一種消除耐熱合金熱加工表面褶皺的方法
【專(zhuān)利摘要】一種消除耐熱合金熱加工表面褶皺的方法，屬于耐熱合金熱加工【技術(shù)領(lǐng)域】。工藝中控制的技術(shù)參數(shù)為：制管坯鐓粗時(shí)要嚴(yán)格控制下限熱加工溫度，所述下限熱加工溫度為1050～1100℃，上限熱加工溫度為1200℃～1230℃；制坯時(shí)要進(jìn)行包套，包套的目的是鐓粗時(shí)在金屬外表面接觸擠壓筒壁前限制金屬流動(dòng)；包套材料為碳鋼或不銹鋼，厚度3-5mm。適用于消除700℃蒸汽溫度超超臨界火電機(jī)組耐熱合金管道制坯過(guò)程中由于未再結(jié)晶或局部再結(jié)晶導(dǎo)致的表面褶皺缺陷，改善制坯時(shí)表面質(zhì)量，提高合金成材率，降低生產(chǎn)成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種消除耐熱合金熱加工表面褶皺的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于耐熱合金熱加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種消除耐熱合金熱加工表面褶皺的方法，適用于消除700°C蒸汽溫度超超臨界火電機(jī)組耐熱合金管道制坯過(guò)程中由于未再結(jié)晶或局部再結(jié)晶導(dǎo)致的表面褶皺缺陷，改善制坯時(shí)表面質(zhì)量，提高合金成材率，降低生產(chǎn)成本。
技術(shù)背景
[0002]我國(guó)600°C超超臨界電站大口徑管的制造技術(shù)已經(jīng)基本成熟，可以利用垂直擠壓技術(shù)生產(chǎn)規(guī)格為0273~1066mm，壁厚20~130mm的鋼管。700°C超超臨界機(jī)組可以進(jìn)一步節(jié)能減排，我國(guó)已經(jīng)成立700°C先進(jìn)超超臨界燃煤火力發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，著力于建設(shè)700°C超超臨界示范電站。600°C超超臨界電站用厚壁大口徑管為鐵素體系耐熱鋼，已經(jīng)不能應(yīng)用到700°C，必須選用鎳基耐熱合金制造厚壁大口徑管。與鐵素體系耐熱鋼相比，鎳基耐熱合金變形抗力大，熱加工變形溫度區(qū)間窄，大尺寸錠型難變形。
[0003]目前，電站用厚壁大口徑的熱擠壓技術(shù)已經(jīng)成熟，并解決了600°C超超臨界電站鍋爐用外徑0 273~1066mm，壁厚20~130mm大口徑厚壁無(wú)縫鋼管的制造。鐵素體系耐熱鋼大口徑鋼管的生產(chǎn)工藝和制造方法主要采用垂直擠壓技術(shù)，詳見(jiàn)專(zhuān)利CN 101706019 B[1]。而對(duì)于鎳基耐熱合金比鐵基材料的變形能力差，再結(jié)晶溫度高，在制坯過(guò)程中容易出現(xiàn)褶皺。一旦出現(xiàn)褶皺，就需要大量的機(jī)加工以消除合金管坯上的褶皺，嚴(yán)重的褶皺若無(wú)法消除，將會(huì)使合金管報(bào)廢。即使能夠消除褶皺，也增加了合金管生產(chǎn)周期，降低了效率，同時(shí)也造成了原材料的消耗，降低了合金管成材率。
[0004]本發(fā)明提供一種消除耐熱合金熱加工表面褶皺的方法，提高耐熱合金管表面質(zhì)量，提高耐熱合金成材率，降低耐熱合金管的制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種消除耐熱合金熱加工表面褶皺的方法，解決了現(xiàn)有耐熱合金的熱加工表面褶皺問(wèn)題，提高耐熱合金大口徑無(wú)縫管材成材率，降低材料制造成本。適用于700 V蒸汽溫度超超臨界火電機(jī)組大口徑厚壁鍋爐管道和管件等部件。
[0006]本發(fā)明通過(guò)限制耐熱合金下限變形溫度，同時(shí)利用包套限制鋼錠表面?zhèn)认蚪饘倭鲃?dòng)，可消除耐熱合金熱加工表面褶皺缺陷。
[0007]本發(fā)明所述耐熱合金化學(xué)成分(重量％)如下:Cr21 - 23% ；Fe < 1.0% ；C0.03 - 0.08% ；Mn ( 0.5% ；Si ( 0.25% ；Coll - 13% ；Mo8.0 - 10.0% ；Ti0.3 - 0.5% ；A10.8 -1.3% ；Cu ( 0.15% ；P < 0.012% ；S < 0.008% ；B0.002 -0.005% ；Nb ( 1.0% ；V ( 0.6% ；W < 2.0% ；N ( 0.015% ；Ca ( 0.01% ；Zr ( 0.02% ;余量為鎳以及不可避免的雜質(zhì)元素。
[0008]本發(fā)明適用于上述成分的耐熱合金，其工藝中控制的技術(shù)參數(shù)如下:
[0009](I)制管坯鐓粗時(shí)要嚴(yán)格控制下限熱加工溫度，所述下限熱加工溫度為1050~1100°C，上限熱加工溫度為1200°C~1230°C。[0010](2)制坯時(shí)要進(jìn)行包套，包套的目的是鐓粗時(shí)在金屬外表面接觸擠壓筒壁前限制金屬流動(dòng)；包套材料為碳鋼或不銹鋼，厚度3-5mm。
[0011]本發(fā)明的原理:本發(fā)明耐熱合金再結(jié)晶溫度高，變形抗力大，熱加工溫度窗口窄，其熱塑性曲線(xiàn)如圖1所示。耐熱合金在1050°C熱壓縮試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)“肌肉狀”表面褶皺現(xiàn)象，如圖2 ;在低于1100°C以下進(jìn)行熱拉伸試驗(yàn)時(shí)也出現(xiàn)表面褶皺現(xiàn)象，如圖3所示。本發(fā)明中對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了分析，鎳基耐熱合金在熱加工前要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)高溫均勻化擴(kuò)散退火處理，鑄錠中的柱狀晶經(jīng)長(zhǎng)時(shí)高溫均勻化擴(kuò)散退火后晶粒粗大，而且大小晶粒不均勻，如圖4所示。熱壓縮時(shí)表面褶皺金相觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，晶粒大小不均，晶界處發(fā)生局部動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，再結(jié)晶晶粒細(xì)小。表面褶皺金相觀(guān)察及形成的原因示意模型分別如圖5和圖6所示。再結(jié)晶核心易在高位錯(cuò)密度處形成，比如晶界。當(dāng)晶界處形成再結(jié)晶晶粒后，強(qiáng)度降低，表現(xiàn)為軟化，晶內(nèi)強(qiáng)度高于晶界強(qiáng)度，變形沿晶界進(jìn)行。當(dāng)坯料受壓，中心金屬向兩邊流動(dòng)，邊部的大晶粒由于晶界局部再結(jié)晶形成表面凸起，而小晶粒由于變形協(xié)調(diào)能力弱，形成表面凹進(jìn)，這樣在大、小晶粒接合處就形成表面褶皺。
[0012]本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是:
[0013]1.經(jīng)長(zhǎng)時(shí)高溫?cái)U(kuò)散均勻化退火后的錠型首次熱加工時(shí)，嚴(yán)格控制下限熱加工變形溫度，變形溫度要高于1100°c。
[0014]2.在工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)行鐓粗制坯時(shí)，控制下限變形溫度的同時(shí)，在坯料外表面使用碳鋼包套，包套的目的是對(duì)鐓粗時(shí)限制金屬流動(dòng)，消除表面褶皺的產(chǎn)生。本發(fā)明使用碳鋼或不銹鋼包套，厚度3~5mm。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:提高管坯表面質(zhì)量，為后續(xù)擠壓管提供表面良好的空心坯；提高耐熱合金無(wú)縫管成材率,降低材料成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1本發(fā)明耐熱合金熱塑性曲線(xiàn)。
[0017]圖2本發(fā)明耐熱合金1050°C變形熱壓縮時(shí)宏觀(guān)表面褶皺。圖中從左到右依次是1050°C應(yīng)變速率分別0.01,0.1,1.10S—1變形時(shí)表面褶皺現(xiàn)象。
[0018]圖3本發(fā)明耐熱合金低于1100°C熱拉伸宏觀(guān)表面褶皺。
[0019]圖4本發(fā)明耐熱合金經(jīng)高溫均勻化擴(kuò)散退火后橫向金相組織(50X )。
[0020]圖5本發(fā)明耐熱合金熱壓縮時(shí)表面裙皺剖面金相觀(guān)察。
[0021]圖6表面裙皺廣生不意模型(左:壓縮如；中:局部再結(jié)晶形成表面褶皺；右:無(wú)表面褶皺)。
[0022]圖7本發(fā)明耐熱合金1000°C和1150°C熱拉伸試樣宏觀(guān)表面(上:1000°C ;下:1150°C。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1:
[0024]采用50Kg真空感應(yīng)爐冶煉本發(fā)明耐熱合金錠，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)高溫均勻化擴(kuò)散退火后，利用熱模擬機(jī)進(jìn)行1000~1200°C熱壓縮和熱拉伸試驗(yàn)，進(jìn)行宏觀(guān)表面觀(guān)察。結(jié)果顯示，低于1100°c變形溫度的試樣變形區(qū)出現(xiàn)表面褶皺，溫度越低，褶皺越嚴(yán)重；1100~1190°C變形溫度區(qū)間試樣的變形區(qū)表面光滑；1200°C時(shí)熱拉伸顯示熱塑性急劇降低。
[0025]實(shí)施例2:
[0026]利用200Kg真空感應(yīng)爐冶煉本發(fā)明耐熱合金錠兩爐，鋼錠車(chē)光后，圓錠尺寸為200mm，高300mm，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)高溫均勻化擴(kuò)散退火，然后鐓粗，其中一爐嚴(yán)格控制下限變形
溫度高于1100°C并進(jìn)行3_碳鋼包套，鐓粗后冷卻觀(guān)察無(wú)表面褶皺；而另一爐作為對(duì)比實(shí)例，鐓粗過(guò)程溫度在1050°C左右，無(wú)包套處理，冷卻后觀(guān)察表面褶皺嚴(yán)重。表面褶皺嚴(yán)重的對(duì)比例需要車(chē)削較厚一層，其車(chē)削金屬量是無(wú)表面褶皺實(shí)例車(chē)削金屬量的3倍。
[0027]實(shí)施例3:
[0028]工業(yè)試制:采用真空感應(yīng)冶煉VM+真空自耗VAR重熔5.5噸本發(fā)明耐熱合金錠，利用某公司1.5萬(wàn)噸制坯機(jī)制坯，制坯工序包括擠壓筒鐓粗和沖孔。制坯過(guò)程如下:將鋼錠表面包裹層4mm厚的45號(hào)鋼板，接合處進(jìn)行焊接，鋼錠兩圓斷面不包裹，目的是限制鐓粗時(shí)外表面金屬流動(dòng)。將鋼錠裝爐進(jìn)行高溫長(zhǎng)時(shí)均勻化擴(kuò)散退火后，取出，在滾涂臺(tái)上滾涂玻璃潤(rùn)滑劑，放入已預(yù)熱的鐓粗筒模具中鐓粗，鐓粗變形溫度高于1100°C，鐓粗后移動(dòng)制坯機(jī)上模切換機(jī)構(gòu)，直接進(jìn)行沖孔?？招呐骼鋮s后觀(guān)察，除表面殘余玻璃潤(rùn)滑劑等，表面質(zhì)量良好，無(wú)表面褶皺 。
【權(quán)利要求】
1.一種消除耐熱合金熱加工表面褶皺的方法，適用于耐熱合金的成分重量％為:Cr21-23% ；Fe < 1.0% ；C0.03-0.08% ；Mn ≤ 0.5% ；Si ≤ 0.25% ；Coll-13% ；Mo8.0-10.0% ；Ti0.3-0.5% ；A10.8-1.3% ；Cu ≤ 0.15% ；P < 0.012% ；S < 0.008% ；B0.002-0.005% ；Nb ≤1.0% ；V ≤ 0.6% ；w ≤2.0% ；N ≤ 0.015% ；Ca ≤0.01% ；Zr ≤0.02% ;余量為鎳以及不可避免的雜質(zhì)元素；其特征在于，工藝中控制的技術(shù)參數(shù)如下: (1)制管坯鐓粗時(shí)要嚴(yán)格控制下限熱加工溫度，所述下限熱加工溫度為1050~1100°C，上限熱加工溫度為1200°C~1230°C。 (2)制坯時(shí)要進(jìn)行包套，使鐓粗時(shí)在金屬外表面接觸擠壓筒壁前限制金屬流動(dòng)；包套材料為碳鋼或不銹鋼，厚度3-5mm。
【文檔編號(hào)】C22C30/02GK103614594SQ201310664243
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】劉正東, 陳正宗, 包漢生, 楊鋼, 干勇 申請(qǐng)人:鋼鐵研究總院