的碳化物完全溶解，钛的碳化物不完全溶解，且在冷却过程中充分析出，使碳不可能再形成铬的碳化物，减少有害相的形成，从而提高产品的耐晶间腐蚀性能。

进一步的，锻件中各化学元素的成份重量百分比为：

C：≤0.03％，Si：≤1.0％，Mn：≤2.0％，P：≤0.03％，S：≤0.015％，Ni：4.5～6.5％，Cr：22～23％，Mo：2.9～3.5％，N：0.14～0.20％，余量为Fe。

优选的，Ni：4.5～5.0％，可以进一步降低成本。

本发明实施例的有益效果如下：

(一)本发明的一种耐腐蚀双相钢的锻造及热处理方法，包括以下步骤：钢锭下料；钢锭加热：采用三段式升温，由室温升温至1200～1250℃，并且每段升温达到目标温度后进行保温；自由锻：包括：钢锭墩拔：至少进行两次镦粗和一次拔长，总锻比≥6.6；成型锻：至少进行两火次的镦粗、滚圆和平整，每次镦粗后进行一次滚圆、平整；在自由锻过程中保持锻件温度≥950℃，单次下压量小于10％的上一工序结束时锻件高度；锻后水冷；固溶处理；稳定化处理。本发明实施例的方法通过采用三段曲线加热使材料组织更均匀，减少有害相的生成；通过墩拔锻造，锻比达到6.6，有效锻合了钢锭芯部，打破铸态组织，消除钢锭内部缺陷，使其满足NB/T47013.3-2017I级探伤要求，同时使原材料组织更均匀，晶粒得到破碎细化，提高锻件的力学性能，减少有害相的析出，提高耐腐蚀能力；自由锻成型时最后成型阶段进行控温锻造，细化晶粒，使晶界处不易产生有害相的析出，从而提高锻件的力学性能及耐腐蚀能力；固溶热处理时控制转运时间及水温，后续经过稳定化处理后锻件中铬的碳化物完全溶解，钛的碳化物不完全溶解，且在冷却过程中充分析出，使碳不可能再形成铬的碳化物，减少有害相的形成，从而提高产品的耐晶间腐蚀性能。

另外，本发明的方法采用Ni含量较低的双相钢原料，即可实现锻件的高耐晶间腐蚀性能，大大节约了生产成本。

附图说明

图1为本发明的一种耐腐蚀双相钢的锻造及热处理方法的流程图。

图2为本发明第一对比例制得的锻件试样的腐蚀态金相图(x200)。

图3为本发明第一对比例制得的锻件试样的腐蚀态金相图(x500)。

图4为本发明第一实施例制得的锻件试样的腐蚀态金相图(x200)。

图5为本发明第一实施例制得的锻件试样的腐蚀态金相图(x500)。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

第一实施例：

一种耐腐蚀双相钢的锻造及热处理方法，包括以下步骤：

步骤S1，钢锭下料。

具体的，使用S32205钢锭下料，重量13500kg。

步骤S2，钢锭加热：采用三段式升温，由室温升温至1200℃，并且每段升温达到目标温度后进行保温。

具体的，所述三段式升温包括：

第一段加热，由室温升温至350℃，保温6h；

第二段加热，升温至1000℃，保温6h；

第三段加热，升温至1200℃，保温12h。

步骤S3，自由锻：包括：

步骤S31，钢锭墩拔：至少进行两次镦粗和一次拔长，总锻比≥6.6；

具体的，所述钢锭墩拔的步骤包括：

操作机夹住钢锭水口锻，用平砧轻压锭身表面，压机下压量为20mm；

将钢锭倒棱、滚圆，剁冒口，搓水口；

将钢锭立料、倒棱、镦粗旋压至H＝1000mm、φ＝1330mm，锻比为2.1；

将钢锭拔长至980mm*980mm方，倒980mm八方，锻比为1.5；

将钢锭立料、倒棱、镦粗旋压至H＝700mm、φ＝1590mm，锻比为2.1；

将钢锭滚圆、平整。

步骤S32，成型锻：至少进行两火次的镦粗、滚圆和平整，每次镦粗后进行一次滚圆、平整。

具体的，所述成型锻的步骤包括：

将钢锭镦粗旋压至H＝250mm、φ＝2610mm，滚圆、平整，将钢锭回炉加热，加热温度为1150～1180℃，保温2h；

将钢锭镦粗旋压至H＝205mm、φ＝2885mm，滚圆、平整，将钢锭回炉加热，加热温度为1120℃，保温1.5h；

用中心压实法将钢锭平整到H＝170mm、φ＝3170mm，中间滚圆一次，最后端面平整结束后再外圆滚圆一圈压实。

在自由锻过程中保持锻件温度≥950℃，单次下压量小于10％的上一工序结束时锻件高度H。

步骤S4，锻后水冷。

具体的，自由锻结束后将锻件放入冷却池水冷，水温≤40℃。

步骤S5，固溶处理。

具体的，将锻件装炉，经过1040℃均热后保温7h，出炉水冷，锻件转运时间≤120S，水温≤40℃。

步骤S6，稳定化处理。

具体的，将锻件装炉，经过850℃均热后保温8h，出炉空冷。

锻件中各化学元素的成份重量百分比为：

C：≤0.03％，Si：≤1.0％，Mn：≤2.0％，P：≤0.03％，S：≤0.015％，Ni：4.5～5.0％，Cr：21～23％，Mo：2.9～3.5％，N：0.14～0.20％，余量为Fe。

第二实施例：

一种耐腐蚀双相钢的锻造及热处理方法，包括以下步骤：

步骤S1，钢锭下料。

具体的，使用S32205钢锭下料，重量13500kg。

步骤S2，钢锭加热：采用三段式升温，由室温升温至1225℃，并且每段升温达到目标温度后进行保温。

具体的，所述三段式升温包括：

第一段加热，由室温升温至400℃，保温7h；

第二段加热，升温至1025℃，保温7h；

第三段加热，升温至1225℃，保温13h。

步骤S3，自由锻：包括：

步骤S31，钢锭墩拔：至少进行两次镦粗和一次拔长，总锻比为6.6；

具体的，所述钢锭墩拔的步骤包括：

操作机夹住钢锭夹水口，锭身轻拍一遍，压机下压量为25mm；

将钢锭倒棱、滚圆，剁冒口，搓水口；

将钢锭立料、倒棱、镦粗旋压至H＝1000mm、φ＝1330mm，锻比为2.1；

将钢锭拔长至980mm*980mm方，倒980mm八方，锻比为1.5；

将钢锭立料、倒棱、镦粗旋压至H＝700mm、φ＝1590mm，锻比为2.1；

将钢锭滚圆、平整。

步骤S32，成型锻：至少进行两火次的镦粗、滚圆和平整，每次镦粗后进行一次滚圆、平整。

具体的，所述成型锻的步骤包括：

将钢锭镦粗旋压至H＝250mm、φ＝2610mm，滚圆、平整，将钢锭回炉加热，加热温度为1165℃，保温2.5h；

将钢锭镦粗旋压至H＝205mm、φ＝2885mm，滚圆、平整，将钢锭回炉加热，加热温度为1135℃，保温2h；

用中心压实法将钢锭平整到H＝170mm、φ＝3170mm，中间滚圆一次，最后端面平整结束后再外圆滚圆一圈压实。

在自由锻过程中保持锻件温度≥950℃，单次下压量小于10％的上一工序结束时锻件高度H。

步骤S4，锻后水冷。

具体的，自由锻结束后将锻件放入冷却池水冷，水温≤40℃。

步骤S5，固溶处理。

具体的，将锻件装炉，经过1045℃均热后保温8h，出炉水冷，锻件转运时间≤120S，水温≤40℃。

步骤S6，稳定化处理。

具体的，将锻件装炉，经过855℃均热后保温9h，出炉空冷。

锻件中各化学元素的成份重量百分比为：

C：≤0.03％，Si：≤1.0％，Mn：≤2.0％，P：≤0.03％，S：≤0.015％，Ni：4.5～6.5％，Cr：21～23％，Mo：2.9～3.5％，N：0.14～0.20％，余量为Fe。

第三实施例：

一种耐腐蚀双相钢的锻造及热处理方法，包括以下步骤：

步骤S1，钢锭下料。

具体的，使用S32205钢锭下料，重量13500kg。

步骤S2，钢锭加热：采用三段式升温，由室温升温至1250℃，并且每段升温达到目标温度后进行保温。

具体的，所述三段式升温包括：

第一段加热，由室温升温至450℃，保温8h；

第二段加热，升温至1050℃，保温8h；

第三段加热，升温至1250℃，保温14h。

步骤S3，自由锻：包括：

步骤S31，钢锭墩拔：至少进行两次镦粗和一次拔长，总锻比为6.6；

具体的，所述钢锭墩拔的步骤包括：

夹水口，锭身轻拍一遍，压机下压量为30mm；

将钢锭倒棱、滚圆，剁冒口，搓水口；

将钢锭立料、倒棱、镦粗旋压至H＝1000mm、φ＝1330mm，锻比为2.1；

将钢锭拔长至980mm*980mm方，倒980mm八方，锻比为1.5；

将钢锭立料、倒棱、镦粗旋压至H＝700mm、φ＝1590mm，锻比为2.1；

将钢锭滚圆、平整。

步骤S32，成型锻：至少进行两火次的镦粗、滚圆和平整，每次镦粗后进行一次滚圆、平整。

具体的，所述成型锻的步骤包括：

将钢锭镦粗旋压至H＝250mm、φ＝2610mm，滚圆、平整，将钢锭回炉加热，加热温度为1180℃，保温3h；

将钢锭镦粗旋压至H＝205mm、φ＝2885mm，滚圆、平整，将钢锭回炉加热，加热温度为1150℃，保温2.5h；

用中心压实法将钢锭平整到H＝170mm、φ＝3170mm，中间滚圆一次，最后端面平整结束后再外圆滚圆一圈压实。

在自由锻过程中保持锻件温度≥950℃，单次下压量小于10％的上一工序结束时锻件高度H。

步骤S4，锻后水冷。

具体的，自由锻结束后将锻件放入冷却池水冷，水温≤40℃。

步骤S5，固溶处理。

具体的，将锻件装炉，经过1050℃均热后保温9h，出炉水冷，锻件转运时间≤120S，水温≤40℃。

步骤S6，稳定化处理。

具体的，将锻件装炉，经过860℃均热后保温10h，出炉空冷。

锻件中各化学元素的成份重量百分比为：

C：≤0.03％，Si：≤1.0％，Mn：≤2.0％，P：≤0.03％，S：≤0.015％，Ni：4.5～6.5％，Cr：21～23％，Mo：2.9～3.5％，N：0.14～0.20％，余量为Fe。

第一对比例：

第一对比例的双相钢的锻造及热处理方法，包括以下步骤：

步骤S1，钢锭下料。

具体的，使用S32205钢锭下料，重量13500kg。

步骤S2，钢锭加热：采用两段式升温，包括：

钢锭小于350℃装炉；

第一段加热，升温至850℃，保温6h；

第二段加热，升温至1200℃，保温12h。

步骤S3，自由锻：包括：

步骤S31，钢锭墩拔：至少进行两次镦粗和一次拔长，总锻比为6.6；

具体的，所述钢锭墩拔的步骤包括：

操作机夹住钢锭夹水口，锭身轻拍一遍，压机下压量为20mm；

将钢锭倒棱、滚圆，剁冒口，搓水口；

将钢锭立料、倒棱、镦粗旋压至H＝1000mm、φ＝1330mm，锻比为2.1；

将钢锭拔长至980mm*980mm方，倒980mm八方，锻比为1.5；

将钢锭立料、倒棱、镦粗旋压至H＝700mm、φ＝1590mm，锻比为2.1；

将钢锭滚圆、平整。

步骤S32，成型锻：至少进行两火次的镦粗、滚圆和平整，每次镦粗后进行一次滚圆、平整。

具体的，所述成型锻的步骤包括：

将钢锭镦粗旋压至H＝250mm、φ＝2610mm，滚圆、平整，将钢锭回炉加热，加热温度为1150℃，保温2h；

将钢锭镦粗旋压至H＝205mm、φ＝2885mm，滚圆、平整，将钢锭回炉加热，加热温度为1120℃，保温1.5h；

用中心压实法将钢锭平整到H＝170mm、φ＝3170mm，中间滚圆一次，最后端面平整结束后再外圆滚圆一圈压实。

在自由锻过程中保持锻件温度≥950℃，单次下压量小于10％的上一工序结束时锻件高度H。

步骤S4，锻后水冷。

具体的，自由锻结束后将锻件放入冷却池水冷，水温≤40℃。

步骤S5，固溶处理。

具体的，将锻件装炉，经过1040℃均热后保温7h，出炉水冷，锻件转运时间≤120S，水温≤40℃。

步骤S6，稳定化处理。

具体的，将锻件装炉，经过850℃均热后保温8h，出炉空冷。

锻件中各化学元素的成份重量百分比为：

C：≤0.03％，Si：≤1.0％，Mn：≤2.0％，P：≤0.03％，S：≤0.015％，Ni：4.5～5.0％，Cr：21～23％，Mo：2.9～3.5％，N：0.14～0.20％，余量为Fe。

第二对比例：

第二对比例中Ni元素所占重量百分比为7.0％，其余同第一对比例。

对第一实施例、第二实施例、第三实施例、第一对比例生产得到的锻件，取试样检测其耐腐蚀性以及晶粒度。结果如表1所示。

表1耐腐蚀性检测结果

以第一实施例、第一对比例生产得到的锻件的金相图为例。

图2为本发明第一对比例制得的锻件试样的腐蚀态金相图(x200)。图3为本发明第一对比例制得的锻件试样的腐蚀态金相图(x500)。从图中可以看出，第一对比例金相的晶粒较粗，晶界边缘存在较多析出物，影响锻件的耐腐蚀性能

图4为本发明第一实施例制得的锻件试样的腐蚀态金相图(x200)。图5为本发明第一实施例制得的锻件试样的腐蚀态金相图(x500)。从图中可以看出，第一实施例金相的晶粒较细，晶界边缘基本没有析出物，显著提高锻件的耐腐蚀性能。

其中：

腐蚀试验采用ASTM A262方法B，使用50％硫酸铁溶液，腐蚀周期120h，检测试样的失重情况。

金属平均晶粒度测定采用GB 6394-2002，采用金相显微镜检测。

钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法采用GB/T226-2015。

结构钢低倍组织缺陷评级图采用GB/T1979-2001。

不锈钢相面积含量测定采用GB 6401-86。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。