专利名称：1Mn18Cr18N钢护环锻件屈服强度的控制方法
技术领域：
本发明涉及lMnl8Crl8N钢护环锻件制造领域，特别涉及一种lMnl8Crl8N钢护环锻件制造工艺中屈服强度的控制方法。
背景技术：
护环是火电及核电机组中最重要的零件之一，装配于发电机组转子两端的线圈绕组上，与发电机组转子、线圈绕组、支撑环(中心环)、集电环等一起构成发电机组的转动部分。IMnlSCrlSN钢因其具有较高的抗裂纹扩展和抗应力腐蚀能力而成为新一代护环锻件的制造材料。发电机组要求护环必须具有良好的强度性能，因此强度指标是护环锻件力学性能验收检测项目中一个最重要性能指标，如果生产的护环锻件强度不能达到使用要求，则只能报废。护环锻件制造工艺中的一个重要工序是冷变形强化。冷变形强化的原理是利用金属在塑性变形时，产生加工硬化现象来提高钢的强度。IMnlSCrlSN钢的屈服强度随变形程度的增加而提高，因此，在IMnlSCrlSN钢护环锻件生产工艺中，通过控制冷变形强化工序中的锻件坯料变形程度来控制护环锻件屈服强度。即在冷变形强化工序中，通过向IMnlSCrlSN钢护环锻件坯料施加外力， 使得IMnlSCrlSN钢护环锻件坯料变形到设定程度，进而实现控制护环锻件的屈服强度的目的。护环锻件的屈服强度随变形程度的增加而提高，但其塑性和韧性随变形程度的增加而减小，因此，为使得护环锻件具有良好的性能，在满足屈服强度要求的情况下，护环锻件的变形程度应尽量小。目前的护环锻件生产工艺中，IMnlSCrlSN钢护环锻件坯料的变形程度设定值通常是根据经验而设定的，一次性制造出的IMnlSCrlSN钢护环锻件的屈服强度通常不能满足生产要求。只有设定多组不同的变形程度值，经过多次、甚至大量的生产试制，然后进行拉伸试样，检测试制的护环锻件的屈服强度，找出屈服强度符合生产要求的一组，然后再按照该组护环锻件坯料的变形程度ε进行工艺参数设计，批量生产屈服强符合生产要求的IMnlSCrlSN钢护环锻件。大量护环锻件试制，造成lMnl8Crl8N钢材料的大量浪费，也大大提高了生成成本。也正是由于生产成本太高，目前我国大机组用lMnl8Crl8N钢护环锻件多依赖于进口。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的IMnlSCrlSN钢护环锻件生产工序中因无法准确控制屈服强度而导致生产成本较高的不足，提供一种IMnlSCrlSN钢护环锻件屈服强度的控制方法，可实现一次性生产出屈服强度符合使用要求的IMnlSCrlSN钢护环锻件，降低生产成本。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案一种IMnlSCrlSN钢护环锻件屈服强度的控制方法，包括以下步骤(I)、检测lMnl8Crl8N钢护环锻件坯料中Mn、Cr、N的百分比含量；(2)、根据lMnl8Crl8N钢护环锻件坯料中Mn、Cr、N的重量百分比含量，确定IMnlSCrlSN钢护环锻件坯料的初始屈服强度值AO :如果该三种元素含量均为上限值，则AO为420 460Mpa ;如果该三种元素含量均为下限值，则AO为330 380Mpa ;否则AO为380 410Mpa ；(3)、在冷变形强化工序中，对lMnl8Crl8N钢护环锻件坯料进行多次变形和打磨，使得IMnlSCrlSN钢护环锻件坯料的总变形程度ε满足要求如果Rp —Αο —Κ1Χ100Χ ε I ≤ 0，则控制总变形程度 ε =(Rp-Ao) / Κ1Χ100 ；如果Rp — Ao— ΚΙΧ 100Χ ε I —Κ2Χ 100Χ ( ε 2 - ε I)≤ 0，则控制总变形程度 ε = (Rp — Ao — KlX 100Χ ε I) / Κ2Χ100+ ε I ；如果Rp — Ao — KlX IOOX ε I — Κ2Χ 100Χ ( ε 2 — ε I)— Κ3Χ100Χ ( ε 3 —ε 2)≤ 0，则控制总变形程度 ε =[(Rp — Ao — Κ1Χ100Χ ε1- K2X100XC ε 2 - ε I)] /Κ3Χ100+ ε 2 ；如果Rp — Ao — KlX 100Χ ε I — Κ2Χ 100Χ ( ε 2 — ε I)— Κ3Χ100Χ ( ε 3 —ε 2)— Κ4Χ100Χ ( ε 4 — ε 3)≤ 0，则控制总变形程度 ε =[(Rp — Ao — KlX 100X ε I —K2X100X ( ε 2 — ε I) — Κ3Χ100Χ ( ε 3 — ε 2) ] / Κ4Χ100+ ε 3 ；如果Rp — Ao — KlX 100Χ ε I — Κ2Χ 100Χ ( ε 2 — ε I)- Κ3Χ100Χ ( ε 3 —ε 2) - Κ4Χ100Χ ( ε 4 — ε 3) > O，则控制总变形程度 ε =60% ；其中，ε1、ε 2、ε 3和ε 4分别为依次增大的变形程度值,且ε1、ε 2、ε 3和ε 4均小于等于60% ;Κ1、Κ2、Κ3和Κ4分别为10 30的常数，Rp为目标屈服强度。优选的，将步骤(3)中总变形程度ε修订为ε + (0.5% 1%)。实际生产的通常情况是，要求生产出的IMnlSCrlSN钢护环锻件的屈服强度大于或等于目标屈服强度Rpdf变形程度ε修订为ε+(0. 5% 1%)，进一步确保生产的lMnl8Crl8N钢护环锻件的屈服强度符合生产要求。优选的，如果拉伸试样温度为95°C 105°C，则修订步骤(3)中所述目标屈服强度Rp :如果lMnl8Crl8N钢护环锻件坯料中Mn、Cr、N的百分比含量均为上限值，则修订Rp为Rp+ (100 130Mpa);如果该三种元素含量均为下限值，则修订Rp为Rp+ (170 200Mpa);否则修订Rp为Rp+ (140 160Mpa)。lMnl8Crl8N钢护环锻件制造完成后，(客户)需要通过拉伸试样，检测生产的IMnlSCrlSN钢护环锻件的屈服强度是否符合生产要求。通常情况下，在常温(20°C 29°C)下进行拉伸试样检测，根据护环锻件的使用要求，有时在95°C 105°C进行拉伸试样检测。拉伸试样温度对屈服强度的检测结果有影响，生产的同一个护环锻件在不同的拉伸试样温度下进行屈服强度检测，检测结果不一样。而且坯料中Mn、Cr、N的百分比含量不同，不同拉伸试样温度下检测结果也不同。因此在生产过程中，根据拉伸试样温度和坯料中Mn、Cr、N的百分比含量对目标屈服强度Rp进行修订，确保生产的lMnl8Crl8N钢护环锻件符合生产要求。与现有技术相比，本发明的有益效果本发明IMnlSCrlSN钢护环锻件屈服强度的控制方法，在冷变形强化工序中，通过控制IMnlSCrlSN钢护环锻件坯料的变形程度为ε，实现护环锻件的屈服强度控制。通过本发明方法，可一次性制造出屈服强度满足生产要求的lMnl8Crl8N钢护环锻件，避免了因大量lMnl8Crl8N钢护环锻件试制而造成的材料浪费、成本提高的问题，大大降低了 IMnlSCrlSN钢护环锻件制造成本，同时也提高了生产效率，使得我国大型机组用lMnl8Crl8N钢护环锻件不再依赖于进口，lMnl8Crl8N钢护环锻件制造技术不再受制于国外。
具体实施例方式下面结合试验例及具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。经过研究发现，护环锻件的屈服强度(常用RpO. 2表示)与钢护环锻件坯料在冷变形强化工序中的变形程度有关，变形程度不同，生产出的护环锻件的屈服强度不同。lMnl8Crl8N钢的屈服强度(RpO. 2)随变形程度的增加而提高，但不同的变形程度范围，屈服强度的增加程度不同。本发明方法根据IMnlSCrlSN钢护环锻件坯料在冷变形强化工序中的变形程度与屈服强度的关系，将护环锻件坯料的变形程度(O 70%，护环锻件坯料的最大变形程度为70%)划分为不同的区间，如(O, ε I], ( ε I, ε 2]，( ε 2，ε 3]，( ε 3，ε 4]...(ε (η-1), εη]，再根据屈服强度与IMnlSCrlSN钢护环锻件坯料的变形程度的关系，Rp=Ao+KlX100X ε 1+Κ2Χ100Χ ( ε 2 — ε 1)+Κ3Χ100Χ ( ε 3 — ε 2)+Κ4Χ100Χ ( ε 4 —ε 3)+…+KnXlOOX ( ε η - ε (η-1))，通过控制lMnl8Crl8N钢护环锻件坯料在冷变形强化工序中的变形程度，间接控制护环锻件的屈服强度。Ao为变形前IMnlSCrlSN钢护环锻件坯料的初始屈服强度值，KU K2、K3、K4、…Kn分别为10 30不同常数，表示不同变形程度条件下屈服强度的增长系数，单位为MpajnKl是区间(0，ε I]屈服强度增长系数；ε1、ε2、ε3、ε4、…ε η为百分数，表示逐渐变大的变形程度值，且ε η < 70%。经过研究发现，lMnl8Crl8N钢锭中坯料中Mn、Cr、N的百分比含量对屈服强度有影响，Mn、Cr、N的含量不同，相同冷变形程度下的屈服强度略有不同。lMnl8Crl8N钢锭中坯料的主要合金元素Mn、Cr、N (lMnl8Crl8N钢锭中坯料还包含其他元素)的重量百分比含量有相应的标准，根据IMnlSCrlSN钢锻件坯料中Mn、Cr、N的重量百分比，对冷变形前锻件坯料中的初始屈服强度值Ao进行修订，可提高所要求得的变形程度的准确性。具体修订方法是，检测lMnl8Crl8N钢护环锻件坯料化学成分中Mn、Cr、N的百分比含量如果该三种元素的含量均为上限值，则修订A o为420 460Mpa ;如果该三种元素含量均为下限值，则修订AO为330 380Mpa ;如果该三种元素含量均介于上限值与下限值之间，则修订AO为380 4IOMpaο制造好的IMnlSCrlSN钢护环锻件需要经过拉伸试样检测，以验证护环锻件的屈服强度是否符合制造要求，而拉伸试样的温度对检测的屈服强度有影响。即，在护环锻件制造过程中，即使采用相同的锻造工艺，在不同的拉伸试样温度下，检测出的屈服强度不同。因此，在屈服强度控制过程中，根据拉伸试样温度不同，对目标屈服强度Rp (即生产要求的护环锻件所要达到的最小屈服强度，通常生产要求护环锻件的屈服强度大于等于Rp)进行修订，确保生产的护环锻件的屈服强度满足生产要求。具体方法是，如果拉伸试样温度为95°C 105°C，则修订Rp为不同的值如果lMnl8Crl8N钢护环锻件坯料中Mn、Cr、N的百分比含量均为上限值，则修订Rp为Rp+ (100 130Mpa);如果该三种元素含量均为下限值，则修订Rp为Rp+ (170 200Mpa);否则修订Rp为Rp+ (140 160Mpa)。如果拉伸试样温度为20°C 29°C，则目标屈服强度保持原值，即Rp。lMnl8Crl8N钢的屈服强度(RpO. 2)随变形程度的增加而提高，但其塑性和韧性随变形程度的增加而减小。在护环锻件制造过程中，保证屈服强度的同时要考虑护环锻件的塑性和韧性。经过研究发现，当变形程度达到一定数值(55%)以后，随变形程度的增加，RpO. 2提高甚微；当变形程度达到lMnl8Crl8N的极限(60%)以后，其塑性(A%、Z%)和韧性(Kv2或Kv8)指标急剧下降，护环锻件可能破裂而报废，所以限定冷变形强化工序中，锻件坯料的变形程度最大为60%，即ε η < 60%。对护环锻件坯料的变形程度(O 60%)划分得越细，即η值越大，冷变形强化工序中控制护环锻件坯料的变形程度精度越高。但是经过研究发现，护环锻件在冷变形强化工序中的变形程度必须大于或等于30%，才能满足IMnlSCrlSN钢护环锻件的最低屈服强度要求，因此设定变形程度最低值为30%，即ε 1=30%。经过研究发现，将冷变形程度划分为四个区间(0，ε I]、( ε 1，ε 2]、( ε 2，ε 3]、( ε 3，ε 4]，其中 ε I = 30%, ε 2 为 35% 40%，ε 3为45% 50%，ε 4为60%，各区间对应的lMnl8Crl8N钢护环锻件屈服强度增长系数分别为Kl=25, Kl为14 17，Κ2为11 14，Κ3为7 10，冷变形强化工序中，按照屈服强度与lMnl8Crl8N钢护环锻件坯料的变形程度的关系，控制总变形程度为ε，生产的lMnl8Crl8N钢护环锻件即能够满足生产要求。所以实际生产过程中，只需要按照冷变形程度划分为(O, ε I]、( ε 1，ε 2]、( ε 2，ε 3]、( ε 3，ε 4]四个区间。如果Rp — Ao— ΚΙ X 100 X ε I 彡 0，则控制总变形程度 ε =(Rp-Ao) / Kl X 100。如果Rp — Ao— ΚΙΧ IOOX ε I —Κ2Χ IOOX ( ε 2 - ε I)彡 0，则控制总变形程度 ε = (Rp — Ao — KlX 100Χ ε I) / Κ2Χ100+ ε I。如果Rp — Ao — Kl X 100X ε I — Κ2X 100X ( ε 2 — ε I)- Κ3Χ100Χ ( ε 3 —ε 2)彡 0，则控制总变形程度 ε =[(Rp — Ao — Κ1Χ100Χ ε1- K2X100XC ε 2 - ε I)] /Κ3Χ100+ ε 2。如果Rp-Ao-Kl X IOOX ε 1-Κ2 X 100 X ( ε 2_ ε I)-Κ3 X 100 X ( ε 3 - ε 2)—Κ4Χ100Χ ( ε 4 — ε 3)彡 0，则控制总变形程度 ε =[ (Rp — Ao — KlX IOOX ε I —Κ2Χ100Χ ( ε 2 — ε I) — Κ3Χ100Χ ( ε 3 — ε 2) ] / Κ4Χ100+ ε 3。如果Rp — Ao — KlX IOOX ε I — Κ2Χ IOOX ( ε 2 — ε I)- Κ3Χ100Χ ( ε 3 —ε 2) - Κ4Χ100Χ ( ε 4 — ε 3) > O，则控制总变形程度 ε =60%。下面通过实际应用举例说明本发明方法。用户要求生产一批lMnl8Crl8N钢护环锻件，该批lMnl8Crl8N钢护环锻件的性能要求为屈服强度RpO. 2彡1050MPa(常温，即20°C 29°C )，拉伸试样检测的温度为95°C 100。。。步骤(I)、检测lMnl8Crl8N钢护环锻件坯料中Mn、Cr、N的百分比含量。步骤(2 )、IMn 18Cr 18N钢护环锻件坯料中Mn、Cr、N的百分比含量均为下限值，确定lMnl8Crl8N钢护环锻件坯料的初始屈服强度值AO为350Mpa。步骤(3)、修订目标屈服强度值Rp为1050+180=1330Mpa。本实际举例中，将冷变形程度划分为(O, 30%], (30%, 40%], (40%, 50%], (50%, 60%]四个区间。因为 Rp — Ao —KlX IOOX ε1- Κ2Χ100Χ ( ε 2 - ε I) - Κ3Χ100Χ ( ε 3 - ε 2) =1330 — 350 —25 X 100X30% — 17 X 100 X (40% — 30%)— 14 X 100 X (50% — 40%)= — 80〈0，则控制总变形程度 ε =[(Rp -Ao- KlX IOOX ε I — Κ2Χ100Χ( ε 2 — ε I)] / Κ3Χ100+ ε 2=[1330 —350 — 25 X 100X30% — 17 X IOOX (40% — 30%) ] / 14Χ 100+40%=44. 29% ^ 44. 3%，通常ε的精度取到O. 1%，采用“进一”原则将O. 09%收入为O. 1%。即在冷变形强化工序中，对IMnlSCrlSN钢护环锻件坯料进行多次变形和打磨，使得IMnlSCrlSN钢护环锻件坯料的总变形程度ε=44.3%。为了进一步确保生产的IMnlSCrlSN钢护环锻件的屈服强度满足生产要求，可将总变形程度ε进行适当修订，例如将ε =44. 3%修订为ε =44. 8%。进行验算屈服强度=350+25Χ100Χ30%+17Χ 100Χ (40%— 30%) +14X 100Χ(44. 3% - 40%) =1330. 2MPa≥1330MPa (目标屈服强度值Rp已由1050MPa修订为1050+180=1330MPa)。即冷变形强化工序，对坯料进行多次变形后使得总变形程度为44. 3%，生产出的IMnlSCrlSN钢护环锻件的屈服强度刚好满足生产要求的屈服强度最小值1050MPa。将总变形程度44. 3%修订为44. 8%，则生产出的lMnl8Crl8N钢护环锻件的屈服强度为 350+25X 100X30%+17X100X (40% — 30%) +14 X 100X (44. 8% — 40%)=1337. 2MPa彡1330MPa，生产的lMnl8Crl8N钢护环锻件的屈服强度完全符合生产要求。在95°C 100°C下进行拉伸试样检测，检测结果为lMnl8Crl8N钢护环锻件的屈服强度为1337MPa。即按照本发明方法进行护环锻件屈服强度控制，可一次性生产出屈服强度符合生产要求的lMnl8Crl8N钢护环锻件。可将每次生产的IMnlSCrlSN钢护环锻件的拉伸试样检测结果数据录入数据库，为产品质量的持续改进提供“数据分析”信息。每一次进行屈服强度控制时，也可以参照数据库中存储的类似产品(即屈服强度要求相近或相同)的工艺设计参数(特别是冷变形强化工序中，锻件坯料的总变形程 度ε参数)，对设计的总变形程度值进行适当的修订，或者直接用于生产屈服强度要求相同或相似的护环锻件，制造出的IMnlSCrlSN钢护环锻件的屈服强度符合生产要求，加快生产效率。
权利要求
1.一种IMnlSCrlSN钢护环锻件屈服强度的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 (1)、检测lMnl8Crl8N钢护环锻件坯料中Mn、Cr、N的百分比含量； (2)、根据lMnl8Crl8N钢护环锻件坯料中Mn、Cr、N的重量百分比含量，确定lMnl8Crl8N钢护环锻件坯料的初始屈服强度值AO :如果该三种元素含量均为上限值，则AO为420 460Mpa ;如果该三种元素含量均为下限值，则AO为330 380Mpa ;否则AO为380 41OMpa ； (3)、在冷变形强化工序中，对IMnlSCrlSN钢护环锻件坯料进行多次变形和打磨，使得IMnlSCrlSN钢护环锻件坯料的总变形程度ε满足要求 如果 Rp -Ao- Kl X 100 X ε I 彡 0，则控制总变形程度 ε = (Rp — Ao) / Κ1Χ100 ； 如果 Rp -Ao- KlX 100Χ ε I — K2X100XC ε 2 — ε I)彡 0，则控制总变形程度 ε =(Rp -Ao- Kl X 100X ε I) / Κ2Χ100+ ε I ；如果 Rp — Ao — KlX IOOX ε I — Κ2Χ IOOX ( ε 2 — ε I)- Κ3Χ100Χ ( ε 3 — ε 2)(0，则控制总变形程度 ε =[ (Rp -Ao- KlX IOOX ε1- Κ2Χ100Χ ( ε 2 — ε I) ] /Κ3Χ100+ ε 2 ； 如果 Rp — Ao — Kl X 100X ε I — Κ2X 100X ( ε 2 — ε I) - Κ3Χ100Χ ( ε 3 —ε 2)— Κ4Χ100Χ ( ε 4 — ε 3)彡 0，则控制总变形程度 ε =[(Rp — Ao — KlX 100X ε I —K2X100X ( ε 2 — ε I) — Κ3Χ100Χ ( ε 3 — ε 2) ] / Κ4Χ100+ ε 3 ； 如果 Rp-Ao-Kl X 100X ε 1-Κ2Χ100Χ( ε 2_ ε I)-Κ3Χ100Χ( ε 3 — ε 2)—Κ4Χ100Χ(ε 4 - ε 3) > 0，则控制总变形程度ε =60% ； 其中，ε1、ε 2、ε3和ε 4分别为依次增大的变形程度,且ε1、ε 2、ε3和ε 4均小于等于60% ;Κ1、Κ2、Κ3和Κ4分别为10 30的常数，Rp为目标屈服强度。
2.根据权利要求1所述的IMnlSCrlSN钢护环锻件屈服强度的控制方法，其特征在于，将步骤(3)中总变形程度ε修订为ε +0. 5% 1%。
3.根据权利要求1所述的IMnlSCrlSN钢护环锻件屈服强度的控制方法，其特征在于，如果拉伸试样温度为95°C 105°C，则修订步骤(3)中所述目标屈服强度Rp :如果lMnl8Crl8N钢护环锻件坯料中Mn、Cr、N的百分比含量均为上限值，则修订Rp为Rp+100 130Mpa ;如果该三种元素含量均为下限值，则修订Rp为Rp+170 200Mpa ;否则修订Rp为Rp+140 160Mpa。
全文摘要
本发明公开了一种1Mn18Cr18N钢护环锻件屈服强度的控制方法。本发明方法包括(1)检测1Mn18Cr18N钢护环锻件坯料中Mn、Cr、N的百分比含量；(2)根据1Mn18Cr18N钢护环锻件坯料中Mn、Cr、N的百分比含量，确定1Mn18Cr18N钢护环锻件坯料的初始屈服强度值A0(3)在冷变形强化工序中，对1Mn18Cr18N钢护环锻件坯料进行多次变形和打磨，使得1Mn18Cr18N钢护环锻件坯料的总变形程度ε满足要求。通过本发明方法控制护环锻件的屈服强度，可一次性制造出屈服强度满足生产要求的1Mn18Cr18N钢护环锻件，大大降低了1Mn18Cr18N钢护环锻件的生产成本。
文档编号C21D7/02GK103060540SQ201210579768
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者鲜勇, 丁宇 申请人:德阳万鑫电站产品开发有限公司