专利名称：深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法
技术领域：
本发明属于锻造与热处理领域，具体涉及一种深海采油设备阀座用钢锻件锻坯的制造方法。
背景技术：
深海采油井口装置和采油树应用于石油开采工业，主要用于悬挂下入井中的油管柱，密封油套管的环形空间，控制和调节油井生产，保证作业，录取油，套压资料，测试及清蜡等日常生产管理。其中包括用来测量和维修、调节或阻止所产原油蒸汽、天然气和液体从井内涌出的各种类型的阀门，如闸阀、节流阀、旋塞阀、止回阀、节流阀、紧急切断阀等，且使用数量也特别大。由此可见，在深海采油设备系统中，阀门的作用举足轻重。深海采油井口装置和采油树的应用环境苛刻如富含泥浆、H2S和CO2等腐蚀气体。工作压力高，通常为35MPa 69MPa甚至更高，工作温度低，最低为零下50°C左右。作为该系统中的各种阀门的工作环境同样如此，质量要求必须满足石油行业内最严格的标准API6AV1——海底阀门和执行器的测试标准。阀座是阀门所有部件和管线的承载体，不仅要求具有较高的常规综合力学性能，还必须有良好的低温韧性。因此，锻件的主要锻造工序、锻件质量、交货及验收严格执行API6A/IS010423《井口设备和采油树设备规范》及技术文件MS-Ol 1501-11REV. 04。目前，用于制造采油系统的阀座材料通常选用AISI4130(M0D)，属于中等淬透性低合金结构钢，相当于我国的亚共析低合金钢30CrMo。阀座锻件的截面尺寸相对较大590 X 402 X 1073mm)，形状复杂，存在多个圆方过渡截面。为保证获得尽可能深的淬硬层深度，热处理工艺要求淬火冷却介质为水。对于截面尺寸相对较大，形状复杂的热处理锻件，淬火时因水的冷却速度过大而形成较大的热应力和组织应力，尤其是在圆方过渡的截面及淬透层与未淬透层的界面处热应力和组织应力更大，由此导致阀座淬裂的几率增大。其次，锻件的尺寸大选用的钢锭也大，大钢锭锻造时往往不能锻透，一些铸态冶金缺陷，如偏析、疏松、缩孔等将不同程度地残留在锻件中，使锻件在热处理过程中将产生更大的应力集中，往往导致锻件在热处理过程中或在热处理结束后的放置过程中发生开裂，或者因内应力的存在而降低零件在服役时的有效承载能力。由上述原因不但影响了阀座的制造质量和正常的生产节奏，还增加制造成本和产品质量信誉度的负面影响。此外，由于阀座处于深海苛刻工况条件，要求低温韧性-60°夏比V型缺口冲击功彡27J。因此，使用AISI4130(M0D)材料，以常规的锻件制造工艺制造出的深海阀座，不但制造工艺和产品质量难以稳定，其低温韧性也难以满足要求，无法适用于深海采油井口装置和采油树这样的苛刻环境，尤其是低温工况环境。因此，需要一种新的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法以解决上述问题。
发明内容
发明目的本发明针对现有技术的锻件制造方法在深海采油设备阀座用钢锻件方面的缺陷，提供一种深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法。
技术方案为解决上述技术问题，本发明的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法采用如下技术方案一种深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法，包括以下步骤(I)以铬钥低合金钢为坯料，利用径向十字锻造方法对所述坯料进行锻造，得到阀座锻还;(2)对步骤(I)得到的阀座锻坯进行扩氢热处理；(3)对步骤(2)得到的阀座锻坯进行粗加工去除锻坯黑皮，得到阀座毛坯；(4)对步骤(3)得到的阀座毛坯进行正火；(5)对步骤(4)得到的阀座毛坯利用水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理；(6)将经过步骤(5)处理后的阀座锻件加热至650-670°C并保温680分钟以上，出炉空冷至室温，即得到所述深海采油设备阀座用钢锻件。有益效果本发明的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法选用铬钥低合金钢材料，并将锻造工艺和热处理工艺组合起来，即径向十字锻造工艺和正火+水冷/空冷三次循环间歇淬火的调质热处理工艺。不仅有效地防止了形状复杂的大锻淬火开裂，而且制造的深海采油设备阀座用钢锻件的综合力学性能尤其是低温韧性大幅度提高，能很好地适用于深海低温工况环境。优选的，所述铬钥低合金钢包括以下质量百分比的各组分0.289Γ0.33%碳、O. 15% 0· 40% 硅、O. 40%` 0· 80% 锰、O. 80%"1. 20% 铬、O. 15% 0· 35% 钥、0 0· 025% 磷、0 0· 025%硫、0 2· Oppm氢、0 0· 50%镍、0 0· 035%钒、0 0. 35%铜、(Tl. 0%残余元素铌、钛和铝，其余
为Fe。优选的，所述径向十字锻造方法包括以下步骤a、将坯料沿轴向镦粗；b、沿所述坯料的横断面两个相互垂直的直径方向反复镦拔；c、沿轴向拔出阀座锻坯。该方法坯料变形方向变化多，钢锭心部金属向外流动，对破碎钢锭中心的铸态组织、锻合钢锭内部的疏松、孔穴、裂纹等缺陷及其组织沿径向均匀分布的效果显著。本发明专利的径向十字锻造比采用常规锻造工艺更能将铸态金属中疏松、空隙和裂纹等原始缺陷最大程度地压实，提高了金属的致密度和连续性，同时促进铸态组织揉合，使锻件内外组织趋向均匀，有效地减轻了锻件的偏析程度。径向十字锻造不但有效地挖掘了材料的组织性能和综合力学性能。而且由于锻坯的组织致密、均匀，大大降低了锻坯的残余内应力，消除了引起应力集中的内部缺陷，增强了锻坯在调质热处理淬火过程承受热应力和组织应力的冲击能力，减少了锻坯的淬裂风险，对降低热处理工艺形成的淬火裂纹也是一种互补。径向十字锻造方法的目的是利用坯料变形方向变化多，钢锭心部金属向外流动，有效地破碎了钢锭中心的铸态树枝晶组织、锻合钢锭内部的疏松、孔穴、裂纹等缺陷，提高了金属的致密度和连续性。同时促进了铸态组织的揉合，使锻件内外组织趋向均匀，减轻了锻件组织的偏析程。从组织上确保锻件在随后的调质热处理的淬火过程中，避免锻组织缺陷引发的淬火应力集中裂纹或由此而引起的淬火开裂，增强形状复杂锻件抵抗热处理热应力和组织应力的冲出能力。优选的，所述扩氢热处理具体包括以下步骤将步骤⑴得到的阀座锻坯进炉加热至880±20°C保温至少360分钟，空冷至300±20°C保温至少180分钟，然后再加热至650±20°C保温至少720分钟，炉冷至400±20°C出炉空冷。扩氢热处理的目的是在原始钢锭保证氢含量在2. Oppm以下的前提下，进一步降低氢的含量，防止阀座锻坯产生白点裂纹和热处理应力诱发氢致裂纹及氢致延迟滞后裂纹。优选的，所述正火具体包括以下步骤将步骤(3)得到的阀座锻坯加热至900±20°C并保温至少420分钟后，出炉空冷至室温。正火处理目的是在调质热处理之前增加高温正火热处理，一是改变了调质淬火前锻态的组织状态、组织趋于均匀；二是锻态晶粒进一步细化，调质淬火后获得了更加细小均匀的淬火组织，提高了调质热处理后材料的强韧化性能。优选的，所述水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺具体包括以下步骤将步骤(4)正火处理后的阀座锻坯加热至淬火温度并保温，出炉，然后依次进行第一次入水冷却、第一次出水空冷、第二次入水冷却、第二次出水空冷、第三次入水冷却、第三次出水空冷、第四次入水冷却至室温，其中，第一次入水冷却的时间t按照经验公式按t=K*D估算，其中，低合金钢系数K为O. 8 1. 6s/mm, D为阀座锻还的直径，D的单位为mm, t为淬火水冷时间，t的单位为秒，第一次空冷时间为第一次入水冷却时间的1/2 1/3，此后每个循环中入水冷却时间按前一个循环的O. 8 O. 7递减，出水空冷时间按前一循环的1. 5 2递增。其中，步骤
(6)中利用所述水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺进行调质热处理的过程中，开始时淬火的水温低于38°C，结束时淬火的水温低于49°C。通过水冷/空冷三次循环间歇淬火，最大限度地降低锻件热处理产生的热应力和组织应力在阀座截面尺寸不同的圆与圆和圆与方的过渡截面处引起的应力集中，防止了锻件的淬火开裂和内裂，同时也获得均匀细小淬火组织。优选的，步骤(5)中所述水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺之前，将步骤(4)得到的阀座锻坯加热至870±10°C并保温至少300分钟，降温至800±10°C保温至少120分钟，然后利用所述水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺对阀门锻坯进行淬火热处理。淬火前将加热温度由870±10°C降至800±10°C保温至少120分钟，其目的是降低淬火温度可有效地减小淬火应力，防止大锻件淬裂倾向。优选的，利用所述水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺进行调质热处理的过程中，第一次入水冷却、第二次入水冷却和第三次入水冷却的过程中，对水进行搅拌处理，其中，水的搅拌流速大于等于O. 4米/秒，第四次入水冷却时停止搅拌。上述设计是为了保证淬火过程中为减少冷却过程中蒸气膜对马氏体转变的不良影响，采用搅拌的方法，在工件冷却区域水的搅拌流速大于等于O. 4米/秒，最后一次入水冷却停止搅拌。优选的，所述坯料为AISI4130(M0D)
图1为本发明实施例的锻造流程图；图2为本发明实施例的热处理曲线图；图3为比较例A的横向低倍组织图；图4为实施例B的横向低倍组织图；图5为实施例C的横向低倍组织图；图6为比较例A的金相组织图(100 X)；图7为比较例A的金相组织图(500 X)；
图8为实施例B的金相组织图(100X)；图9为实施例B的金相组织图(500X)；图1O为实施例C的金相组织图(100X)；图11为实施例C的金相组织图(500X)。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。请参阅图1和图2所示，本发明的一种深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法，包括以下步骤(I)根据深海采油设备阀座的尺寸，选择合适的坯料，所述坯料为铬钥低合金钢，本公司选用的坯料为AISI4130(M0D);铬钥低合金钢包括以下质量百分比的各组分O. 28% O. 33% 碳、O. 15% O. 40% 硅、O. 40% O. 80% 锰、O. 80%"1. 20% 铬、O. 15% O. 35% 钥、0 0· 025% 磷、0 0· 025% 硫、0 2· Oppm 氢、0 0· 50% 镍、0 0· 035% 钒、(Πλ 35% 铜、(Tl. 0% 残余
元素银、钛和招，其余为Fe。(2)利用径向 十字锻造方法对步骤(I)得到的坯料进行锻造，得到阀座锻坯；所述径向十字锻造方法包括以下步骤a、将坯料沿轴向镦粗；b、沿所述坯料的横断面两个相互垂直的直径方向反复镦拔；C、沿轴向拔出阀座锻坯。该方法坯料变形方向变化多，钢锭心部金属向外流动，对破碎钢锭中心的铸态组织、锻合钢锭内部的疏松、孔穴、裂纹等缺陷及其组织沿径向均匀分布的效果显著。本发明专利的径向十字锻造比采用常规锻造工艺更能将铸态金属中疏松、空隙和裂纹等原始缺陷最大程度地压实，提高了金属的致密度和连续性，同时促进铸态组织揉合，使锻件内外组织趋向均匀，有效地减轻了锻件的偏析程度。径向十字锻造不但有效地挖掘了材料的组织性能和综合力学性能。而且由于锻坯的组织致密、均匀，大大降低了锻坯的残余内应力，消除了引起应力集中的内部缺陷，增强了锻坯在调质热处理淬火过程承受热应力和组织应力的冲击能力，减少了锻坯的淬裂风险，对降低热处理工艺形成的淬火裂纹也是一种互补。径向十字锻造方法的目的是利用坯料变形方向变化多，钢锭心部金属向外流动，有效地破碎了钢锭中心的铸态树枝晶组织、锻合钢锭内部的疏松、孔穴、裂纹等缺陷，提高了金属的致密度和连续性。同时促进了铸态组织的揉合，使锻件内外组织趋向均匀，减轻了锻件组织的偏析程。从组织上确保锻件在随后的调质热处理的淬火过程中，避免锻组织缺陷引发的淬火应力集中裂纹或由此而引起的淬火开裂，增强形状复杂锻件抵抗热处理热应力和组织应力的冲出能力。(3)对步骤⑵得到的阀座锻坯进行扩氢热处理；所述扩氢热处理具体包括以下步骤将步骤(I)得到的阀座锻坯进炉加热至880±20°C保温至少360分钟，空冷至300±20°C保温至少180分钟，然后再加热至650±20°C保温至少720分钟，炉冷至400±20°C出炉空冷；(4)对步骤(3)得到的阀座锻坯进行粗加工去除锻坯黑皮，得到阀座毛坯；(5)对步骤(4)得到的阀座毛坯进行正火；其中，正火具体包括以下步骤将步骤
(3)得到的阀座锻坯加热至900±20°C并保温至少420分钟后，出炉空冷至室温。正火处理目的是在调质热处理之前增加高温正火热处理，一是改变了调质淬火前锻态的组织状态、组织趋于均匀；二是锻态晶粒进一步细化，调质淬火后获得了更加细小均匀的淬火组织，提高了调质热处理后材料的强韧化性能。(6)对步骤(5)得到的阀座毛坯加热至淬火温度并保温，出炉，利用水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理；其中，水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺具体包括以下步骤将步骤(5)正火处理后的阀座锻坯加热至淬火温度并保温，出炉，然后依次进行第一次入水冷却、第一次出水空冷、第二次入水冷却、第二次出水空冷、第三次入水冷却、第三次出水空冷、第四次入水冷却至室温，其中，第一次入水冷却的时间t按照经验公式按t=K*D估算,其中，低合金钢系数K为O. 8 1. 6s/mm,D为阀座锻还的直径,D的单位为mm,t为淬火水冷时间，t的单位为秒，第一次空冷时间为第一次入水冷却时间的1/2 1/3，此后每个循环中入水冷却时间按前一个循环的O. 8 O. 7递减，出水空冷时间按前一循环的1.5 2递增。其中，步骤(6)中利用所述水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺进行调质热处理的过程中，开始时淬火的水温低于38°C，结束时淬火的水温低于49°C。通过水冷/空冷三次循环间歇淬火，最大限度地降低锻件热处理产生的热应力和组织应力在阀座截面尺寸不同的圆与圆和圆与方的过渡截面处引起的应力集中，防止了锻件的淬火开裂和内裂，同时也获得均匀细小淬火组织。其中，利用所述水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺进行调质热处理的过程中，第一次入水冷却、第二次入水冷却和第三次入水冷却的过程中，对水进行搅拌处理，其中，水的搅拌流速大于等于O. 4米/秒，第四次入水冷却时停止搅拌。上述设计是为了保证淬火过程中为减少冷却过程中蒸气膜对马氏体转变的不良影响，采用搅拌的方法，在工件冷却区域水的搅拌流速大于等于O. 4米/秒，最后一次入水冷却停止搅拌。其中，水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺之前，将步骤(5)得到的阀座锻坯加热至870±10°C并保温至少300分钟，降温至800±10°C保温至少120分钟，然后利用所述水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺对阀门锻坯进行淬火热处理。淬火前将加热温度由870±10°C降至800±10°C保温至少120分钟，其目的是降低淬火温度可有效地减小淬火应力，防止大锻件淬裂倾向。(7)将经过步骤(6)处理后的阀座毛坯加热至650_670°C并保温至少680分钟，出炉空冷至室温，即得到所述深海采油设备阀座用钢锻件。本发明的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法选用铬钥低合金钢材料，本公司选用的坯料为AISI4130(M0D)，并将锻造工艺和热处理工艺组合起来，即径向十字锻造工艺和正火+水冷/空冷三次循环间歇淬火的调质热处理工艺。不仅有效地防止了形状复杂的大锻淬火开裂，而且制造的深海采油设备阀座用钢锻件的综合力学性能尤其是低温韧性大幅度提高，能很好地适用于深海低温工况环境。对比例A:Al、以铬钥低合金钢为坯料，铬钥低合金钢包括以下质量百分比的各组分O. 28% O. 33% 碳、O. 15% O. 40% 硅、O. 40% O. 80% 锰、O. 80%"1. 20% 铬、O. 15% O. 35% 钥、0 0· 025% 磷、0 0· 025% 硫、0 2. Oppm 氢、0 0. 50% 镍、0 0· 035% 钒、0 0· 35% 铜、(Tl. 0% 残余
元素银、钛和招，其余为Fe ；A2、根据所需结构件尺寸，选择5. 4t的八角梅花锭，进炉加热至1250°C保温180分钟出炉，在35MN的自由锻快锻油压机上压钳把，倒棱；A3、坯料进炉加热至1250°C保温180分钟出炉，漏盘镦粗至高径比为0.84(镦粗后的高度为800mm)，再用600mm宽上下平砧沿钢锭轴向拔长4趟，趟次变形量为19 20%，滚圆；A4、将步骤A3处理的锻坯入炉加热至1250°C保温180分钟出炉，沿上述工序的轴向镦粗至高径比为O. 65(镦粗后的高度为650mm)，再用600mm宽上下平砧沿钢锭轴向拔长8趟，趟次变形量为16% 21%，锻压八方，剁切钳把；A5、将经过步骤A4处理后的锻坯入炉加热至1200°C保温120分钟出炉，压印，按工艺尺寸拔长两端扁方坯料，滚圆中间坯料、校直，总拔长锻造比为4. 3，得到阀座锻坯(整形锻造终锻温度大于80(TC )；A6、对步骤A5得到阀座锻坯进炉加热至880°C保温360分钟空冷至300°C保温180分钟后再加热至650°C保温720分钟，炉冷至400°C出炉空冷，即锻后扩氢热处理；A7、对阀座锻坯进行粗加工去除锻坯黑皮，得到圆方组合的异形且含台阶阀座毛坯，A8、将经过步骤A7处理后的阀座毛坯进行正火，加热至900°C并保温420分钟后，出炉空冷至室温；A9、将经过步骤AS处理后的阀座毛坯进行淬火，加热温度为870°C，保温时间按锻件最大截面的每英寸O. 5小时(最低不小于I小时)计算，保温420分钟出炉水淬，开始时淬火的水温不超过38°C，结束时淬火的水温不超过49°C ；A10、将经过步骤A9处理后的阀座毛坯进行回火，加热至660°C保温420分钟出炉空冷至室温。 实施例B B1、以铬钥低合金钢为坯料，铬钥低合金钢包括以下质量百分比的各组分
O.28% O. 33% 碳、O. 15% O. 40% 硅、O. 40% O. 80% 锰、O. 80%"1. 20% 铬、O. 15% O. 35% 钥、0 0· 025% 磷、0 0· 025% 硫、0 2· Oppm 氢、0 0· 50% 镍、0 0· 035% 钒、(Πλ 35% 铜、(Tl. 0% 残余
元素银、钛和招，其余为Fe ；Β2、根据所需结构件尺寸，选择5. 4t的八角梅花锭，进炉加热至1250°C保温180分钟出炉，在35丽的自由锻快锻油压机上压钳把，倒棱。以钢锭的轴向为Z向，以与Z向平面为XOY平面。Z向漏盘镦粗至高径比为O. 84 (镦粗后的高度为800mm)。剁切钳把，用600mm宽上下平砧沿钢锭X向(径向)拔长4趟，趟次变形量为20 25%，B3、将步骤B2处理的坯料进炉加热至1250°C保温180分钟出炉，沿上述工序的X向镦粗至高宽比为O. 65 (镦粗后的高度为650mm)，用600mm宽上下平砧沿钢锭Y向(径向)拔长4趟，趟次变形量为21% 25%。再沿原方向镦粗至高宽比为O. 80 (镦粗后的高度为750mm)，用600mm宽上下平砧Z向(轴向)拔长4趟，趟次变形量为18% 21%，B4、将步骤B3处理的锻坯入炉加热至1100°C保温120分钟出炉，压印，按工艺尺寸拔长两端扁方坯料，滚圆中间坯料、校直，总拔长锻造比为6. 06，得到阀座锻坯(整形锻造终锻温度大于800°C )；B5、对步骤B4得到泵阀座坯料进炉加热至900°C保温360分钟空冷至320°C保温180分钟后再加热至670°C保温720分钟，炉冷至420°C出炉空冷，即锻后扩氢热处理，
B6、对阀座锻坯进行粗加工去除锻坯黑皮，得到圆方组合的异形且含台阶阀座毛坯，B7、将经过步骤B6处理后的阀座毛坯进行正火，加热至920°C并保温420分钟后，
出炉空冷致室温，B8、将经过步骤B7处理后的阀座毛坯加热至880°C并保温300分钟，炉冷至810°C保温120分钟后，出炉进行水冷/空冷三次循环间歇淬火，开始时淬火的水温不超过38°C，结束时淬火的水温不超过49°C，B9、将经过步骤B8处理后的阀座锻件加热至670 °C并保温680分钟后，出炉空冷至室温。其中步骤B8三次循环间歇淬火水冷工艺为阀座毛坯入水冷却3分钟49秒一出水空冷I分钟54秒一入水冷却3分钟3秒一出水空冷2分钟50秒一入水冷却2分钟26秒一出水空冷4分钟15秒一入水冷却至室温(70min左右)，其中步骤B8循环间歇淬火的水冷/空冷时间按以下方法控制循环间歇淬火的首次水冷时间经验公式按t=K-D估算，低合金钢系数K为O. 8 1.6s/mm,D为直径或厚度(mm)。t为淬火水冷时间,t的单位为秒。首次空冷时间为首次水冷时间的1/2 1/3，此后每个循环中水冷时间按前一个循环的O. 8 O. 7递减，空冷时同按前一循环的1. 5 2递增，淬火过程中为减少冷却过程中蒸气膜对马氏体转变的不良影响，采用搅拌的方法，在工件冷却区域水的搅拌流速> O. 4米/秒，最后一次入水冷却停止搅拌；实施例C:Cl、以铬钥低合金钢为坯料，铬钥低合金钢包括以下质量百分比的各组分
O.28% O. 33% 碳、O. 15% O. 40% 硅、O. 40% O. 80% 锰、O. 80%"1. 20% 铬、O. 15% O. 35% 钥、0 0· 025% 磷、0 0· 025% 硫、0 2. Oppm 氢、0 0. 50% 镍、0 0· 035% 钒、0 0· 35% 铜、(Tl. 0% 残余
元素银、钛和招，其余为Fe ；C2、根据所需结构件尺寸，选择5. 4t的八角梅花锭，进炉加热至1250°C保温180分钟出炉，在35丽的自由锻快锻油压机上压钳把，倒棱。以钢锭的轴向为Z向，以与Z向平面为XOY平面。Z向漏盘镦粗至高径比为O. 84 (镦粗后的高度为800mm)。剁切钳把，用600mm宽上下平砧沿钢锭X向(径向)拔长4趟，趟次变形量为20 25%，C3、将步骤C2处理的坯料进炉加热至1250°C保温180分钟出炉，沿上述工序的X向镦粗至高宽比为O. 65 (镦粗后的高度为650mm)，用600mm宽上下平砧沿钢锭Y向(径向)拔长4趟，趟次变形量为21% 25%。再沿原方向镦粗至高宽比为O. 80 (镦粗后的高度为750mm)，用600mm宽上下平砧Z向(轴向)拔长4趟，趟次变形量为18% 21%，C4、将步骤C3处理的锻坯入炉加热至1100°C保温120分钟出炉，压印，按工艺尺寸拔长两端扁方坯料，滚圆中间坯料、校直，总拔长锻造比为6. 06，得到阀座锻坯(整形锻造终锻温度大于800°C )；C5、对步骤C4得到泵阀座坯料进炉加热至860°C保温400分钟空冷至280°C保温230分钟后再加热至630°C保温750分钟，炉冷至380°C出炉空冷，即锻后扩氢热处理，C6、对阀座锻坯进行粗加工去除锻坯黑皮，得到圆方组合的异形且含台阶阀座毛坯，
C7、将经过步骤C6处理后的阀座毛坯进行正火，加热至880°C并保温450分钟后，出炉空冷致室温，C8、将经过步骤C7处理后的阀座毛坯加热至860°C并保温350分钟，炉冷至790°C保温150分钟后，出炉进行水冷/空冷三次循环间歇淬火，开始时淬火的水温不超过38°C，结束时淬火的水温不超过49°C，C9、将经过步骤CS处理后的阀座锻件加热至650 °C并保温750分钟后，出炉空冷至室温。其中步骤C8三次循环间歇淬火水冷工艺为阀座毛坯入水冷却5分钟14秒一出水空冷I分钟44秒一入水冷却3分钟40秒一出水空冷3分钟29秒一入水冷却2分钟34秒一出水空冷6分钟58秒一入水·冷却至室温(70min左右)，其中步骤CS循环间歇淬火的水冷/空冷时间按以下方法控制循环间歇淬火的首次水冷时间经验公式按t=K-D估算，低合金钢系数K为O. 8 1.6s/mm,D为直径或厚度(mm)。t为淬火水冷时间,t的单位为秒。首次空冷时间为首次水冷时间的1/2 1/3，此后每个循环中水冷时间按前一个循环的O. 8 O. 7递减，空冷时同按前一循环的1. 5 2递增，淬火过程中为减少冷却过程中蒸气膜对马氏体转变的不良影响，采用搅拌的方法，在工件冷却区域水的搅拌流速> O. 4米/秒，最后一次入水冷却停止搅拌；结果对比表I
权利要求
1.一种深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)以铬钥低合金钢为坯料，利用径向十字锻造方法对所述坯料进行锻造，得到阀座锻坯； (2)对步骤(I)得到的阀座锻坯进行扩氢热处理； (3)对步骤(2)得到的阀座锻坯进行粗加工去除锻坯黑皮，得到阀座毛坯； (4)对步骤(3)得到的阀座毛坯进行正火； (5)对步骤(4)得到的阀座毛坯利用水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理；(6)将经过步骤(5)处理后的阀座锻件加热至650-670°C并保温至少680分钟，出炉空冷至室温，即得到所述深海采油设备阀座用钢锻件。
2.如权利要求1所述的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法，其特征在于，所述铬钥低合金钢包括以下质量百分比的各组分0. 289Γ0. 33%碳、O. 159ΓΟ. 40%硅、O. 40% 0. 80%猛、O. 80%"1. 20% 铬、O. 15% 0· 35% 钥、0 0· 025% 磷、0 0· 025% 硫、0 2· Oppm 氢、0 0· 50% 镍、0 0. 035%钒、0 0. 35%铜、(Tl. 0%残余元素铌、钛和铝，其余为Fe。
3.如权利要求1所述的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法，其特征在于，步骤(2)中所述径向十字锻造方法包括以下步骤 a、将坯料沿轴向镦粗； b、沿所述坯料的横断面两个相互垂直的直径方向反复镦拔； C、沿轴向拔出阀座锻坯。
4.如权利要求1所述的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法，其特征在于，步骤(2)中所述扩氢热处理具体包括以下步骤将步骤(I)得到的阀座锻坯进炉加热至880±20°C保温360分钟以上，空冷至300±20°C保温至少180分钟，然后再加热至650±20°C保温至少720分钟，炉冷至400±20°C出炉空冷。
5.如权利要求1所述的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法，其特征在于，步骤(4)中所述正火具体包括以下步骤将步骤(3)得到的阀座锻坯加热至900±20°C并保温至少420分钟后，出炉空冷至室温。
6.如权利要求1所述的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法，其特征在于，步骤(5)中所述水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺具体包括以下步骤将步骤(4)正火处理后的阀座锻坯加热至淬火温度并保温，出炉，然后依次进行第一次入水冷却、第一次出水空冷、第二次入水冷却、第二次出水空冷、第三次入水冷却、第三次出水空冷、第四次入水冷却至室温，其中，第一次入水冷却的时间t按照经验公式按t=K*D估算，其中，低合金钢系数K为O.8 1. 6s/mm, D为阀座锻还的直径，D的单位为mm, t为淬火水冷时间，t的单位为秒，第一次空冷时间为第一次入水冷却时间的1/2 1/3，此后每个循环中入水冷却时间按前一个循环的O. 8 O. 7递减，出水空冷时间按前一循环的1. 5 2递增。
7.如权利要求1所述的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法，其特征在于，步骤(5)中所述水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺之前，将步骤(4)得到的阀座锻坯加热至870± 10°C并保温至少300分钟，降温至800± 10°C保温至少120分钟，然后利用所述水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺对阀门锻坯进行淬火热处理。
8.如权利要求1所述的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法，其特征在于，步骤(5)中利用所述水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理的过程中，开始时淬火的水温低于38°C，结束时淬火的水温低于49°C。
9.如权利要求6所述的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法，其特征在于，利用所述水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理的过程中，第一次入水冷却、第二次入水冷却和第三次入水冷却的过程中，对水进行搅拌处理，其中，水的搅拌流速大于等于O.4米/秒，第四次入水冷却时停止搅拌。
10.如权利要求1所述的深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法，其特征在于，所述坯料为 AISI 4130 (MOD)0
全文摘要
本发明公开一种深海采油设备阀座用钢锻件的制造方法，包括以下步骤以铬钼低合金钢为坯料，本公司选用的坯料为AISI4130(MOD)；利用径向十字锻造方法对坯料进行锻造，得到阀座锻坯；对阀座锻坯进行扩氢热处理；对阀座锻坯进行粗加工去除锻坯黑皮，得到阀座毛坯；对阀座毛坯进行正火；对阀座毛坯利用水冷/空冷三次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理；将经过淬火热处理后的阀座锻件加热至650-670℃并保温，出炉空冷至室温，即得到深海采油设备阀座用钢锻件。本发明的锻造工艺与热处理工艺的组合有效地防止了形状复杂的大锻淬火开裂，而且制造的深海采油设备阀座用钢锻件的综合力学性能尤其是低温韧性大幅度提高，能很好地适用于深海低温工况环境。
文档编号C21D1/18GK103028912SQ201210539319
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者张利, 龚洋道, 王洁 申请人:南京迪威尔高端制造股份有限公司