一種高壓納米晶15CrMoG合金管材的制備新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬管材的成形領(lǐng)域，特別是通過余弦通道模具，通過拉拔工藝實現(xiàn)15CrMoG合金管材料的納米化，涉及到一種制備高壓納米晶15CrMoG合金管的方法及模具。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，15CrMoG合金主要應(yīng)用于鍋爐管道、航空航天工業(yè)、電力工業(yè)和軍工等應(yīng)用領(lǐng)域，15CrMoG合金的特點可滿足于航空航天等高科技領(lǐng)域?qū)Σ牧细呖煽啃浴⒏咂谛阅?、吸噪、減震的要求，可大大改善飛行器的流體動力學(xué)性能和明顯提高飛行器發(fā)射的可靠性。從20世紀40年代開始，德國的火箭專家將15CrMoG合金首先應(yīng)用于航空航天部門，其后美國和蘇聯(lián)也在航空航天工業(yè)和軍工大量采用15CrMoG合金制造高壓合金管。由于15CrMoG合金管材具備高疲勞壽命、耐腐蝕的特性，具有較高的力學(xué)性能、優(yōu)良的抗流體沖壓性能，能夠適應(yīng)火箭發(fā)射等極端考驗。15CritoG合金管對氯化物、硫化物和氨具有較高的耐蝕性能。15CrMoG合金管能耐偏二甲肼C2H8N2等火箭燃料的長期腐蝕，其耐蝕性比鋁合金、不銹鋼、鎳基合金還高。15CrMoG合金耐流體沖擊性能也較強。因此，15CrMoG合金管在航空航天領(lǐng)域和軍工領(lǐng)域中得到了重要的應(yīng)用，主要用作高中壓管道、導(dǎo)汽管，管壁溫度為550°C的熱器管。采用擠壓技術(shù)可制備小口徑厚壁管材，該方法采用棒料鑄造-棒料加熱及熱擠壓-乳制及拉伸成形，工序復(fù)雜，而且能耗高。采用焊接方法可制備大口徑厚壁管材，該方法高效節(jié)能，減少工序，但是焊接工藝本身存在焊縫區(qū)與熱影響區(qū)，而航空航天領(lǐng)域和軍工領(lǐng)域?qū)Π踩髽O高，因此，目前15CrMoG合金管的成形技術(shù)制約了 15CrMoG合金管在航空航天領(lǐng)域和軍工領(lǐng)域的進一步應(yīng)用。
[0003]在合金鋼相關(guān)專利中，申請?zhí)枮?01210132796.7的發(fā)明采用傳統(tǒng)的表面處理，退火熱處理和拉拔成形后獲得表面不脫碳并不產(chǎn)生形變的液壓缸通用合金鋼管；申請?zhí)枮?00710020207.5的發(fā)明通過采用鎳-鉻-鉬配制合金，通過下料、成型、酸洗和熱處理獲得鎳-鉻-鉬合金鋼管件成品，該發(fā)明能應(yīng)用于本發(fā)明鎳-鉻-鉬合金鋼管件耐腐蝕性較強，能適用于石油、化工、煙道氣體除硫、紙漿和造紙、化工廠、制藥廠和放射性廢棄物等特殊領(lǐng)域中最苛刻、復(fù)雜腐蝕環(huán)境的設(shè)備管道系統(tǒng)。但是，針對高壓15CrMoG合金管的發(fā)明專門目前還沒有出現(xiàn)，申請?zhí)枮?0110347299.4和201110374700.3的發(fā)明提出了一種用于管材的等通道變截面擠壓和拉拔的方法，通過由圓-橢圓-圓及橢圓扭轉(zhuǎn)變化，可使材料累積變形，可提高材料的強度，改善管材性能，但是采用該方法改變了模具通道的橫截面，獲得的管件不能較好的保持管道的原有截面幾何形狀。
[0004]本發(fā)明提出了一種余弦曲線通道模具拉拔方法，采用該方法理論上可獲得無限長尺寸的高壓納米晶15CrMoG合金管，同時由于是一種等橫截面通道變形可保持管道的原有截面幾何形狀，既能滿足制備薄壁管的低加工成本，又能獲得高壓管材，部分替代厚壁管的使用。因此，本發(fā)明提出了一種改善15CrMoG合金管力學(xué)性能的余弦曲線通道模具拉拔法獲得納米晶高壓15CRMoG合金管。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:為克服薄壁15CrMoG合金管的強度問題，提供一種高壓納米晶15CrMoG合金管的制備新方法，提供一種通過余弦曲線通道模具拉拔法，可以低成本獲得較長尺寸高壓納米晶15CrMoG合金管，本發(fā)明使用的15CrMoG合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù))(%) C:0.12-0.18，Si:0.17-0.37，Mn:0.40-0.70，Cr:0.8-1.1，Mo:0.44-0.55，其余為 Fe。
[0006]本發(fā)明提出的一種余弦曲線通道模具拉拔法制備長尺寸15CrMoG合金管納米晶15CrMoG合金管的方法包括以下步驟:
步驟一，管坯準(zhǔn)備:將即將拉拔的管坯分為二部分，第一部分是管材拉拔端部分:該部分通過焊合密封，同時在端口部設(shè)置15CritoG合金繩卡頭；第二部分是管材主要拉拔部分:該部分將獲得大應(yīng)變，組織達到納米化，最終獲得優(yōu)良的力學(xué)性能；向一端密封的15CrMoG合金管注入錫熔體進行冷卻，通過該方法可以獲得實心的15CrMoG合金管，避免在步驟二的變形中產(chǎn)生管材的橫截面畸變。
[0007]步驟二，拉拔準(zhǔn)備:將管坯進行磷化皂化后、在管坯外表面涂覆二硫化鉬與石蠟混合物，把準(zhǔn)備好的管坯的第一部分的鋼絲繩卡頭與拉拔裝置的鋼絲拉繩連接，然后在鋼絲繩牽引下把管坯放入余弦曲線通道模具。
[0008]步驟三，拉拔變形:拉拔裝置以5mm/s-20mm/s的牽引速度將管還通過余弦曲線通道模具拉拔，拉拔后重復(fù)上一次的拉拔變形一次，通過兩次拉拔可以累積足夠的應(yīng)變，從而獲得高壓納米晶15CrMoG合金管。
[0009]步驟四，獲得管材:將獲得高壓納米晶15CrMoG合金管拉拔端部分向上垂直放置在加熱槽中焙燒至230° C 一小時，錫金屬填充材料受熱全部熔化流出，流出的錫料可以反復(fù)使用，同時15CrMoG合金管進行了去應(yīng)力退火，獲得力學(xué)性能優(yōu)良的高壓納米晶15CrMoG
合金管。
[0010]本發(fā)明實現(xiàn)15CrMoG合金管拉拔變形的余弦曲線通道模具，包括圓形通道凹模、第一層預(yù)應(yīng)力壓套、第二層預(yù)應(yīng)力壓套，及相應(yīng)的附屬部件鋼絲繩卡頭和鋼絲繩。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:采用此種方案，通過余弦曲線通道模具拉拔兩次變形方法拉拔15CrMoG合金管，同時內(nèi)部填充錫金屬材料，對15CrMoG合金管內(nèi)壁施加壓應(yīng)力能保證15CrMoG合金管在拉拔過程中橫截面的形狀及尺寸不改變，該方法可以實現(xiàn)15CrMoGo合金管的微觀組織納米化，從而獲得性能優(yōu)良的高壓納米晶15CrMoG合金管。在余弦曲線通道模具基礎(chǔ)上實現(xiàn)了 15CrMoG合金管的連續(xù)拉拔變形，既實現(xiàn)了管壁金屬的納米化，又減輕了操縱工人的勞動強度，拓寬了薄壁15CrMoG合金管的應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0012]下面是結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方案進行詳細地說明。
[0013]圖1為本發(fā)明加工工藝簡略示意圖；
圖2為本發(fā)明余弦曲線通道模具拉拔工藝裝置圖；
圖3獲得的擠壓試樣透射電鏡微觀照片；
圖4為拉拔管材試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
[0014]上述圖中的標(biāo)記為: 圖1為本發(fā)明加工工藝簡略示意圖的1.圓形通道凹模，2.擠壓件管坯；
圖2為本發(fā)明余弦曲線通道模具拉拔工藝裝置圖的1.余弦曲線通道凹模，2.擠壓件管坯，3.第一層凹模預(yù)應(yīng)力套圈，4.第二層凹模預(yù)應(yīng)力套圈，5.卡頭，6.鋼絲繩，7.預(yù)應(yīng)力模具底座。
【具體實施方式】
[0015]實施例、一種高壓納米晶15CrMoG合金管的制備新方法
將即將拉拔的管坯拔端部分焊合密封，同時在端口部設(shè)置鋼繩卡頭；向一端密封的15CrMoG合金管注入錫熔體進行冷卻，通過該方法可以獲得實心的15CrMoG合金管。將管坯進行磷化皂化后、在管坯外表面涂覆二硫化鉬與石蠟混合物，把準(zhǔn)備好的管坯的第一部分的鋼絲繩卡頭與拉拔裝置的鋼絲繩連接，然后在鋼絲繩牽引下把管坯放入余弦曲線通道模具。拉拔裝置以6mm/s的牽引速度將管坯通過余弦曲線通道模具拉拔，拉拔后再重復(fù)上一次的拉拔變形一次，然后將獲得高壓納米晶15CrMoG合金管拉拔端部分向上垂直放置在加熱槽中焙燒至230°后保溫一小時，錫金屬填充材料受熱全部熔化流出，同時也相應(yīng)對15CrMoG合金管進行了去應(yīng)力退火工藝，獲得力學(xué)性能優(yōu)良的高壓納米晶15CrMoG合金管。
[0016]從圖3所示的納米晶15CrMoG合金拉拔管材光學(xué)電鏡微觀照片可以看出15CrMoG合金管的平均晶粒組織是小于100nm的超細晶材料。從圖4所示的15CrMoG拉拔管材試樣拉伸真應(yīng)力-應(yīng)變曲線，可以看出，強度較傳統(tǒng)試樣提高50%，根據(jù)Hal1-Pech公式可知，材料的晶粒尺寸越小，其外在宏觀力學(xué)性能越高。
[0017]可知，變形后的15CrMoG合金管的平均晶粒組織是小于100nm的超細晶材料其強度較傳統(tǒng)試樣提高50%。
[0018]本發(fā)明提供的一種高壓納米晶15CrMoG合金管可采用簡單的線材拉拔加工設(shè)備，獲得的材料有高的硬度和強度，同時保持較好的韌性。因此，本發(fā)明材料具有潛在的應(yīng)用價值，特別在航空、航天和核電領(lǐng)域方面具有很好的優(yōu)勢。
[0019]本發(fā)明所采用的余弦曲線通道模具結(jié)構(gòu)，均可采用現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明并不局限于上述所列舉的具體實施形式，凡本領(lǐng)域技術(shù)人員不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動所能得到的改進，均屬于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高壓納米晶15CrMoG合金管的制備新方法，可以低成本制備高強度薄壁管材代替厚壁管材使用，其特征是使用的15CrMoG合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù))(%) C:0.12-0.18，S1:0.17-0.37，Mn:0.40-0.70，Cr:0.8-1.1，Mo:0.44-0.55，其余為 Fe，通過余弦曲線通道模具拉拔法，可以低成本獲得較長尺寸高壓納米晶15CrMoG合金管。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓納米晶15CrMoG合金管的制備新方法，其特征是:通過余弦曲線通道模具拉拔兩次變形方法拉拔15CrMoG合金管，可實現(xiàn)15CrMoG合金管的劇烈塑性變形，最終累積大變形，獲得高壓納米晶15CrMoG合金管。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓納米晶15CrMoG合金管的制備新方法，其特征是:變形后的15CrMoG合金管的平均晶粒組織是小于100nm的超細晶材料其強度較傳統(tǒng)試樣提尚50%ο
【專利摘要】本發(fā)明公開了高壓納米晶15CrMoG合金管材的制備新方法，本發(fā)明的特點是可以低成本制備高強度薄壁管材代替厚壁管材使用，通過采用余玄曲線模具通道拉拔15CRMOG合金管材一次后可實現(xiàn)15CRMOG合金管材的劇烈塑性變形，最終累積大變形，獲得高強度納米晶15CRMOG合金管材。本發(fā)明設(shè)計的圓形通道拉拔模具采用雙層預(yù)應(yīng)力套圈結(jié)構(gòu)能夠大幅度提高余玄曲線通道模具強度，提高模具的使用壽命。采用的錫熔體充實15CRMOG合金管材避免了管材在余玄曲線模具通道拉拔過程的橫截面畸變，同時管材在兩向應(yīng)力下材料得到較好細化，使15CRMOG合金管材的力學(xué)性能得到進一步提高，保證高密度的前提下兼有高的強度和良好的韌性。
【IPC分類】B21C1/02, C22C38/22, B21C9/00, B21C3/02
【公開號】CN105127218
【申請?zhí)枴緾N201510529287
【發(fā)明人】徐淑波, 劉婷, 李振東, 黃麗麗, 程鋼
【申請人】山東建筑大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月26日