一种提高不锈钢冲击的锻造工艺

技术领域

本发明涉及锻造领域，尤其涉及一种提高不锈钢冲击的锻造工艺。

背景技术

随着科学技术的发展和人类文明的进步，人们对于材料的需求已经不再局限于其单一性能或单一功能。在许多特殊环境下，人们更希望材料具有综合性能优异、功能性强的结构功能一体化材料。双相不锈钢的组织由一定比例的铁素体相和奥氏体相组成，兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的力学性能特征：既有较高的强度，又有良好的韧性，集良好的力学性能、在各种环境下的耐蚀性和焊接性于一体。

不锈钢锻件成品需要在切向、横向和纵向冲击需要大于150J。但现有的锻造工艺使得锻件切向、横向和纵向的冲击小于150J，个别数值甚至小于100J。如何解决这个问题变得至关重要。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种提高不锈钢冲击的锻造工艺，以解决现有技术中锻件切向、横向和纵向的冲击达不到要求的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种提高不锈钢冲击的锻造工艺；

包括以下步骤：

加热步骤：将原料加热；加热温度：1155～1165℃；

锻造步骤：将原料依次进行拔长、拔长和镦粗锻造形成锻件；始锻温度：1150～1160℃；终锻温度：910～915℃；

热处理步骤：将锻件加热保温后水冷至室温；加热温度：1025～1035℃；保温时间：3.5～4.5h。

进一步的技术方案为：原料中各化学元素的成分百分比为：C＜0.03，Si＜1.0，Mn＜2.0，Cr：23.5～24.5，Mo：3.2～3.5，Ni:5.0～6.0，N：0.19～0.25，Al＜0.020，V：0.08～0.15，P＜0.03，S＜0.01；余量为Fe。

进一步的技术方案为：原料中各化学元素中：Ni：5.5～6.0，1.5≤Mn＜2.0。

进一步的技术方案为：锻造步骤中第一次拔长比为：1.73；第二次拔长比＞2；镦粗比＞2。

进一步的技术方案为：加热步骤中包括以下步骤：

第一次加热过程：加热温度：700～750℃；升温速度：5～6℃/min；保温时间：30～40min；

第二次加热过程：加热温度：960～970℃；升温速度：2～3℃/min；保温时间：50～60min；

第三次加热过程：加热温度：1155～1165℃；升温速度：8～9℃/min；不进行保温。

进一步的技术方案为：锻造步骤中采用模具进行拔长；所述模具沿拔长方向对原料进行冲压；所述模具靠近原料一侧开设有冲压槽；围绕冲压槽开设有向原料方向凸起的曲面；相邻所述曲面圆弧过渡。

进一步的技术方案为：锻造步骤中第一次拔长过程包括以下步骤：

将原料沿轴线转动一定角度后进行拔长；将原料拔长至形变量行程的第一处；原料转动圈数≥2。

进一步的技术方案为：

锻造步骤中第二次拔长过程包括以下步骤：

将原料沿轴线转动一定角度后进行拔长；将原料拔长至形变量行程的极限处；原料转动圈数≥4。

进一步的技术方案为：第一次拔长过程中转动角度位置与第二次拔长过程中转动角度位置沿原料周向相互间隔。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

(1)通过控制原料中Mn元素的百分比，提高了原料的抗拉强度和伸长率，原料中析出相由短枝条向半连续状转变，随着晶界和基体中形成的析出相的增加，固溶强化和第二相强化效果明显增强，提高了原料的力学性能，Ni元素为奥氏体形成元素，Mn元素为奥氏体稳定元素，通过控制原料中Ni元素和Mn元素的百分比，可以提高锻件中奥氏体的含量，提高锻件的抗冲击能力；

(2)第三次加热过程中不存在保温过程，将存在内外温差的原料直接进行锻造步骤，可以缩短锻造工艺的整体时间，在锻造步骤中对原料进行拔长和镦粗时，模具会造成原料表面温度的骤降，同时原料内部受到挤压导致温度升高，通过锻造步骤之前造成的原料内外温差，使得锻造步骤后消除原料内外温差；

(3)锻造步骤中存在两次拔长过程，有效的改善了锻件的各向异性，在最后的镦粗过程，改善了原料原本单一的轴向流线，能使锻造成形时锻件流线接近产品形状；

(4)通过向原料方向凸起的曲面，使得锻造步骤中对原料进行拔长时，曲面有利于增进原料上接触曲面位置的变形，模具可以提供更大的挤压的力，使得原料局部变形更加均匀；

(5)为了避免第一次拔长过程和第二次拔长过程均是锻造下压原料的同一位置，所以第一次拔长过程中转动角度位置与第二次拔长过程中转动角度位置沿原料周向相互间隔，两次拔长过程中锻造下压的位置相互间隔错开，使得拔长过程中原料可以均匀拔长；

(6)热处理步骤中锻件的奥氏体基体析出的化合物与强化元素重新固溶到奥氏体基体中，使得锻件的合金元素重新分布，改善锻件的综合性能，锻件中奥氏体组织内部储存的畸变能，在热处理步骤中使得锻件原子具备足够的活动能力，偏离平衡位置大能量较高的原子，将能力较低的平衡位置迁移，使得锻件组织内应力得以松弛，锻件所储存的畸变能得以释放，使得锻件塑性性能得到改善。

附图说明

图1示出了本发明实施例提高不锈钢冲击的锻造工艺的流程图。

图2示出了本发明实施例模具的结构图。

附图中标记：1、模具；11、冲压槽；12、曲面。

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。

图1示出了本发明实施例提高不锈钢冲击的锻造工艺的流程图。图2示出了本发明实施例模具的结构图。结合图1和图2所示，本发明公开了一种提高不锈钢冲击的锻造工艺。

提高不锈钢冲击的锻造工艺，包括以下步骤：

加热步骤：将原料加热。加热温度：1155～1165℃。

锻造步骤：将原料依次进行拔长、拔长和镦粗锻造形成锻件。始锻温度：1150～1160℃。终锻温度：910～915℃。

热处理步骤：将锻件加热保温后水冷至室温。加热温度：1025～1035℃。保温时间：3.5～4.5h。

原料中各化学元素的成分百分比为：C＜0.03，Si＜1.0，Mn＜2.0，Cr：23.5～24.5，Mo：3.2～3.5，Ni：5.0～6.0，N：0.19～0.25，Al＜0.020，V：0.08～0.15，P＜0.03，S＜0.01。余量为Fe。

原料中各化学元素中：Ni：5.5～6.0，1.5≤Mn＜2.0。

加热步骤中包括以下步骤：

第一次加热过程：加热温度：700～750℃。升温速度：5～6℃/min。保温时间：30～40min。

第二次加热过程：加热温度：960～970℃。升温速度：2～3℃/min。保温时间：50～60min。

第三次加热过程：加热温度：1155～1165℃。升温速度：8～9℃/min。不进行保温。

原料中需要对各化学元素的成分百分比进行严格控制。特别是对于Ni元素和Mn元素成分占比的控制。

Mn元素可以扩大奥氏体相区，通过控制Mn元素成分占比对原料起到较大的强化作用。同时Mn元素能够降低原料临界冷却速度，提高原料的淬透性，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使得高温下原料的奥氏体保持到常温。

原料中加入Mn元素经过加热后，原料组织为树枝晶状结构，析出相呈现连续状分布趋势。将原料中Mn元素控制在1.5≤Mn＜2.0时，原料析出相呈现交连成枝条状结构连接在一起，析出物较多，晶粒较大。但是当原料中Mn元素百分比达到2.0及以上时原料组织中析出量继续增加，由点状向块状转变，甚至形成连续状分布，严重影响原料的力学性能，所以需要严格控制原料中Mn的百分比。

通过控制原料中Mn元素的百分比，提高了原料的抗拉强度和伸长率。原料中析出相由短枝条向半连续状转变，随着晶界和基体中形成的析出相的增加，固溶强化和第二相强化效果明显增强，提高了原料的力学性能。

Ni元素可以提高原料中钝化膜的稳定性，从而提高原料的热力学稳定性。Ni元素是强烈形成并稳定奥氏体的元素，Ni元素能固溶于y-Fe并扩大奥氏体相区，降低马氏体的转变温度。

原料中将Ni元素的成分百分比进行严格控制，原料中奥氏体体积分数上升明显，原料的冲击韧性显著提高。

Ni元素为奥氏体形成元素。Mn元素为奥氏体稳定元素。通过控制原料中Ni元素和Mn元素的百分比，可以提高锻件中奥氏体的含量，提高锻件的抗冲击能力。

加热步骤为锻造步骤前的准备步骤。锻造步骤中需要对原料依次进行两次拔长和一次镦粗。通过加热步骤对原料进行加热，在保证塑性的条件下获得较少的高温铁素体。

加热步骤的第一次加热过程中，通过一定的升温速度将原料加热至700～750℃，此时原料内外受热不均匀，存在一定的温差。通过一定时间的保温，可以一定程度上减少原料存在的温差。保温时间控制在25～30min之间，保温时间较短，保温过程只能减少原料内外温差。

加热步骤的第二次加热过程中，由于升温速度骤减控制在了2～3℃/min，升温速度较慢，在升温过程中原料的内外温差进一步缩小，但还是存在一定程度的内外温差。通过较长时间的保温，消除原料的内外温差。

第三次加热过程中通过较快的升温速度将原料快速加热至1155～1165℃，此时原料的内外温差再次出现。

第三次加热过程中不存在保温过程，将存在内外温差的原料直接进行锻造步骤，可以缩短锻造工艺的整体时间。

在锻造步骤中对原料进行拔长和镦粗时，模具会造成原料表面温度的骤降，同时原料内部受到挤压导致温度升高，通过锻造步骤之前造成的原料内外温差，使得锻造步骤后消除原料内外温差。

锻造步骤中第一次拔长比为：1.73。第二次拔长比＞2。镦粗比＞2。

锻造步骤中采用模具1进行拔长。模具1沿拔长方向对原料进行冲压。模具1靠近原料一侧开设有冲压槽11。围绕冲压槽11开设有向原料方向凸起的曲面12。相邻曲面12圆弧过渡。

锻造步骤中第一次拔长过程包括以下步骤：

将原料沿轴线转动一定角度后进行拔长。将原料拔长至形变量行程的第一处。原料转动圈数≥2。

锻造步骤中第二次拔长过程包括以下步骤：

将原料沿轴线转动一定角度后进行拔长。将原料拔长至形变量行程的极限处。原料转动圈数≥4。

第一次拔长过程中转动角度位置与第二次拔长过程中转动角度位置沿原料周向相互间隔。

锻造步骤中存在两次拔长过程，有效的改善了锻件的各向异性。在最后的镦粗过程，改善了原料原本单一的轴向流线，能使锻造成形时锻件流线接近产品形状。

锻造步骤中采用模具1进行拔长。模具1沿拔长方向对原料进行冲压。模具1靠近原料一侧开设有冲压槽11。围绕冲压槽11开设有向原料方向凸起的曲面12。相邻曲面12圆弧过渡。

锻造步骤中采用两组模具1进行拔长锻造。位于上方模具1的下端开设有冲压槽11，冲压槽11的下端开口。位于下方模具1的上端开设有冲压槽11，冲压槽11的上端开口。优选的，冲压槽11为梯形。

通过向原料方向凸起的曲面12，使得锻造步骤中对原料进行拔长时，曲面12有利于增进原料上接触曲面12位置的变形，模具1可以提供更大的挤压的力，使得原料局部变形更加均匀。

锻造步骤中并不是一次拔长到位而是通过两次拔长过程。

第一次拔长过程中原料拔长至形变量行程的第一处。原料拔长形变量行程的第一处为原料拔长形变量行程的1/2～2/3处。第二次拔长过程中原料拔长至形变量行程的极限处，第二次拔长过程中原料拔长至最终尺寸。

第一次拔长过程中每次拔长锻造后就需要将原料沿左右方向轴线旋转一定角度，往复循环。

原料进行第一次拔长过程之后还需要进行第二次拔长过程，所以只需要将原料转动2圈以上。由于第二次拔长过程中原料拔长至最终尺寸，所以需要将原料转动4圈以上。第一次拔长过程中原料转动圈数小于第二次拔长过程中原料转动圈数。

为了避免第一次拔长过程和第二次拔长过程均是锻造下压原料的同一位置，所以第一次拔长过程中转动角度位置与第二次拔长过程中转动角度位置沿原料周向相互间隔。两次拔长过程中锻造下压的位置相互间隔错开。使得拔长过程中原料可以均匀拔长。

经过热处理步骤后，锻件获得高强度、高韧性和高耐腐蚀性。锻件在热处理步骤中将加热温度控制在1025～1035℃，锻件中铁素体含量降低，提高了锻件的冲击韧性。

热处理步骤中锻件的奥氏体基体析出的化合物与强化元素重新固溶到奥氏体基体中，使得锻件的合金元素重新分布，改善锻件的综合性能。锻件中奥氏体组织内部储存的畸变能，在热处理步骤中使得锻件原子具备足够的活动能力，偏离平衡位置大能量较高的原子，将能力较低的平衡位置迁移，使得锻件组织内应力得以松弛，锻件所储存的畸变能得以释放，使得锻件塑性性能得到改善。

以下用两个实施例来说明本发明的过程：

第一实施例：

提高不锈钢冲击的锻造工艺，包括以下步骤：

原料中各化学元素的成分百分比为：C：0.01，Si:0.3，Mn:1.5，Cr：23.5，Mo：3.2，Ni：5.5，N：0.19，Al：0.01，V：0.08，P：0.01，S:0.005。余量为Fe。

加热步骤：将原料加热。加热温度：1155℃。

加热步骤中包括以下步骤：

第一次加热过程：加热温度：700℃。升温速度：5℃/min。保温时间：30min。

第二次加热过程：加热温度：960℃。升温速度：2℃/min。保温时间：50min。

第三次加热过程：加热温度：1155℃。升温速度：8℃/min。不进行保温。

锻造步骤：将原料依次进行拔长、拔长和镦粗锻造形成锻件。始锻温度：1150℃。终锻温度：910℃。

锻造步骤中第一次拔长比为：1.73。第二次拔长比2.2。镦粗比2.2。

锻造步骤中采用模具1进行拔长。模具1沿拔长方向对原料进行冲压。模具1靠近原料一侧开设有冲压槽11。围绕冲压槽11开设有向原料方向凸起的曲面12。相邻曲面12圆弧过渡。

锻造步骤中第一次拔长过程包括以下步骤：

将原料沿轴线转动一定角度后进行拔长。将原料拔长至形变量行程的第一处。原料转动圈数：2。

锻造步骤中第二次拔长过程包括以下步骤：

将原料沿轴线转动一定角度后进行拔长。将原料拔长至形变量行程的极限处。原料转动圈数：4。

第一次拔长过程中转动角度位置与第二次拔长过程中转动角度位置沿原料周向相互间隔。

热处理步骤：将锻件加热保温后水冷至室温。加热温度：1025℃。保温时间：3.5h。

表1：实施例一中锻件的拉伸试验和冲击试验的性能

第二实施例：

如图1所示，本实施例的提高不锈钢冲击的锻造工艺，包括以下步骤：

原料中各化学元素的成分百分比为：C：0.025，Si：0.9，Mn:1.9，Cr：24.5，Mo：3.5，Ni：6.0，N：0.25，Al:0.015，V：0.15，P：0.025，S:0.009。余量为Fe。

加热步骤：将原料加热。加热温度：1165℃。

加热步骤中包括以下步骤：

第一次加热过程：加热温度：750℃。升温速度：6℃/min。保温时间：40min。

第二次加热过程：加热温度：970℃。升温速度：3℃/min。保温时间：60min。

第三次加热过程：加热温度：1165℃。升温速度：9℃/min。不进行保温。

锻造步骤：将原料依次进行拔长、拔长和镦粗锻造形成锻件。始锻温度：1160℃。终锻温度：915℃。

锻造步骤中第一次拔长比为：1.73。第二次拔长比：3.2。镦粗比：3.2。

锻造步骤中采用模具1进行拔长。模具1沿拔长方向对原料进行冲压。模具1靠近原料一侧开设有冲压槽11。围绕冲压槽11开设有向原料方向凸起的曲面12。相邻曲面12圆弧过渡。

锻造步骤中第一次拔长过程包括以下步骤：

将原料沿轴线转动一定角度后进行拔长。将原料拔长至形变量行程的第一处。原料转动圈数3。

锻造步骤中第二次拔长过程包括以下步骤：

将原料沿轴线转动一定角度后进行拔长。将原料拔长至形变量行程的极限处。原料转动圈数6。

第一次拔长过程中转动角度位置与第二次拔长过程中转动角度位置沿原料周向相互间隔。

热处理步骤：将锻件加热保温后水冷至室温。加热温度：1035℃。保温时间：4.5h。

表2：实施例二中锻件的拉伸试验和冲击试验的性能

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。