[发明专利]深海采油设备液压缸用钢锻件性能热处理工艺

说明书

技术领域：

本发明属于深海采油设备液压缸用钢锻件的生产技术领域，特别涉及一种马氏体沉淀硬化不锈钢15-5PH锻件的性能热处理工艺。

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。

由于深海采油设备液压缸的特殊工作环境，液压缸的材质规定为沉淀硬化型马氏体不锈钢15-5PH。15-5PH的合金元素Cr、Ni含量高，锻造温度范围窄，锻件组织中含有易产生锻造裂纹的高温相δ铁素体等，增加了锻件的锻造成型难度。发明专利“深海采油设备液压缸用钢锻件锻坯制造工艺”针对上述问题，采用15-5PH钢的化学成分优化与改变常规锻造工艺的组合，成功地锻造出压实锻透的液压缸锻件锻坯。但是该专利因15-5PH的锻造特性，防止终锻温度偏低出现锻造裂纹，终锻温度仍引用常规锻造工艺中980℃的较高终锻温度。终锻温度高，锻坯的显微组织会出现不同程度的粗晶、混晶。此外，针对大截面锻件（540×378×152mm）在实际成型条件下，内部变形分布极不均匀，在一定的应变速率和温度条件下，一部分满足发生动态再结晶的变形区域可以在变形过程中发生动态再结晶，其它区域则由于变形量小，不满足发生动态再结晶条件而不能发生动态再结晶。由此导致不同区域的晶粒尺寸大小不一，特别是在终锻温度较高的情况下，已再结晶区域的晶粒会发生异常长大，形成锻件中的粗晶和混晶组织，将严重影响锻件性能热处理后的力学性能。

由于液压缸服役的海洋油气工况条件恶劣，缸内壁需抗磨损，要求强度高韧性好，尤其是低温韧性,客户要求-18℃夏比V型缺口冲击功AKv≧20J。因此，以ASTM A564中牌号XM-12(等同15-5PH)/H1075状态(1040℃固溶处理+580℃时效处理)的性能热处理工艺制造海洋油气开采系统中应用的液压缸，其显微组织和综合力学性能难以满足要求，也无法适用于恶劣的工况条件。

发明内容：

本发明的目的就在于克服现有锻件锻坯的显微组织不足，提供一种深海采油设备液压缸用钢锻件性能热处理工艺，按此工艺能够有效地改善液压缸用钢锻件的显微组织，提高锻件的综合力学性能，尤其是低温冲击韧性和屈服强度且工艺质量稳定。

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的性能热处理工艺，包括以下步骤：

步骤①：以马氏体沉淀硬化型不锈钢为15-5PH液压缸钢锻件材料，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：将经机械粗加工的15-5PH液压缸锻件置入井式电阻加热炉中加热至1060±5℃，并在此温度范围保温180分钟，出炉油冷至32℃以下，

步骤③：将步骤②经固溶处理的液压缸锻件置入井式电阻回火炉中加热至620±5℃，并在此温度范围保温360分钟，出炉空冷至室温，

步骤④：步骤③经时效处理的液压缸锻件置入井式电阻加热炉中加热至1040±5℃，并在此温度范围保温140分钟，出炉油冷至32℃以下，

步骤⑤：将步骤④经固溶处理的液压缸锻件置入井式电阻回火炉中加热至580±5℃，并在此温度范围保温360分钟，出炉空冷至室温。

本发明的优点及积极效果是：

本发明采用两次固溶+时效的性能热处理工艺，第一次固溶+时效热处理作为第二次固溶+时效热处理的预备热处理，减少了液压缸锻件的锻态混晶和粗晶组织，改善了第二次固溶+时效热处理之前的组织状态，有利于第二次固溶+时效热处理获得均匀细小显微组织，提升锻件综合力学性能。

本发明第一次固溶热处理奥氏体化加热温度提高至1060℃，增加了钢中合金元素扩散的热力学条件，使钢中合金元素分布趋于均匀，降低了因微观成分偏析对显微组织的不良影响，高温奥氏体经油冷转变为组织较均匀的马氏体+少量残余奥氏体；