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