本发明涉及一种不锈钢锻件的制造方法，具体涉及一种z3cn18-10控氮奥氏体不锈钢锻件的制造方法。
背景技术：
z3cn18-10是一种法国nf牌号的奥氏体不锈钢钢种，广泛用于制造压水堆核电大型部件，如核反应堆堆内构件堆芯支承板、上支承板等。由于压水堆核电主设备在服役时工况特别苛刻，处于高温、高腐蚀性环境，对不锈钢锻件的抗晶间腐蚀能力、高温强度等性能指标有很高的要求。如要求在敏化处理(加热到700±10℃保温30分钟，试样应在炉内以每小时60±5℃的速率缓慢冷却到500℃，然后在空气中冷却)后按标准rcc-mmc1000进行腐蚀，不得出现晶间腐蚀现象；进行350℃高温拉伸试验，屈服强度≥115mpa。
在工艺上，保证材料能够通过晶间腐蚀试验和高温拉伸试验是一对矛盾：要通过晶间腐蚀试验，就希望c含量尽可能低，固溶温度尽量高，但这两条技术措施都势必降低锻件的高温拉伸屈服强度。同时保证晶间腐蚀试验合格和高温强度是获得高性能z3cn18-10锻件的主要技术难点，也是制约核电堆内构件用z3cn18-10大锻件制造的主要技术瓶颈之一。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种z3cn18-10控氮奥氏体不锈钢锻件的制造方法，它可以制造出耐腐蚀、耐高温的高强度z3cn18-10控氮不锈钢锻件，经过晶间腐蚀试验、高温拉伸试验，所得锻件可以满足第三代核电主设备用大锻件的要求，用于制造反应堆堆内构件等核一级设备。
为解决上述技术问题，本发明z3cn18-10控氮奥氏体不锈钢锻件的制造方法的技术解决方案为，包括以下步骤：
第一步，冶炼钢锭；
钢锭的成分包括：c：0.020～0.030％，si：0.40～0.60％，mn：1.75～2.00％，cr：19.80～20.00％，ni：9.20～9.50％，n：0.06～0.08％，p：0.015～0.020％，s：0.002～0.005％，mo：0.20～0.40％；
冶炼方法包括以下步骤：
步骤1.1，采用真空吹氧脱碳法或氩氧脱碳法冶炼钢水，钢水的成分含量符合钢锭的成分范围；
步骤1.2，将钢水浇注成电极棒，获得电极棒；
步骤1.3，在电渣重熔炉中将电极棒进行重熔，进一步提纯钢水，去除夹杂物，铸成30～60吨的电渣重熔钢锭。
所述步骤1.3的重熔过程中采用干燥氮气保护。
所述步骤1.3中去除夹杂物的控制目标为：a、b、c、d、ds类夹杂物均≤1.0。
第二步，锻造锻件；
对第一步所获得的电渣重熔钢锭进行锻造，锻造比≥6；
包括以下步骤：
步骤2.1，冷送钢锭；
步骤2.2，拔长；
步骤2.3，墩粗，成形；
最后一锻造火次的初始锻造温度控制在1050～1100℃范围，锻造变形量控制在12～20％。
第三步，固溶热处理；
采用温度不均匀性≤±10℃的电加热炉，对第二步所得锻件进行固溶热处理，包括以下步骤：
步骤3.1，将锻件加热至1050～1070℃保温，实现奥氏体化；保温时间为每100mm壁厚保温2～2.5h；
步骤3.2，冷却；
将锻件浸入水中进行固溶冷却，锻件从出炉到入水的时间间隔不超过5分钟；入水后将锻件冷却至低于95℃。
所述第三步中采用单件生产或工件叠加批炉生产；采用工件叠加批炉生产时，工件之间通过垫铁隔开，隔开间距不小于锻件壁厚。
本发明可以达到的技术效果是：
本发明通过成分控制、锻造、固溶三个关键步骤，全面提升了z3cn18-10控氮不锈钢锻件的抗腐蚀性能和高温拉伸强度，在保证z3cn18-10锻件可通过晶间腐蚀试验的同时获得高的高温拉伸性能指标，350℃屈服强度在140mpa以上。
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是德龙组织图。
具体实施方式
本发明z3cn18-10控氮奥氏体不锈钢锻件的制造方法，包括以下步骤：
第一步，冶炼钢锭；
钢锭的成分包括(本文均为质量百分比含量)：
c：0.020～0.030％，
si：0.40～0.60％，
mn：1.75～2.00％，
cr：19.80～20.00％，
ni：9.20～9.50％，
n：0.06～0.08％，
p：0.015～0.020％，
s：0.002～0.005％，
mo：0.20～0.40％。
rcc-m标准中对z3cn18-10控氮不锈钢提出的成分规范为：c≤0.038％，cr18.50～20.00％，ni9.00～11.00％，si≤1.00％，mn≤2.00％，s≤0.015％，p≤0.030％，n≤0.080％。该标准对z3cn18-10成分提出了一个较宽泛的要求，但仅符合成分规范的锻件未必能保证获得规定的性能指标。工程实践表明，成分在上述范围内波动时，锻件可达到的性能将发生明显变化。
本发明在大量实验的基础上，为均衡各性能指标，对各元素的成分进一步限定。上述成分范围将c控制在适当低的水平，同时将cr含量控制在较高水平，可以确保锻件具有足够的抗晶间腐蚀能力；n控制在较高水平，以补偿降低c带来的强度损失。
另外添加少量的mo元素进一步提升高温强度，即mo含量为0.20～0.40％。添加上述范围的mo不涉及材料牌号的变更。其余合金根据如图1的示的德龙组织图计算最终得到所需奥氏体组织而确定。
本发明控制z3cn18-10控氮不锈钢锻件的化学成分，将钢锭的合金成分控制在：c：0.020～0.030％，si：0.40～0.60％，mn：1.75～2.00％，cr：19.80～20.00％，ni：9.20～9.50％，mo：0.20～0.40％，n：0.06～0.08％，以合理降低有害元素的含量；本发明的p含量为0.015～0.020％，s含量为0.002～0.005％，从尽量提升性能而言，p、s越低越好，但控制目标过高将不合理的增加冶炼成本。
钢锭的冶炼方法包括以下步骤：
步骤1.1，采用真空吹氧脱碳法(vod)或氩氧脱碳法(aod)冶炼钢水，钢水的成分含量符合上述钢锭的成分范围；
步骤1.2，将钢水浇注成电极棒，获得目标成分范围的电极棒；
步骤1.3，在200吨电渣重熔炉中将电极棒进行重熔，进一步提纯钢水，去除夹杂物， 铸成30～60吨的电渣重熔钢锭；
重熔过程中必须采用干燥氮气保护，防止n元素下降；
为保证钢水的纯净度，提高锻件力学性能和抗腐蚀能力，夹杂物控制目标为：a、b、c、d、ds类夹杂物均≤1.0。
钢锭的质量决定锻件可达到的性能潜力，本发明通过控制、合金成分、钢水的纯净度(残余元素和夹杂物)以及冶炼方式，能够获得符合要求的钢锭。
第二步，锻造锻件；
对第一步所获得的电渣重熔钢锭进行锻造，包括以下步骤：
步骤2.1，冷送钢锭；
步骤2.2，拔长；
步骤2.3，墩粗，成形；
最后一锻造火次的初始锻造温度控制在1050～1100℃范围，锻造变形量控制在12～20％水平；
锻件按rcc-mm380标准计算的锻造比≥6，以充分打碎钢锭铸态组织并压实。
本发明将z3cn18-10控氮不锈钢锻件最后一锻造火次的初始锻造温度控制在1050～1100℃范围，锻造变形量控制在12～20％水平，能够获得到所期望的2～3级奥氏体晶粒度。较细的晶粒度为后续锻件力学性能提供了良好的基础。
第三步，固溶热处理；
采用温度不均匀性≤±10℃的电加热炉，可采用单件生产或工件叠加批炉生产；采用工件叠加批炉生产时，工件之间通过垫铁隔开，隔开间距不小于锻件壁厚。
对第二步所得锻件进行固溶热处理，包括以下步骤：
步骤3.1，将锻件加热至1050～1070℃保温，实现奥氏体化；保温时间为每100mm壁厚保温2～2.5h；
步骤3.2，冷却；
将锻件浸入水中进行固溶冷却，锻件从出炉到入水的时间间隔不超过5分钟；入水后将锻件冷却至低于95℃。
rcc-m标准限制z3cn18-10控氮不锈钢锻件最低固溶温度为1050℃，本发明选取较低的保温温度(上限为1070℃)，使锻件在较低的温度均匀地奥氏体化，防止晶粒长大。
本发明限定的保温时间足够长(每100mm壁厚保温2～2.5h)，以取得碳化物充分溶解的效果，防止晶间存在不良碳化物降低抗腐蚀性能。
本发明限定固溶冷却从出炉到入水的时间间隔不超过5分钟，入水后将锻件冷却至低于 95℃，以获得良好的固溶强化效果并阻止碳化物在晶间再次析出。