一种阀体用aisi410ss马氏体不锈钢及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种阀体用AISI410SS马氏体不锈钢及其制 备工艺。
【背景技术】
[0002] 阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流 或溢流泄压等功能。用于流体控制系统的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统 中所用的各种阀门，其品种和规格相当繁多。而阀体是阀门中的一个主要零部件；根据压力 等级有不同的机械制造方法。例如：铸造、锻造等。中低压规格的阀体通常采用铸造工艺生 产阀体。中高压规格的阀体采用锻造工艺生产。
[0003] API6A标准中石油井口装置和采油树中阀体部件，主要材料为AISI410、 AISI4130、AISI4140,此类材料按使用环境的不同，温度级别分为K、L、P、R、S、T、U、V七 类，其中K级为使用要求最高的-60°C要求，L为-46°C，P为_29°C，R、S、T、U、V为-18°C， 以上七类所要求的力学性能指标都是一样的，最小平均冲击功横向20J、纵向27J。国内对 于AISI4130、AISI4140材料可达到K级即-60°C 27J的水平；AISI410材料，可达到P级 (_29°C、纵向多27J)水平的材料供应商极少，且质量不稳定，可稳定达到L级（_46°C、纵向 多27J)水平的材料供应商目前国内还没有。随着全球能源使用量的不断增加，石油需求量 逐年提高，但钻采作业环境却日益恶劣，因此要求抗低温、抗腐蚀的阀体材料近几年需求持 续旺盛。
[0004] 因此如何设计一种能稳定达到API6A要求L级（_46°C、纵向彡27J)的石油阀体材 料日益迫切，关键技术急需突破。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足提供一种稳定达到API6A要求L级 的阀体用AISI410SS马氏体不锈钢及其制备工艺。
[0006] 本发明的技术方案是这样实现的：一种阀体用AISI410SS马氏体不锈钢，它的 化学成分设计如下：C=0. 10~0. 15%，Si=0. 20~0. 50%，Mn=0. 30~0. 60%，Cr=ll. 0~13. 5%， Mo=0~0. 6%, Ni=0. 30~0. 60%, S ^ 0. 020%, P ^ 0. 020%, Cu ^ 0. 20%, V ^ 0. 050%, Nb=0. 010~0. 080%，H彡0. 00016%，0彡0. 0035%，余为Fe和杂质元素，总杂质元素含量 彡 1. 0%〇
[0007] -种阀体用AISI410SS马氏体不锈钢的制备工艺： 步骤01 :电弧炉ET初炼、LF精炼、VD真空除气、模铸浇注铸锭及钢锭过冷后热送锻造； 步骤02 :热送锭加热、5000t油压机镦粗、拔长、1400t精锻机成型及锻件退火； 步骤03:调质处理。
[0008] 所述步骤01中冶炼时选用优质废钢、生铁、海绵铁作为炉料，钢锭采取过冷处理 后热送。
[0009] 步骤02中对热送锭在600~700 °C待料，待料结束后以<60 °C /h的升温速度升温 至850°C，保温至少4小时，保温结束后以<100°C /h的升温速度升温至1180°C，保温3~5 小时，保温结束后5000t油压机镦粗拔长，控制镦粗系数及镦粗后高度，保证镦粗后高径比 在0. 6~0. 8之间，之后转1400t精锻机成型。
[0010] 所述步骤02中的锻后退火中，锻造结束后空冷至500~600°C，然后升温至650°C 待料保温，之后升至880°C按每100mm至少lh进行保温，保温结束后出炉风冷至500~ 600°C，然后升温至650°C按每100mm至少10h进行保温，最后出炉热校。
[0011] 步骤03中的调质处理，工件加热至600~650 °C预热1-2小时，继续升温至 800~850 °C预热保温1-2小时，继续升温至980~1010 °C保温4-6小时，而后出炉空冷 90-200S，之后入8~11%浓度的PAG类水溶性淬火介质冷却30-60分钟，初始油温不大于 40°C ;冷却结束后返回火炉升温至700~720°C进行一次回火8-10小时，之后出炉入8~11% 浓度的PAG类水溶性淬火介质却15-30分钟，然后再次返回火炉升温至680~700°C进行二次 回火8-10小时，之后出炉入8~11%浓度的PAG类水溶性淬火介质冷却15-30分钟后空冷。
[0012] 锻件经整体调质后，强度满足要求（Rm彡655MPa、RpO. 2彡517MPa、A彡18%、 Z彡35%)，-29°C冲击功平均可达50J，-46°C冲击功平均可达38J，满足API6A标准低温韧性 AKv的要求。
[0013] 本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明通过合理设计化学成分，冶炼时 选用优质废钢、生铁、海绵铁作为炉料，钢锭采取过冷处理后热送，通过油压机镦粗、拔长、 精锻机成型锻造工艺，锻件经整体调质后，强度满足要求（Rm彡655MPa、RpO.2彡517MPa、 A彡18%、Z彡35%)，-29°C冲击功平均可达50J，-46°C冲击功平均可达38J，满足API6A标 准低温韧性AKv的要求，降低产品废品率，提高劳动效率。
[0014] 本发明合理设计化学成分。C为奥氏体形成元素，C含量控制在中上线，控制高温 铁素体含量；Cr为铁素体形成元素，Cr含量偏高，钢中会形成大量的高温素体，高温铁素体 严重影响低温冲击韧性，Cr含量控制在下线，且控制Cr/C < 100,使得高温铁素体含量尽量 减少；Ni能显著提高材料给的韧性，Ni含量控制在中上线；Mo含量能提高钢的强度，Mo含 量控制在中上线；因该钢种为尚Cr马氏体不镑钢，易粗晶、混晶，加入一定量的Nb兀素能稳 定组织，细化晶粒。通过合理的化学成分设计从而提高该钢种的低温韧性。
[0015] 冶炼时选用优质废钢、生铁、海绵铁作为炉料，使废钢资源循环利用，节能环保。
[0016] 本发明采用油、精联锻的锻造方式，大大提高了生产效率及材料利用率。钢锭在成 型前增加油压机镦粗、拔长工序，可充分改善钢锭的原始柱状组织，使晶粒充分破碎，之后 转精锻机成型，因精锻机设备精良，锻造效率高，锻件尺寸偏差小，表面质量优良，材料利用 率高。
[0017] 调质处理时淬火冷却及两次回火冷却均采用8~11%浓度的PAG类水溶性淬火介质 冷却，与传统的油冷冷却方式相比，无污染、冷却效果好，淬火采用8~11%浓度的PAG类水溶 性淬火介质冷却，获得的淬火硬度高，综合强度好；两次回火均采用8~11%浓度的PAG类水 溶性淬火介质冷却，可避免回火脆性，提高材料的低温冲击韧性。
[0018] 锻件经整体调质后低温冲击可稳定达到API6A标准L级（_46°C、纵向彡27J)水 平，综合性能优良。抗拉强度Rm可达690~740MPa，屈服强度RpO.2可达540~590MPa，延伸 率A可达24~29%，面缩Z可达65~70%，-29°C冲击功平均可达50J，-46°C冲击功平均可达 38J，不但可以满足API6A标准P级（-29°C、纵向彡27J)水平，且可稳定达到L级（-46°C、纵 向多27J)水平，且有较大富余量。
【具体实施方式】
[0019] 一种阀体用AISI410SS马氏体不锈钢，它的化学成分设计如下：C=0. 10~0. 15%， Si=0. 20-0. 50%, Mn=0. 30~0. 60%, Cr = ll. 0~13. 5%, Mo=0~0. 6%, Ni=0. 30~0. 60%, S ^ 0. 020%, P ^ 0. 020%, Cu ^ 0. 20%, V ^ 0. 050%, Nb=0. 010-0. 080%, H ^ 0. 00016%, 0 < 0. 0035%，余为Fe和杂质元素，总杂质元素含量< 1. 0%。
[0020] 阀体用AISI410SS马氏体不锈钢的制备工艺如下： 步骤01 :1、电弧炉E