本發(fā)明涉及一種不銹鋼鍛件的制造方法，具體涉及一種z3cn18-10控氮奧氏體不銹鋼鍛件的制造方法。

背景技術(shù)：

z3cn18-10是一種法國nf牌號(hào)的奧氏體不銹鋼鋼種，廣泛用于制造壓水堆核電大型部件，如核反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件堆芯支承板、上支承板等。由于壓水堆核電主設(shè)備在服役時(shí)工況特別苛刻，處于高溫、高腐蝕性環(huán)境，對(duì)不銹鋼鍛件的抗晶間腐蝕能力、高溫強(qiáng)度等性能指標(biāo)有很高的要求。如要求在敏化處理(加熱到700±10℃保溫30分鐘，試樣應(yīng)在爐內(nèi)以每小時(shí)60±5℃的速率緩慢冷卻到500℃，然后在空氣中冷卻)后按標(biāo)準(zhǔn)rcc-mmc1000進(jìn)行腐蝕，不得出現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象；進(jìn)行350℃高溫拉伸試驗(yàn)，屈服強(qiáng)度≥115mpa。

在工藝上，保證材料能夠通過晶間腐蝕試驗(yàn)和高溫拉伸試驗(yàn)是一對(duì)矛盾：要通過晶間腐蝕試驗(yàn)，就希望c含量盡可能低，固溶溫度盡量高，但這兩條技術(shù)措施都勢(shì)必降低鍛件的高溫拉伸屈服強(qiáng)度。同時(shí)保證晶間腐蝕試驗(yàn)合格和高溫強(qiáng)度是獲得高性能z3cn18-10鍛件的主要技術(shù)難點(diǎn)，也是制約核電堆內(nèi)構(gòu)件用z3cn18-10大鍛件制造的主要技術(shù)瓶頸之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種z3cn18-10控氮奧氏體不銹鋼鍛件的制造方法，它可以制造出耐腐蝕、耐高溫的高強(qiáng)度z3cn18-10控氮不銹鋼鍛件，經(jīng)過晶間腐蝕試驗(yàn)、高溫拉伸試驗(yàn)，所得鍛件可以滿足第三代核電主設(shè)備用大鍛件的要求，用于制造反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件等核一級(jí)設(shè)備。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明z3cn18-10控氮奧氏體不銹鋼鍛件的制造方法的技術(shù)解決方案為，包括以下步驟：

第一步，冶煉鋼錠；

鋼錠的成分包括：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％；

冶煉方法包括以下步驟：

步驟1.1，采用真空吹氧脫碳法或氬氧脫碳法冶煉鋼水，鋼水的成分含量符合鋼錠的成分范圍；

步驟1.2，將鋼水澆注成電極棒，獲得電極棒；

步驟1.3，在電渣重熔爐中將電極棒進(jìn)行重熔，進(jìn)一步提純鋼水，去除夾雜物，鑄成30～60噸的電渣重熔鋼錠。

所述步驟1.3的重熔過程中采用干燥氮?dú)獗Ｗo(hù)。

所述步驟1.3中去除夾雜物的控制目標(biāo)為：a、b、c、d、ds類夾雜物均≤1.0。

第二步，鍛造鍛件；

對(duì)第一步所獲得的電渣重熔鋼錠進(jìn)行鍛造，鍛造比≥6；

包括以下步驟：

步驟2.1，冷送鋼錠；

步驟2.2，拔長；

步驟2.3，墩粗，成形；

最后一鍛造火次的初始鍛造溫度控制在1050～1100℃范圍，鍛造變形量控制在12～20％。

第三步，固溶熱處理；

采用溫度不均勻性≤±10℃的電加熱爐，對(duì)第二步所得鍛件進(jìn)行固溶熱處理，包括以下步驟：

步驟3.1，將鍛件加熱至1050～1070℃保溫，實(shí)現(xiàn)奧氏體化；保溫時(shí)間為每100mm壁厚保溫2～2.5h；

步驟3.2，冷卻；

將鍛件浸入水中進(jìn)行固溶冷卻，鍛件從出爐到入水的時(shí)間間隔不超過5分鐘；入水后將鍛件冷卻至低于95℃。

所述第三步中采用單件生產(chǎn)或工件疊加批爐生產(chǎn)；采用工件疊加批爐生產(chǎn)時(shí)，工件之間通過墊鐵隔開，隔開間距不小于鍛件壁厚。

本發(fā)明可以達(dá)到的技術(shù)效果是：

本發(fā)明通過成分控制、鍛造、固溶三個(gè)關(guān)鍵步驟，全面提升了z3cn18-10控氮不銹鋼鍛件的抗腐蝕性能和高溫拉伸強(qiáng)度，在保證z3cn18-10鍛件可通過晶間腐蝕試驗(yàn)的同時(shí)獲得高的高溫拉伸性能指標(biāo)，350℃屈服強(qiáng)度在140mpa以上。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

圖1是德龍組織圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明z3cn18-10控氮奧氏體不銹鋼鍛件的制造方法，包括以下步驟：

第一步，冶煉鋼錠；

鋼錠的成分包括(本文均為質(zhì)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標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)z3cn18-10控氮不銹鋼提出的成分規(guī)范為：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％。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)z3cn18-10成分提出了一個(gè)較寬泛的要求，但僅符合成分規(guī)范的鍛件未必能保證獲得規(guī)定的性能指標(biāo)。工程實(shí)踐表明，成分在上述范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，鍛件可達(dá)到的性能將發(fā)生明顯變化。

本發(fā)明在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為均衡各性能指標(biāo)，對(duì)各元素的成分進(jìn)一步限定。上述成分范圍將c控制在適當(dāng)?shù)偷乃?，同時(shí)將cr含量控制在較高水平，可以確保鍛件具有足夠的抗晶間腐蝕能力；n控制在較高水平，以補(bǔ)償降低c帶來的強(qiáng)度損失。

另外添加少量的mo元素進(jìn)一步提升高溫強(qiáng)度，即mo含量為0.20～0.40％。添加上述范圍的mo不涉及材料牌號(hào)的變更。其余合金根據(jù)如圖1的示的德龍組織圖計(jì)算最終得到所需奧氏體組織而確定。

本發(fā)明控制z3cn18-10控氮不銹鋼鍛件的化學(xué)成分，將鋼錠的合金成分控制在：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；本發(fā)明的p含量為0.015～0.020％，s含量為0.002～0.005％，從盡量提升性能而言，p、s越低越好，但控制目標(biāo)過高將不合理的增加冶煉成本。

鋼錠的冶煉方法包括以下步驟：

步驟1.1，采用真空吹氧脫碳法(vod)或氬氧脫碳法(aod)冶煉鋼水，鋼水的成分含量符合上述鋼錠的成分范圍；

步驟1.2，將鋼水澆注成電極棒，獲得目標(biāo)成分范圍的電極棒；

步驟1.3，在200噸電渣重熔爐中將電極棒進(jìn)行重熔，進(jìn)一步提純鋼水，去除夾雜物， 鑄成30～60噸的電渣重熔鋼錠；

重熔過程中必須采用干燥氮?dú)獗Ｗo(hù)，防止n元素下降；

為保證鋼水的純凈度，提高鍛件力學(xué)性能和抗腐蝕能力，夾雜物控制目標(biāo)為：a、b、c、d、ds類夾雜物均≤1.0。

鋼錠的質(zhì)量決定鍛件可達(dá)到的性能潛力，本發(fā)明通過控制、合金成分、鋼水的純凈度(殘余元素和夾雜物)以及冶煉方式，能夠獲得符合要求的鋼錠。

第二步，鍛造鍛件；

對(duì)第一步所獲得的電渣重熔鋼錠進(jìn)行鍛造，包括以下步驟：

步驟2.1，冷送鋼錠；

步驟2.2，拔長；

步驟2.3，墩粗，成形；

最后一鍛造火次的初始鍛造溫度控制在1050～1100℃范圍，鍛造變形量控制在12～20％水平；

鍛件按rcc-mm380標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的鍛造比≥6，以充分打碎鋼錠鑄態(tài)組織并壓實(shí)。

本發(fā)明將z3cn18-10控氮不銹鋼鍛件最后一鍛造火次的初始鍛造溫度控制在1050～1100℃范圍，鍛造變形量控制在12～20％水平，能夠獲得到所期望的2～3級(jí)奧氏體晶粒度。較細(xì)的晶粒度為后續(xù)鍛件力學(xué)性能提供了良好的基礎(chǔ)。

第三步，固溶熱處理；

采用溫度不均勻性≤±10℃的電加熱爐，可采用單件生產(chǎn)或工件疊加批爐生產(chǎn)；采用工件疊加批爐生產(chǎn)時(shí)，工件之間通過墊鐵隔開，隔開間距不小于鍛件壁厚。

對(duì)第二步所得鍛件進(jìn)行固溶熱處理，包括以下步驟：

步驟3.1，將鍛件加熱至1050～1070℃保溫，實(shí)現(xiàn)奧氏體化；保溫時(shí)間為每100mm壁厚保溫2～2.5h；

步驟3.2，冷卻；

將鍛件浸入水中進(jìn)行固溶冷卻，鍛件從出爐到入水的時(shí)間間隔不超過5分鐘；入水后將鍛件冷卻至低于95℃。

rcc-m標(biāo)準(zhǔn)限制z3cn18-10控氮不銹鋼鍛件最低固溶溫度為1050℃，本發(fā)明選取較低的保溫溫度(上限為1070℃)，使鍛件在較低的溫度均勻地奧氏體化，防止晶粒長大。

本發(fā)明限定的保溫時(shí)間足夠長(每100mm壁厚保溫2～2.5h)，以取得碳化物充分溶解的效果，防止晶間存在不良碳化物降低抗腐蝕性能。

本發(fā)明限定固溶冷卻從出爐到入水的時(shí)間間隔不超過5分鐘，入水后將鍛件冷卻至低于 95℃，以獲得良好的固溶強(qiáng)化效果并阻止碳化物在晶間再次析出。