等温正火对410石油阀体机械性能的影响

来源:南京科润工业介质股份有限公司作者:赵晓博

本文针对410阀体原材料中存在的高温铁素体δ-Fe组织,在常规退火工艺的基础上改进热处理工艺,采用等温正火有效解决了由于工件组织缺陷导致的性能不合格,保证了足够的机械性能。

随着社会现代化、工业化进程的加剧,各行业对石油的需求量持续增加,同时对石油开采设备的要求也迅速提升。石油阀体作为石油开采的重要零部件,对其性能的要求也越来越高。石油阀体所接触的介质普遍具有腐蚀性强、有毒、可燃、易爆等特点,工作环境多为地下,工况复杂苛刻,操作温度高、压力大、周期长。一旦出现故障,会对整体设备和生产带来不同程度的影响,甚至造成恶性事故。因此,提高石油阀体的机械性能和寿命,对行业和国民经济的发展具有重要意义。

石油阀体的原材料应采用高性能不锈钢锻件,具有高纯度的化学成分和低缺陷、低偏析、均匀的组织。但鉴于国内钢材市场的现状,原材料通常存在不同程度的成分和组织问题,为后期加工和热处理带来隐患、增加负担。

石油阀体的常规加工工艺路线为:钢锭→细钢棒→毛坯→退火→淬火→回火→喷丸→机加工。其中,从细钢棒到毛坯有的采用车加工成型,有的采用模锻成型,本文中的石油阀体为压模成型。

1、410石油阀体的常规生产情况

1.1、化学成分及性能要求

该石油阀体材质为410不锈钢(相当于国内的1Cr13),最大直径210mm,性能检测为正心部取样,化学成分如表1所示。石油阀体规格如图1所示。

410石油阀体

图1 410石油阀体

心部机械性能检测取样位置如图2、图3所示。

心部机械性能检测取样位置

图2 心部机械性能检测取样位置

心部机械性能要求如表2所示。

表1 410阀体原材料化学成分(质量分数,%)

410阀体原材料化学成

表2 410 阀体机械性能要求

410 阀体机械性能要求

将该工件取样,进行金相观察,金相组织如图10所示。经过等温正火后的调质工件,组织为索氏体+少量铁素体,有黑色点状偏析,但原材料中条状的δ-Fe偏析区域已经消除。

将表4、图10分别与表3、图8进行对比,可以发现:经等温正火热处理的工件,调质后组织中的偏析区域明显减少,大的条、块状铁素体明显减轻,高温铁素体组织得到有效改善,工件的性能大幅度提升。因此,等温正火工艺可减轻组织的各向异性,减少原材料缺陷对机械性能的影响,大大减轻了后期热处理的负担,提高了阀体各项机械性能。

表4 等温正火后410 阀体的机械性能

等温正火后410 阀体的机械性能

等温正火后工件的金相组织

图10 等温正火后工件的金相组织

3、结论

410阀体原材料本身存在的组织缺陷—高温铁素体δ-Fe,通过常规退火、调质难于有效消除或改善,严重影响了工件整体性能的提高。本文通过等温正火将阀体加热到较高温度进行保温,在较短时间内迅速均匀组织,改善偏析和高温铁素体组织δ-Fe,保证了调质后工件的机械性能。

上一篇:没有了