一种含氮奥氏体不锈钢的锻造工艺的制作方法

本发明涉及一种金属锻造工艺，尤其是一种含氮奥氏体不锈钢的锻造工艺。

背景技术：

含氮奥氏体不锈钢是用氮代替价格昂贵的金属镍，以稳定奥氏体相区，降低生产成本，同时氮通过固溶强化的方式增加不锈钢的强度。因为具有诸多的优点，因此含氮奥氏体不锈钢具有广阔的前景。但是含氮奥氏体不锈钢的生产却受到一定的限制，其中一个重要的因素就是含氮奥氏体不锈钢的热加工。热处理工艺不佳，会使含氮奥氏体不锈钢的晶界处存在析出相，弱化晶界塑性，导致锻造开裂。在热锻过程中，由于锻造温度窗口较小，最佳的温度区间为950～1170℃，当温度低于此温度区间，会降低材料的热塑性，因此，在锻造过程中稍有不慎，就会出现锻造开裂现象，严重影响材料的生产进度及成材率。而且温度区间窄，导致每一火次的锻造时间减少，增加锻造火次及生产周期，同时也提高了生产成本及劳动力。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种热塑性好的含氮奥氏体不锈钢的锻造工艺。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括锻前热处理和锻造过程；所述锻前热处理过程为：坯料升温至980～1020℃，保温1～1.5h；再升温至1140～1160℃，保温10～15h；

所述锻造过程：采用多火次锻造，锻压时采用锻压机的温度补偿装置进行加热，控制每火次终锻温度在950℃及以上。

本发明所述坯料以200～300℃/h升温至980～1020℃。

本发明所述坯料以100～150℃/h升温至1140～1160℃。

本发明所述锻造过程中，每火次锻压后的坯料回炉补温；所述回炉补温为：坯料加热至1140～1160℃，保温40～60min。

本发明所述含氮奥氏体不锈钢的氮含量为0.1～0.5%。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过热处理工艺，可以使含氮奥氏体不锈钢中析出相回溶，晶界脆化相减少，消除因晶界弱化而产生的锻造开裂；在锻造过程中使用补温装置对材料进行温度补偿，根据锻件温降速率较快位置，增加了锻件温度的均匀性，可以有效降低锻件因温差而产生的内部应力；同时提高了每火次的持续时间，进而减少锻造火次，解放劳动力，节约锻造时间，减少加热炉工作时间，降低生产成本，提高了生产加工效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的补温装置结构示意图；

图2是本发明实施例1锻后产品的微观组织图；

图3是本发明实施例2锻后产品的微观组织图；

图4是本发明实施例3锻后产品的微观组织图。

图中：1－供电系统、2－测温装置、3－电磁感应线圈、4－锻坯、5－温控阀、6－移动小车、7－锻压机底座。

具体实施方式

本含氮奥氏体不锈钢的锻造工艺包括锻前热处理和锻造过程；各过程的工艺如下所述：（1）所述含氮奥氏体不锈钢的成分及其质量百分含量为：c0.02%～0.55%、si≤0.35、mn8.0～10.0%、ni3.5%～4.5%、cr19.0%～22.0%、n0.1%～0.5%、s≤0.01%、p≤0.01%，余量为fe和不可避免的杂质。

（2）锻前热处理：坯料以200～300℃/h升温至980～1020℃，保温1～1.5h；再以100～150℃/h升温至1140～1160℃，保温10～15h即可进行锻造；如因生产现场条件，无法立即锻造，可出炉空冷，在需要锻造前再入炉加热，随炉升温至1140～1160℃，保温5～10h，确保坯料热透。

（3）热透后的坯料进入锻压机进行锻压，采用多火次锻造方式，每火次终锻温度控制在950℃及以上；即锻件在锻压时降温到或者快要降温到950℃时，取出锻件放入加热炉，在加热炉中回炉补温；回炉补温过程为：坯料回炉温1140～1160℃的加热炉，加热至1140～1160℃，然后保温40～60min。

在锻造时，使用补温装置对坯料进行温度补偿。图1所示，补温装置配备供电系统1、温控阀5、测温装置2、移动小车6和电磁感应线圈3；加热方式为感应加热，利用电磁感应的方法使被加热的材料的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的。所述供电系统1、温控阀5、测温装置2安装在移动小车之上，这样可方便移动，根据使用情况灵活移动位置。本补温装置通过测温装置2，可以对锻坯温度进行实时监测；温控阀5与测温装置2连接，接收测温装置2提供的温度信息反馈，并根据反馈信息向电磁感应线圈3的供电系统1发出指令。供电系统1收到指令后通电，利用电磁感应线圈3对坯料进行补温。锻造第一火前，可以将加热装置降低，利用电磁感应线圈3对锻压机底座7进行预热，预热至150～200℃；防止由于底座温度过低，与热锻坯接触时吸收锻坯热量，降低坯料的温度，对锻造产生不利影响。

实施例：下述各实施例中，所采用的含氮奥氏体不锈钢的具体成分含量见表1。

表1：各实施例不锈钢的成分（wt）

实施例1：本含氮奥氏体不锈钢的锻造工艺具体如下所述。

锻造材料为含氮奥氏体不锈钢电渣铸锭，尺寸：φ300mm×450mm。对坯料进行热处理，工艺为：以300℃/h升温至1000℃，保温1h；再以100℃/h升温至1150℃，保温15h；出炉空冷。装入锻压机前加热炉，随炉升温至1160℃，保温5h，确保坯料热透。

锻造前准备工作，设备及线路检查。根据坯料锻造要求，在温控阀上设定温度区间为950～1170℃。在最初锻造时，使用感应线圈对锻压机底座进行预热，加热到150℃。锻造开始时，测温装置实时监测锻坯表面温度，根据测温装置提供的温度反馈信息，加热装置迅速对锻坯进行补温。第一火持续3min，变形量为40mm，终锻温度为961℃；回炉，在炉内加热至1150℃，然后保温1h。第二火持续3min，变形量为38mm，坯料温度降至953℃；采用上述回炉保温工艺进行补温。第三火开始时进行倒角，锻造持续2.5min，将坯料锻打至180×190mm，终锻温度为959℃；采用上述回炉保温工艺进行补温。第四火开始时倒角，锻造持续2.5min，终锻温度为952℃；采用上述回炉保温工艺进行补温。第五火持续2min，锻打至140×140方并进行调直等精整。锻造结束后空冷。

本实施例所得锻坯表面质量良好，取样进行微观组织观察，如图2所示，晶粒尺寸均匀细小，平均晶粒尺寸约为70μm。

实施例2：本含氮奥氏体不锈钢的锻造工艺具体如下所述。

锻造材料为含氮奥氏体不锈钢锻坯，尺寸：150mm×150mm×200mm。对坯料进行热处理，工艺为：以250℃/h升温至1020℃，保温1h；再以120℃/h升温至1150℃，保温10h；出炉空冷。装入锻压机前加热炉，随炉升温至1150℃，保温10h，确保坯料热透。

锻造前准备工作，设备及线路检查。根据坯料锻造要求，在温控阀上设定温度区间为950～1170℃。在最初锻造时，使用感应线圈对锻压机底座进行预热，加热到200℃。锻造开始时，测温装置实时监测锻坯表面温度，根据测温装置提供的温度反馈信息，加热装置迅速对锻坯进行补温。第一火开始时对坯料进行倒角，锻造持续2min，变形量为20mm，终锻温度为962℃；回炉，在炉内加热至1160℃，然后保温40min。第二火开始时进行倒角持续2min，变形量为20mm，坯料温度降至953℃；采用上述回炉保温工艺进行补温。第三火开始时进行倒角，锻造持续2min，将坯料锻打至90×90mm，终锻温度为959℃；采用上述回炉保温工艺进行补温。第四火开始时倒角，锻造持续2min，终锻温度为952℃，锻打为80×80mm方坯并精整；锻造结束后空冷。

本实施例所得锻坯表面质量良好，取样进行微观组织观察，如图4所示，晶粒尺寸均匀细小。平均晶粒尺寸约为80μm。

实施例3：本含氮奥氏体不锈钢的锻造工艺具体如下所述。

锻造材料为含氮奥氏体不锈钢非真空铸锭，尺寸：φ220mm×200mm。对坯料进行热处理，工艺为：以220℃/h升温至1000℃，保温1.5h；再以130℃/h升温至1160℃，保温12h；出炉空冷。装入锻压机前加热炉，随炉升温至1150℃，保温8h，确保坯料热透。

锻造前准备工作，设备及线路检查。根据坯料锻造要求，在温控阀上设定温度区间为950～1170℃。在最初锻造时，使用感应线圈对锻压机底座进行预热，加热到180℃。锻造开始时，测温装置实时监测锻坯表面温度，根据测温装置提供的温度反馈信息，加热装置迅速对锻坯进行补温。第一火锻造持续2.5min，变形量为30mm，终锻温度为952℃；回炉，在炉内加热至1140℃，然后保温50min。第二火持续2.5min，变形量为25mm，坯料温度降至955℃；采用上述回炉保温工艺进行补温。第三火开始时进行倒角，锻造持续2.5min，将坯料锻打至160×160mm，终锻温度为960℃；采用上述回炉保温工艺进行补温。第四火开始时倒角，锻造持续2min，终锻温度为954℃，锻打为140×140mm方坯并精整；锻造结束后空冷。

本实施例所得锻坯表面质量良好，取样进行微观组织观察，如图4所示，晶粒尺寸均匀细小，平均晶粒尺寸为70μm。

实施例4：本含氮奥氏体不锈钢的锻造工艺具体如下所述。

锻造材料为含氮奥氏体不锈钢电渣铸锭，尺寸：φ300mm×450mm。对坯料进行热处理，工艺为：以200℃/h升温至990℃，保温1.2h；再以150℃/h升温至1145℃，保温13h；然后直接装入锻压机进行锻造。

锻造前准备工作，设备及线路检查。根据坯料锻造要求，在温控阀上设定温度区间为950～1170℃。在最初锻造时，使用感应线圈对锻压机底座进行预热，加热到170℃。锻造开始时，测温装置实时监测锻坯表面温度，根据测温装置提供的温度反馈信息，加热装置迅速对锻坯进行补温。锻件在每火锻造降温到950～980℃时进行回炉补温，回炉补温过程为：坯料回炉加热至1145℃，然后保温50min。直至锻打至140×140方并进行调直等精整。锻造结束后空冷。

本实施例所得锻坯表面质量良好，取样进行微观组织观察，晶粒尺寸均匀细小，平均晶粒尺寸约为70μm。

实施例5：本含氮奥氏体不锈钢的锻造工艺具体如下所述。

锻造材料为含氮奥氏体不锈钢锻坯，尺寸：150mm×150mm×200mm。对坯料进行热处理，工艺为：以270℃/h升温至980℃，保温1.5h；再以130℃/h升温至1155℃，保温12h；出炉空冷。装入锻压机前加热炉，随炉升温至1140℃，保温7h，确保坯料热透。

锻造前准备工作，设备及线路检查。根据坯料锻造要求，在温控阀上设定温度区间为950～1170℃。在最初锻造时，使用感应线圈对锻压机底座进行预热，加热到150℃。锻造开始时，测温装置实时监测锻坯表面温度，根据测温装置提供的温度反馈信息，加热装置迅速对锻坯进行补温。锻件在每火锻造降温到950～990℃时进行回炉补温，回炉补温过程为：坯料回炉加热至1155℃，然后保温50min。直至锻打为80×80mm方坯并精整；锻造结束后空冷。

本实施例所得锻坯表面质量良好，取样进行微观组织观察，晶粒尺寸均匀细小。平均晶粒尺寸约为80μm。

实施例6：本含氮奥氏体不锈钢的锻造工艺具体如下所述。

锻造材料为含氮奥氏体不锈钢非真空铸锭，尺寸：φ220mm×200mm。对坯料进行热处理，工艺为：以240℃/h升温至1010℃，保温1.3h；再以125℃/h升温至1140℃，保温14h；然后直接装入锻压机进行锻造。

锻造前准备工作，设备及线路检查。根据坯料锻造要求，在温控阀上设定温度区间为950～1170℃。在最初锻造时，使用感应线圈对锻压机底座进行预热，加热到160℃。锻造开始时，测温装置实时监测锻坯表面温度，根据测温装置提供的温度反馈信息，加热装置迅速对锻坯进行补温。锻件在每火锻造降温到950～980℃时进行回炉补温，回炉补温过程为：坯料回炉加热至1150℃，然后保温45min。直至锻打为140×140mm方坯并精整；锻造结束后空冷。

本实施例所得锻坯表面质量良好，取样进行微观组织观察，晶粒尺寸均匀细小，平均晶粒尺寸为70μm。

实施例7：本含氮奥氏体不锈钢的锻造工艺具体如下所述。

锻造材料为含氮奥氏体不锈钢电渣铸锭，尺寸：φ300mm×450mm。对坯料进行热处理，工艺为：以260℃/h升温至1005℃，保温1.4h；再以135℃/h升温至1150℃，保温12h；出炉空冷。装入锻压机前加热炉，随炉升温至1145℃，保温6h，确保坯料热透。

锻造前准备工作，设备及线路检查。根据坯料锻造要求，在温控阀上设定温度区间为950～1170℃。在最初锻造时，使用感应线圈对锻压机底座进行预热，加热到175℃。锻造开始时，测温装置实时监测锻坯表面温度，根据测温装置提供的温度反馈信息，加热装置迅速对锻坯进行补温。锻件在每火锻造降温到950～990℃时进行回炉补温，回炉补温过程为：坯料回炉加热至1145℃，然后保温50min。直至锻打至140×140方并进行调直等精整。锻造结束后空冷。

本实施例所得锻坯表面质量良好，取样进行微观组织观察，晶粒尺寸均匀细小，平均晶粒尺寸约为70μm。