一种用于深海中高温高压环境下的设备零件的原料生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于深海中高温高压环境下的设备零件的原料生产方法。
【背景技术】
[0002]人类在海洋油气开采领域的发展日新月异，随着内陆和离岸浅海的资源陆续被开采，勘探者的目光逐步转向更深一层的深海。深海和超深海分布指610米至1830米的水深区域和超过1830米以下更深的区域，在深海和超深海区域进行开采活动。由于一般油气藏的储量可供开采周期长达20年以上，一旦出现故障其维修成本以及对环境造成的影响巨大。而设备的关键在于材料。例如，一般耐热铁素体合金钢F22锻件材料的淬透性约为最大200mm直径，其锻件芯部材料测试结果强度不能满足屈服强度80，OOOpsi以及抗拉强度100,000psi的要求(此要求为海底锻件选材的普遍强度要求)，且内外部材料金相组织结构差异大，内部晶粒度较外部更粗。无法获得良好的整体综合性能。在一些需要进行焊后热处理的情况下，更无法保证要求的强度性能。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是:提供一种用于深海中高温高压环境下的设备零件的原料生产方法。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为:一种用于深海中高温高压环境下的设备零件的原料生产方法，其步骤为:
[0005]a.取重量组分为:C:0.05-0.15%;S1: ^ 0.25%；Mn:0.30-0.45%；P: ^ 0.015%；S:彡 0.015 % ；Cr:2.0-2.5 % ；N1: ^ 0.40 % ；Mo:0.90-1.10 % ；Cu: ^ 0.50 % ；A1:0.025-0.055 % ；Nb:彡0.010 % ；V:彡0.050 % ;其余为Fe和其他残余元素；所有其他残余元素含量加上V、Al、Nb的总和彡1.0%，且其中H: ( 1.6ppm；0: ( 20.0ppm ；N: ( 120.0ppm的坯钢为原料进入预热后的锻造炉内加热，加热速率小于200°C /小时，锻造加热保温温度为850±20°C，保温时间彡2h，再以120°C /小时速率升温至1200°C，保温
4.0小时以上，开始锻造，始锻温度控制在1150-1200°C，终锻温度不低于900°C，使用十字方向反复三次镦粗拔长，最后一次锻造比必须大于1.3:1，锻件在密闭的炉内由终锻温度冷却到室温；
[0006]b.机械加工去除其氧化表皮；
[0007]c.正火:加温至580±10°C，保温1.5h，升温至970±10°C，保温7.5h，空冷至室温;
[0008]d.奥氏体化与深冷淬火:加温至580±10°C，保温1.5h，升温至940±10°C，保温
7.5h，淬火水冷；
[0009]e.高温回火:加温至200±10°C，保温lh，升温至510±10°C，保温1.5h，升温至660 ±8 °C，保温4.5h，空冷至室温。
[0010]作为一种优选的方案，正火、奥氏体化与深冷淬火、以及高温回火时升温速率小于150°C / 小时。
[0011]作为一种优选的方案，开始和结束淬火时，水温需要限制在28°C以下。
[0012]作为一种优选的方案，锻造火次在5火次以内。
[0013]作为一种优选的方案，锻造时炉膛预热温度大于600°C。
[0014]本发明的有益效果是:本方法加工出的锻件原料具有较好的强度、韧性、可焊性；以及优良的淬透性和淬硬性。本方法可完全淬透截面厚度300mm以上圆钢或锻件，使得整个截面获得均一致密的优良组织。可广泛应用于深海石油的开采系统，替代传统的普通F22或8630材料。在生产成本方面，不仅耗材成本没有明显的提高，而且提高了一次合格率，降低了工艺成本和质量风险。
【具体实施方式】
[0015]下面详细描述本发明的具体实施方案。
[0016]—种用于深海中高温高压环境下的设备零件的原料生产方法，其步骤为:
[0017]a.取重量组分为:C:0.05-0.15%；S1: ( 0.25%；Mn:0.30-0.45%；P: ( 0.015%；S:彡 0.015 % ；Cr:2.0-2.5 % ；N1: ^ 0.40 % ；Mo:0.90-1.10 % ；Cu: ^ 0.50 % ；A1:0.025-0.055 % ；Nb:彡0.010 % ；V:彡0.050 % ;其余为Fe和其他残余元素；所有其他残余元素含量加上V、Al、Nb的总和彡1.0%，且其中H: ( 1.6ppm；0: ( 20.0ppm ；N: ( 120.0ppm的坯钢为原料进入预热后的锻造炉内加热，炉膛预热温度大于600°C，加热速率小于200°C /小时，锻造加热保温温度为850°C，保温时间彡2h，再以120°C /小时速率升温至1200°C，保温4.0小时以上，开始锻造，始锻温度控制在1150-1200°C，终锻温度不低于900°C，使用十字方向反复三次镦粗拔长，最后一次锻造比必须大于1.3:1，锻件在密闭的炉内由终锻温度冷却到室温；锻造火次在5火次以内。
[0018]b.机械加工去除其氧化表皮；避免厚实的氧化皮在加热和淬火过程中影响材料加热及冷却的均匀性。
[0019]c.正火:加温至580°C，保温1.5h，升温至970°C，保温7.5h，空冷至室温；
[0020]d.奥氏体化与深冷淬火:加温至580°C，保温1.5h，升温至940°C，保温7.5h，淬火水冷；开始和结束淬火时，水温需要限制在28°C以下。
[0021]e.高温回火:加温至200± 10°C，保温lh，升温至510°C，保温1.5h，升温至660°C，
保温4.5h，空冷至室温。
[0022]正火、奥氏体化与深冷淬火、以及高温回火时升温速率小于150°C /小时。
[0023]由于本方法中的热处理方式采用正火+奥氏体化+深冷淬火处理+高温回火的工艺，通过深冷淬火处理提高其淬火马氏体含量，提高硬度和强度，保障其淬透性；再通过高温回火分解成为颗粒状贝氏体和铁素体基体，调整至目标硬度范围(根据美国NACE耐腐蚀协会MR0175的规定，高强度碳钢和低合金钢需要满足硬度指标低于237HB/22HRC的规定)，同时一定程度提高了材料的低温冲击韧性。
[0024]上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种用于深海中高温高压环境下的设备零件的原料生产方法，其步骤为:a.取重量组分为:C:0.05-0.15% ；S1: ^ 0.25 % ；Mn:0.30-0.45% ；P: ( 0.015% ；S:彡 0.015 % ；Cr:2.0-2.5 % ；N1: ^ 0.40 % ；Mo:0.90-1.10 % ；Cu: ^ 0.50 % ；A1:0.025-0.055 % ；Nb:彡0.010 % ；V:彡0.050 % ;其余为Fe和其他残余元素；所有其他残余元素含量加上V、Al、Nb的总和彡1.0%，且其中H:彡1.6ppm、0:彡20.0ppm、N: ( 120.0ppm的坯钢为原料进入预热后的锻造炉内加热，加热速率小于200°C /小时，锻造加热保温温度为850±20°C，保温时间彡2h，再以120°C /小时速率升温至1200°C，保温4.0小时以上，开始锻造，始锻温度控制在1150-1200°C，终锻温度不低于900°C，使用十字方向反复三次镦粗拔长，最后一次锻造比必须大于1.3:1，锻件在密闭的炉内由终锻温度冷却到室温； b.机械加工去除其氧化表皮； c.正火:加温至580±10°C，保温1.5h，升温至970± 10°C，保温7.5h，空冷至室温； d.奥氏体化与深冷淬火:加温至580±10°C，保温1.5h，升温至940±10°C，保温7.5h，淬火水冷； e.高温回火:加温至200±10°C，保温lh，升温至510±10°C，保温1.5h，升温至660 ±8 °C，保温4.5h，空冷至室温。2.如权利要求1所述的一种用于深海中高温高压环境下的设备零件的原料生产方法，其特征为:正火、奥氏体化与深冷淬火、以及高温回火时升温速率均小于150°C /小时。3.如权利要求2所述的一种用于深海中高温高压环境下的设备零件的原料生产方法，其特征为:开始和结束淬火时，水温需要限制在28°C以下。4.如权利要求3所述的一种用于深海中高温高压环境下的设备零件的原料生产方法，其特征为:锻造火次在5火次以内。5.如权利要求4所述的一种用于深海中高温高压环境下的设备零件的原料生产方法，其特征为:锻造时炉膛预热温度大于600°C。
【专利摘要】本发明公开了一种用于深海中高温高压环境下的设备零件的原料生产方法，其步骤为：a.取坯钢进入预热后的锻造炉内加热，锻造加热保温温度为850±20℃，保温时间≥2h，再升温至1200℃，保温4.0小时以上，始锻温度控制在1150-1200℃，终锻温度不低于900℃，使用十字方向反复三次镦粗拔长，锻件在炉内由终锻温度冷却到室温；b.去除其氧化表皮；c.正火：加温至580±10℃，保温1.5h，升温至970±10℃，保温7.5h，空冷至室温；d.奥氏体化与深冷淬火：加温至580±10℃，保温1.5h，升温至940±10℃，保温7.5h，淬火水冷；e.高温回火：加温至200±10℃，保温1h，升温至510±10℃，保温1.5h，升温至660±8℃，保温4.5h，空冷至室温。
【IPC分类】C21D8/00, C22C38/46, C21D6/04
【公开号】CN105385821
【申请号】CN201510684885
【发明人】葛辉, 周勇
【申请人】苏州雷格姆海洋石油设备科技有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月21日