一种高性能核电吊具材料20Cr锻件及其生产方法与流程

本发明属于锻件生产，具体涉及一种高性能核电吊具材料20cr锻件及其生产方法。

背景技术：

1、20cr，为低淬透性渗碳钢，大多用于制造心部强度要求较高，表面承受磨损、截面在30mm以下的或形状复杂而负荷不大的渗碳零件。该钢淬火、低温回火后具有良好的综合力学性能，低温冲击韧性良好，回火脆性不明显。该钢等同于法国nf标准钢号18c3。在核电项目中，20cr锻件越来越多的用于吊具部件的原材料。

2、目前，由于国内标准不完善，对于20cr锻件的验收要求，仅仅在jb/t 6369-2006中，规定了小试样φ15(一次淬火+回火)，小试样φ30(二次淬火+回火)，本体取样(渗碳+淬火+回火)的力学验收标准。而对于调质后的锻件本体的力学性能，却没有清晰的标准规定。而对吊具锻件整体截面的力学性能要求，提升其性能也是目前存在的较难的技术问题。所以针对核电吊具材料20cr锻件进行改良是急需解决的技术问题。在20cr锻件的生产过程中，要对原材料成分的微合金配比、锻造、热处理方面严格控制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，本发明提供一种核电吊具材料20cr锻件的及其生产方法。

2、为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明首先提供一种高性能核电吊具材料20cr锻件，由下列重量百分比的成分组成：

4、c：0.21-0.24％、si：0.17-0.37％、mn：0.60-0.80％、p：≤0.020％、s：≤0.010％、cr：0.90-1.00％，mo：≤0.10％，ni：≤0.20％，cu：≤0.20％，al：0.015-0.035，h：≤2ppm，o：≤20ppm，余量为fe及不可避免杂质。

5、原材料采用电炉+钢包精炼+真空精炼的冶炼方法(ef+lf+vd)，采用碱性电炉冶炼，完全镇静晶粒，底部浇铸。

6、本发明还提供一种高性能核电吊具材料20cr锻件的生产方法，包括以下步骤：

7、(1)锻造工艺：

8、取上述成分的钢坯为原料预热后置入锻造炉内，将锻造炉进行加热，温度达到1215～1225℃并保温4～8小时，然后出炉进行锻造，始锻温度为1200℃～1220℃，终锻温度为800℃～820℃，锻造比大于10:1；经锻造后得到锻件；

9、优选的，步骤(1)中始锻温度1220℃，终锻温度为800℃。

10、本步骤限定始锻温度为1200℃～1220℃，过高的始锻温度容易使原料过热，甚至过烧；终锻温度为800℃～820℃，终锻温度过低会在锻造过程中容易使锻件出现开裂，终锻温度过高会在锻造过程中出现粗大晶粒；锻造比大于10:1，这样就能打碎粗大的奥氏体晶粒，从而保证锻造后的锻件结构紧密；锻造完成后打开炉门使锻件空冷至室温。

11、(2)锻后热处理：将步骤(1)得到的锻件先经过机械加工去除锻件的氧化表皮，然后将锻件进行正火热处理，具体为：锻件加热至880～900℃，保温6～12小时；然后将锻件从锻造炉中取出，经空冷、喷水、喷雾或吹风冷却至室温，得到热处理后的锻件；

12、优选的，步骤(2)中锻件加热至900℃，保温6～8小时。

13、其中，将锻件从锻造炉中取出，经空冷、喷水、喷雾或吹风冷却至室温，主要目的是防止白点与氢脆，消除内应力，改善零件内部组织，细化晶粒。

14、(3)性能热处理：

15、(a)淬火：先将热处理后的锻件进行奥氏体区加热淬火：将锻件放入到加热炉中，加热炉内的温度控制在25～50℃，然后以≤200℃/h的加热速率将锻件加热至890～910℃，保温3～10h；然后将锻件放入到水池中进行淬冷；开始淬火时，淬火液的温度控制在30℃以下，淬火结束时，淬火液的温度控制在40℃以下，得到淬火完成的锻件；

16、(b)回火：然后装炉回火：将淬火完成的锻件重新放入到加热炉中，加热炉内的温度控制在25～50℃，然后以≤200℃/h的加热速率将锻件加热至570～590℃，保温5～14h，最后空冷至室温，得到核电吊具材料20cr锻件。

17、优选的，步骤(3)的(a)中加热速率为100-150℃/h，加热至900℃淬火，保温3～8h；

18、优选的，步骤(3)的(b)中加热速率为100-120℃/h。

19、在调质热处理中，淬火工艺能够提高锻件的淬硬层深度、提高其力学性能，从而得到板条马氏体组织，回火工艺能够得到回火索氏体，提高锻件的韧性，在不明显降低锻件强度的情况下改善其塑形强度，显著提高了材料的综合机械性能。

20、本发明适用于范围为φ30mm～φ550mm圆棒锻件或者等效圆的方形锻件，本发明生产出来的锻件，其整体截面的力学性能，可达到φ30小试样进行二次淬火+回火的力学性能。

21、本发明的优点和技术效果是：

22、(1)本发明采用成分设计与工艺相结合的研究，基于锻后热处理工艺和性能热处理工艺，得到细小晶粒和提高淬硬层深度，提高了产品的综合性能。

23、(2)本发明方案中，20cr始锻温度1220℃，超过1220℃容易造成过热，甚至过烧。根据坯料的大小确定合理的保温时间，合理的保温时间是保证晶粒不易粗大的基础。终锻温度为800℃，过低的终锻温度将引起零件开裂的可能性，过高也是形成晶粒粗大的原因。锻造比必须保证≥10:1，这样可确保锻造后结构紧密，而且能打碎粗大的奥氏体晶粒，夹杂物弥散分布，消除带状组织，减轻各向异性。在接近终锻温度时，采用轻打快锻的锻造工艺，可以使晶粒更细小，对提高力学性能奠定基础。

24、(3)本发明采用正火+淬火+回火工艺技术，淬火温度900℃，目的提高形核率，降低长大速度，保温后快速深冷，冷却时要降低水温，冷却水要循环、搅拌，确保快速冷透，提高淬硬层深度；回火温度为570-590℃保温适当时间后空冷，提高材料的力学性能。

技术特征：

1.一种高性能核电吊具材料20cr锻件的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高性能核电吊具材料20cr锻件的生产方法，其特征在于，步骤(1)中始锻温度1220℃，终锻温度为800℃。

3.根据权利要求1所述的高性能核电吊具材料20cr锻件的生产方法，其特征在于，步骤(2)中锻件加热至900℃，保温6～8小时。

4.根据权利要求1所述的高性能核电吊具材料20cr锻件的生产方法，其特征在于，步骤(3)的(a)中加热速率为100-150℃/h，加热至900℃淬火，保温3～8h。

5.根据权利要求1所述的高性能核电吊具材料20cr锻件的生产方法，其特征在于，步骤(3)的(b)中加热速率为100-120℃/h。

技术总结
本发明属于锻件生产技术领域，具体涉及一种高性能核电吊具材料20Cr锻件及其生产方法。主要步骤为：始锻温度1200‑1220℃，终锻温度800℃～820℃，锻造比＞10:1；加热至1215～1225℃保温3‑5h，得到锻件后进行正火处理，在880‑900℃保温6‑12h后空冷；再进行淬火处理，在890～910℃保温3‑10h后水冷；最后进行回火处理，在570～590℃保温5‑14h后空冷，得到核电吊具材料20Cr锻件。本发明采用成分设计与锻造工艺、热处理工艺相结合的方式，达到了细化晶粒、提高淬硬层深度，得到整体截面综合力学强度优异的锻件，解决了20Cr核电吊具锻件整体截面力学性能不佳的技术难题。

技术研发人员：姚强,赵玉宝
受保护的技术使用者：张家港海锅新能源装备股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24