(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011319544.6
(22)申请日 2020.11.23
(71)申请人 浙江天马轴承集团有限公司
地址 313000 浙江省湖州市德清县雷甸镇
运河路8号
(72)发明人 蒋鹏 刘鹏飞 赵有为
(74)专利代理机构 浙江千克知识产权代理有限
公司 33246
代理人 杨学强
(51)Int.Cl.
B21B 1/18(2006.01)
B21B 15/00(2006.01)
B21B 37/74(2006.01)
C21D 8/06(2006.01)
C22B 9/18(2006.01)
C22C 38/00(2006.01)C22C 38/02(2006.01)C22C 38/04(2006.01)C22C 38/06(2006.01)C22C 38/42(2006.01)C22C 38/44(2006.01)C22C 38/50(2006.01)
(54)发明名称一种30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺(57)摘要本发明属于金属压力加工技术领域，具体公开了一种30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺，包括电渣重熔、加热锻 造、轧制加热、开坯机轧制开坯、锯切、连轧机组轧制、退火精整步骤。本发明通过在轧制工序前增加锻制工序、优化轧制工艺结合严格的温度控制，有效克服了现有30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢生产工艺产生的钢易开裂、组织不均匀的问题，按本发明方法制得的钢棒各方面性能优越，能满足高精尖端项目用材要求，且本发明生产效率高、成本低，能够填补国内高氮马氏体不锈钢钢棒批量化生产的空白， 具有非常好的应用前景。权利要求书1页 说明书6页 附图1页CN 112496032 A 2021.03.16
C N 112496032
A
1.一种30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1. 电渣重熔：在高压气氛中对30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢粗坯进行电渣重熔处理，制得高氮钢圆钢锭； S2.加热锻造：将圆钢锭预热至600‑700℃，然后保温，保温时间不小于2小时；再加热至1100‑1220℃后对钢锭进行保温，保温时间不小于3小时；将锻造工装预热至150℃以上，然后将钢锭锻成方坯；
S3. 轧制加热：将锻造方坯装入加热炉内，预热至600‑700℃，然后保温，
保温时间不小于0.5h；再升温到1180‑1230℃后保温，保温时间不小于3h，出炉；
S4. 开坯机轧制开坯：在轧制前关闭轧辊冷却水，用红钢对轧辊进行预热，以每道次不超过40mm的变形量对方坯进行初轧；
S5. 锯切：用热锯将初轧得到的方坯变形的头尾部切除，锯切时将热锯的冷却水调小；S6.连轧机组轧制：轧制前关闭轧辊冷却水、用红钢对轧辊进行预热，在连轧机组里将坯料轧制成圆棒；
S7. 退火精整：将圆棒转移到退火炉退火，对退火后的棒料进行矫直、扒皮处理。
2.根据权利要求1所述的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺，其特征在于：步骤S4中，开坯机终轧温度不得低于1000℃。
3.根据权利要求1所述的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺，其特征在于：步骤S6中，连轧机组中轧制温度不得低于930℃。
4.根据权利要求1所述的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺，其特征在于：步骤S2中，锻造采用八边四方法。
5.根据权利要求1所述的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺，其特征在于：步骤S2中，锻造得到的方坯表面不得有裂纹存在，如有必须修磨干净。
6.根据权利要求1所述的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺，其特征在于：步骤S2中，圆钢锭加热至1100‑1220℃的过程升温速度不超过80℃/h。
7.根据权利要求1所述的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺，其特征在于：步骤S3中，方坯升温到1180‑1230℃的过程先以不超过60℃/h的升温速度加热至850‑950℃，再以不超过150℃/h的升温速度加热到1180‑1230℃。
8.根据权利要求1所述的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺，其特征在于：步骤S7中，所述的退火工艺过程如下：加热至850‑900℃保温3h，再以不超过40℃/h的降温速度降温至700‑750℃，保温3‑4h，然后关火随炉降温至低于600℃出炉空冷。
9.根据权利要求1所述的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺，其特征在于：步骤S1中，所述的高压气氛是指通过将氮气充入密闭空间得到的压力在11Bar以上的气氛。
10.根据权利要求1‑9任一所述的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺，其特征在于：所述的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢按质量百分比计包括以下组分：C 0.28‑0.34%，Si 0.30‑0.80%，Mn 0.30‑0.60%，S≤0.01%，P≤0.02%，Cr 14.5‑16%，Mo 0.95‑1.1%，N 0.35‑0.44%，Ni≤0.30%，Al≤0.035%，Ti≤0.003%，Cu≤0.25%，O≤0.0025%，余量为铁及不可避免杂质。
权 利 要 求 书1/1页CN 112496032 A
一种30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺
技术领域
[0001]本发明属于金属压力加工工艺技术领域，具体涉及一种30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺。
背景技术
[0002]30Cr15MoN钢是一种高氮马氏体不锈钢，强度、硬度高，耐腐蚀性、耐磨性、韧性好，因其优异性能，优先应用于大飞机、战斗机、航空航天领域。30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢是我国高精尖端国防建设常用的材料，但是其生产技术一直被国外掌控，基本依赖进口，耗资巨大，而且随时面临着禁运的风险，因此实现该钢种的国产化尤为必要。
[0003]30Cr15MoN钢作为一种高氮钢，热塑性差，加工难度大，在加工过程中很容易出现开裂报废，成材率低，目前30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢棒料都是通过锻造的方式进行加工，经试验，此种方式加工周期长、生产成本高，不仅易开裂，而且对于小规格棒料无法保证在整支棒料上的组织均匀性，很难实际应用。轧制工艺也是目前较为常见的一种钢加工方法，是将钢料置于轧辊之间，受到轧辊压力后压缩进行塑性变形的方式，与锻造方式相比，能够大大缩短工期，降低成本，且组织均匀性有所改善，但是用现有的轧制工艺加工30Cr15MoN钢，仍旧无法解决钢易开裂问题。
发明内容
[0004]为解决上述问题，本发明提供了一种30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺，通过本发明轧制生产的高氮钢钢棒不会出现开裂现象，组织均匀，各方面性能优越，能满足高精尖端项目用材要求。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制生产工艺，包括以下步骤：
S1. 电渣重熔：在高压气氛中对30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢粗坯进行电渣重熔处理，制得高氮钢圆钢锭；
S2.加热锻造：将圆钢锭预热至600‑700℃，然后保温，保温时间不小于2小时；再加热至1100‑1220℃后对钢锭进行保温，保温时间不小于3小时；将锻造工装预热至150℃以上，然后将钢锭锻成方坯；
S3. 轧制加热：将锻造方坯装入加热炉内，预热至600‑700℃，然后保温，
保温时间不小于0.5h；再升温到1180‑1230℃后保温，保温时间不小于3h，出炉；
S4. 开坯机轧制开坯：在轧制前关闭轧辊冷却水，用红钢对轧辊进行预热，以每道次不超过40mm的变形量对方坯进行初轧；
S5. 锯切：用热锯将初轧得到的方坯变形的头尾部切除，锯切时将热锯的冷却水调小至正常使用的一半以下的水量；
S6.连轧机组轧制：轧制前关闭轧辊冷却水、用红钢对轧辊进行预热，在连轧机组里将坯料轧制成圆棒；
S7. 退火精整：将圆棒转移到退火炉退火，对退火后的棒料进行矫直、扒皮处理。[0006]优选的，步骤S4中，开坯机终轧温度不得低于1000℃，低于1000℃，无法保证后续连轧中的温度。
[0007]优选的，步骤S6中，连轧机组中轧制温度不得低于930℃，低于930℃，钢易开裂且易出现带状组织。
[0008]优选的，步骤S2中，锻造采用八边四方法，所述的八边四方法即：对圆钢锭先压四个面至要求尺寸，然后将工件旋转45℃压四个面至要求尺寸，不改变旋转方向再将工件旋转45℃压四个面至要求尺寸，如此循环往复，直至将坯料锻至最终需要的尺寸（每次锻打结束时工件在截面上有八条边）。该方法可以有效减少内应力损害，防止开裂，减少带状组织的产生，使组织均匀，确保了锻制效果。
[0009]优选的，步骤S2中，锻造得到的方坯表面不得有裂纹存在，如有必须修磨干净。采用八边四方法外的其他锻造方法如四方拔长法，表面出现裂纹的可能性大，出现裂纹后必须消除防止对后续轧制造成影响。
[0010]优选的，步骤S2中，圆钢锭加热至1100‑1220℃的过程升温速度不超过80℃/h。[0011]优选的，步骤S3中，方坯升温到1180‑1230℃的过程先以不超过60℃/h的升温速度加热至850‑950℃，再以不超过150℃/h的升温速度加热到1180‑1230℃。
[0012]优选的，步骤S7中，所述的退火工艺过程如下：加热至850‑900℃保温3h，再以不超过40℃/h的降温速度降温至700‑750℃，保温3‑4h，然后关火随炉降温至低于600℃出炉空冷。
[0013]优选的，步骤S1中，所述的高压气氛是指通过将氮气充入密闭空间得到的压力在11Bar以上的气氛。
[0014]优选的，所述的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢按质量百分比计包括以下组分：C
0.28‑0.34%，Si 0.30‑0.80%，Mn 0.30‑0.60%，S≤0.01%，P≤0.02%，Cr 14.5‑16%，Mo 0.95‑
1.1%，N 0.35‑0.44%，Ni≤0.30%，Al≤0.035%，Ti≤0.003%，Cu≤0.25%，O≤0.0025%，余量为铁及不可避免杂质。
[0015]本发明通过电渣重熔‑加热锻造‑轧制加热‑开坯机轧制开坯‑锯切‑连轧机组轧制‑退火精整这一工艺过程，结合优化的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢组分配方，将粗坯制成了不开裂、组织均匀、力学性能优异的不锈钢钢棒。针对高氮马氏体不锈钢加工后易开裂、组织均匀差的问题，本发明采取以下方式解决：
首先，在轧制工序前增加锻制工序（即加热锻造步骤），增加组织的紧密性，防止后续轧制过程出现分层或者其他组织缺陷，为轧制提供良好的组织基础，也初步降低了轧制工序出现开裂和组织不均问题的可能性；更加优化的，本发明采用八边四方法进行锻制，确保了锻制后钢组织均匀性好，表面不会发生开裂。
[0016]其次，本发明对轧制过程进行了工艺优化，使钢经轧制后不易发生开裂，具体包括以下方面：①控制开坯机终轧温度不得低于1000℃，连轧机组中轧制温度不得低于930℃，以防止温度过低钢材开裂；②控制开坯时每道次变形量不超过40mm，以减少内应力，避免开裂；③开坯前以及连轧机组轧制前关闭冷却水，锯切时将冷却水调小（现有轧制工艺这些过程都会开启冷却水），以防止局部温度骤降，破坏温度均匀性而引起的钢材开裂。
[0017]此外，本发明对锻造和轧制过程进行严格的温度控制，具体包括各工序的温度范
围控制、保温时间设置、加工部件和钢锭/方坯预热以及升温速度控制，有效克服高氮钢的热敏性损害，
减少钢材内外的应力差，避免钢的塑性下降，降低轧制难度，在前述轧制前增加锻制工序、优化轧制工艺的基础上，确保了钢棒成品的表面质量和组织均匀性。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明轧制的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒表面质量完好，不会出现表面开裂的缺陷，极大提升了30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒在生产过程中的成材率。[0018]
2、本发明轧制的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒在整支棒料上金相组织均匀，避免了因组织不均匀导致的产品性能不合格。
[0019]3、本发明轧制的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒力学性能优异，且生产效率高、成本低，填补了国内高氮马氏体不锈钢钢棒批量化生产的空白，具有非常好的应用前景。
附图说明
[0020]图1：在实施例1制得的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒头部样的1/2半径处取试样的显微组织照片(500x)。
[0021]图2：在实施例1制得的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒头部样的1/2半径处取试样的显微组织照片(500x)。
具体实施方式
[0022]以下结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的说明。
[0023]实施例1
本实施例为优选实施例，提供一种30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢钢棒的轧制工艺，所述的30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢按质量百分比计包括以下组分：
C 0.30%，Si 0.65%，Mn 0.45%，P 0.013%，S 0.002%，Cr 15.1%，Ni 0.26%，Mo
1.0%，Cu 0.06%，N 0.38%；所述的轧制工艺包括以下步骤：
S1. 电渣重熔：充氮气至空间压力达到11Bar以上，在该高压氮气气氛中对30Cr15MoN高氮马氏体不锈钢粗坯进行电渣重熔处理，制得￠640mm高氮钢圆钢锭；
S2.加热锻造
a.加热：将圆钢锭预热至700℃，然后保温2h；以不超过80℃/h的升温速度加热至1220℃，然后保温5h；
b.锻造准备：修磨锻造工装使其与钢锭接触的表面平滑无毛刺，棱角部位圆弧光滑过渡；将锻造工装预热至170℃；
c.锻造：不镦粗直接拔长，采用“八边四方”法进行拔长，将钢锭锻制成横截面350x350mm的方坯，方坯表面不得有裂纹存在，如有必须修磨干净；
S3. 轧制加热：将锻造方坯装入环形加热炉，预热至700℃，保温0.5h；然后以不超过60℃/h的升温速度加热至900℃，再以不超过150℃/h的升温速度加热到1220℃，保温3h，出炉；
S4. 开坯机轧制开坯：将850二辊可逆轧机轧辊冷却水关闭，用红钢预热轧辊后，以每道次不超过40mm的变形量将坯料轧制165x165mm方坯，开坯机终轧温度1030℃；
S5. 锯切：用热锯将165x165mm方坯变形的头尾部切除，并按要求长度进行锯切；
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