[发明专利]深海采油设备液压缸用钢锻件锻坯制造工艺

说明书

技术领域

本发明属于一种深海采油设备液压缸用钢锻件锻坯制造工艺，其制造工艺是液压缸用钢的化学成分优化与锻造工艺及中间工序热处理的一种组合。

背景技术

液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸也广泛应用于海洋油气开采系统，如海上采油平台液压抽油机、海洋石油平台水下夹桩器、液压缸深海取芯钻机、井下液压增压器、防喷器的液控系统、修井水龙头拆卸器等等。

液压缸除需承受高压液体的作用外，还要考虑液压介质对缸体内壁的腐蚀，柱塞或活塞与缸体内壁的磨损。对于大、中型液压缸要求缸体材料的强度高，韧性好，通常选用MnMo 、SiMn、CrMo类低合金钢或CrNi型不锈钢。本例液压缸锻件主要用于海洋和深海采油系统，除必须适应海洋各种恶劣的工况条件之外，还必须保证液压缸服役于海洋采油平台，特别是服役于海底井口各采油设备期间，具有可靠的执行动作稳定性和运行安全性，具备预期的安全运行寿命。为此，我们选用马氏体沉淀硬化型不锈钢15-5PH作为液压缸的制造材料。

15-5PH属于马氏体沉淀硬化型不锈钢，合金元素Cr、Ni含量高，锻造温度范围较窄，一般只有170℃（即1150～980℃），变形抗力高。15-5PH马氏体沉淀硬化型不锈钢含有一定数量的高温铁素体，即δ铁素体。由于δ铁素体的存在，降低了钢的高温塑性，经受大量变形时，会因δ相和γ（奥氏体）相的强度不同而发生相界面撕裂形成锻造裂纹。因此特别在锻造截面较大尺寸的液压缸锻件（540×378×152mm）时，因高温相δ铁素体的存在和锻坯边角冷却速度快，极易发生锻坯面部、边角开裂等，大大增加了锻造难度,锻件的成型与锻后质量无法保证。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有锻件制造工艺的不足，提供一种深海采油设备液压缸用钢锻件锻坯制造工艺，按此工艺能够成功地锻造出深海采油设备液压缸用钢锻件锻坯，且锻坯质量稳定。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种深海采油设备液压缸用钢锻件锻坯制造工艺，包括以下步骤：

步骤①：以马氏体沉淀硬化型不锈钢为钢锻件材料，所述的马氏体沉淀硬化型不锈钢包括碳、硅、锰、铬、镍、铜、铌、磷及硫，其质量百分比为，碳0.04%～0.07%、硅0.001%～0.60%、锰0.80%～1.00%、铬14.00%～14.50%、镍5.00%～5.50%、铜2.50%～4.00%、铌0.15%～0.25%，磷≤0.035%、硫≤0.025%，并且，铬当量为14.08%～15.52%，镍当量为6.60%～8.10%，

步骤②：根据钢锻件锻坯尺寸，选择方锭，进炉加热至1180℃后，在自由锻锤上沿钢锭长度方向开坯拔料，得到八方截面钢坯，锻造比为2.0~2.2，

步骤③：八方截面钢坯进炉加热至1040℃，保温360分钟，油冷至32℃以下，并进行锯切，取中间段作为坯料，

步骤④：将坯料进炉加热，在始锻温度1150℃，终锻温度为990℃对坯料进行轴向镦粗，镦至原坯料高度的一半时，再对镦粗后的坯料进行原轴向八方截面拔长，拔至原坯料长度时再进行轴向镦粗，再镦至原坯料高度的一半时再对镦粗后的坯料进行原轴向八方截面拔长，拔至原坯料长度时，得到压实锻透的坯料，

步骤⑤：对压实锻透的坯料沿轴向锻打、整形，使总锻造比为5.5，最终得到矩形锻件，

步骤⑥：锻后空冷至340~360℃再进炉保温120分钟炉冷至室温。

本发明的优点及积极效果是：

本发明选用高合金含量的铬镍铜马氏体沉淀硬化型不锈钢15-5PH，进行钢的化学成分优化设计。其目的是提高镍当量，降低铬当量，使奥氏体得以稳定。钢中高温相铁素体最大含量减少至5%左右，降低了高温脆性相δ铁素体引起的锻造裂纹，尤其是边角裂纹形成的趋势。化学成分优化设计能提高始锻温度，改善了金属的形变能力，有利于锻件的压实和成型。

本发明在化学成分优化设计改善可锻性的基础上，开坯压实锻造将始锻温度由1150℃提高至1180℃。由于始锻温度的升高，降低了金属原子间的结合力，金属滑移的临界剪切应力降低，金属的变形抗力随着温度的升高而降低。从而改善了锻件高温形变能力，通过加大锻压变形量有效地破碎钢锭的铸态粗大树枝晶组织，压实疏松、孔隙及微裂纹的焊合。