本發(fā)明屬于材料及材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種冷軋離心鑄造再熱器管材及其制備工藝。

背景技術(shù)：

隨著我國用電需求不斷增加，能源緊缺及環(huán)境污染問題日益凸顯，發(fā)展高效、節(jié)能、環(huán)保發(fā)電方式的需求越發(fā)緊迫。火力發(fā)電作為我國長期以來最主要的發(fā)電技術(shù)，提高機(jī)組蒸汽參數(shù)被認(rèn)為是解決上述問題最有效的途徑。以往大量實(shí)踐表明，關(guān)鍵部件材料的服役性能是制約鍋爐機(jī)組蒸汽參數(shù)提高的最主要原因，而作為火電機(jī)組鍋爐中服役工況最嚴(yán)苛的關(guān)鍵部件之一，再熱器管對材料的服役性能提出了極高的要求。再熱器主要作用是將汽輪機(jī)高壓缸的排汽再加熱到需求溫度以進(jìn)入中壓缸繼續(xù)做功，其在服役期間將承受高溫蠕變、熱疲勞、氧化及高溫?zé)煔飧g等多重因素的影響。隨著火電機(jī)組主蒸汽參數(shù)的大幅提高，開發(fā)出可以滿足700℃級機(jī)組再熱器管使用性能需求的高溫合金材料已成為火力發(fā)電行業(yè)亟待解決的課題。

目前國內(nèi)外600℃級以下火電機(jī)組再熱器主要選用鐵素體耐熱鋼(Cr:9wt.％-12wt.％)及奧氏體耐熱鋼。常用鐵素體耐熱鋼主要有T/P91、NF616、E911、HCM12A等，這些材料具有優(yōu)良的持久性能和抗腐蝕性能，因而在600℃級以下機(jī)組再熱器中獲得大量應(yīng)用。其中T/P91已完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，廣泛應(yīng)用于我國亞臨界及超臨界火電機(jī)組，并已積累了豐富的使用性能數(shù)據(jù)。這些結(jié)果均表明鐵素體耐熱鋼難以滿足更高溫度參數(shù)對再熱器管材料性能的使用性能需求。

對于蒸汽溫度參數(shù)在600℃以上的超超臨界機(jī)組，再熱器材料主要選用粗晶(TP304H、TP347H等)、細(xì)晶(Super304H、TP347HFG等)以及高鉻(HR3C、NF709、SAVE25等)奧氏體耐熱鋼。與鐵素體耐熱鋼相比，奧氏體鋼具備更加優(yōu)異的持久強(qiáng)度、抗氧化及腐蝕性能等。然而，其在應(yīng)用過程中也暴露出傳熱效率低，熱膨脹系數(shù)高，成本較高等諸多問題。尤其是在再熱蒸汽溫度達(dá)到700℃以上時，奧氏體耐熱鋼的強(qiáng)度同樣也無法滿足再熱器管對材料的服役性能要求。

針對700℃級超超臨界機(jī)組鍋爐再熱器管對材料使用性能的需求，目前國外已開發(fā)出了一系列鎳基變形高溫合金材料，如美國Inconel 740H與Haynes 282合金、德國CCA 617合金、英國Nimonic 263合金、日本HR6W與HR35合金、瑞典Sanicro 25合金以及我國GH2984、GH110合金等。上述材料具備優(yōu)異的高溫綜合性能，但價格昂貴、冶煉和熱加工等技術(shù)要求高，限制了其迅速推廣應(yīng)用。這類材料制備成型管材往往需要經(jīng)過靜態(tài)鑄造、鑄胚穿孔、定心、毛管軋制、荒管精軋等等工藝。這種工藝往往金屬消耗較大，工藝相對復(fù)雜，導(dǎo)致最終管材成本升高。

發(fā)明專利201310529860.X公開了一種700℃級超超臨界火電機(jī)組再熱器用高溫合金鑄管材料及其制備方法。該專利采用離心鑄造工藝一次成型再熱器管材，并結(jié)合熱處理獲得性能良好的新型再熱器管材。這種方法極大地簡化了管材的加工成型工藝、金屬消耗小，與傳統(tǒng)工藝相比具有明顯的工藝成本優(yōu)勢。然而，采用離心鑄造工藝制備的管材顯微組織由大量沿凝固方向生長的柱狀樹枝晶以及晶界初生碳化物構(gòu)成，導(dǎo)致材料具有明顯的各向異性，并且這種結(jié)構(gòu)會對合金塑性造成不利影響。此外，離心鑄造制備工藝往往適用與高Si、C含量的合金制備，通過確保鋼液具有良好的流動性從而最終獲得組織致密的合金管材。而合金中Al、Ti含量較高時，該工藝制備的管材內(nèi)壁往往較為疏松，嚴(yán)重危害管材使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種具有良好組織穩(wěn)定性，且加工工藝簡單的冷軋離心鑄造再熱器管材及其制備工藝，在離心鑄造工藝的基礎(chǔ)上，通過冷軋工藝使材料沿垂直于凝固方向獲得較大變形量，隨后結(jié)合內(nèi)壁車削與拉拔擴(kuò)徑工藝消除離心鑄管內(nèi)壁疏松層，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行900-1050℃/0.5-3h的再結(jié)晶退火，并結(jié)合表面加工去除內(nèi)外壁表面由于冷軋與再結(jié)晶處理期間表面形成的不完全再結(jié)晶層及脫碳層。

為了實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種冷軋離心鑄造再熱器管材，管材合金成分按質(zhì)量百分比符合下述范圍：C：0.03～0.06％，Cr：18～23％，F(xiàn)e：28～32％，Mn：≤0.5％，Si：≤0.15％，Mo：0.6～0.8％，Ti：2.2～2.5％，Al：2.0～2.4％，B：≤0.01％，余量為Ni。

一種冷軋離心鑄造再熱器管材的制備工藝，該管材合金成分按質(zhì)量百分比符合下述范圍：C：0.03～0.06％，Cr：18～23％，F(xiàn)e：28～32％，Mn：≤0.5％，Si：≤0.15％，Mo：0.6～0.8％，Ti：2.2～2.5％，Al：2.0～2.4％，B：≤0.01％，余量為Ni；采用離心鑄造工藝直接制備成型管胚，將成型管胚進(jìn)行固溶處理后采用冷軋加工縮減管材壁厚，隨后對其內(nèi)壁冒口進(jìn)行車削加工并輔以冷拔擴(kuò)徑擠壓，最后通過再結(jié)晶退火及表面處理獲得具有各向同性且成分均勻的合金管材，得到再熱器管材。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，具體包括以下步驟：

1)原料配置：按質(zhì)量百分比?。篊：0.03～0.06％，Cr：18～23％，F(xiàn)e：28～32％，Mn：≤0.5％，Si：≤0.15％，Mo：0.6～0.8％，Ti：2.2～2.5％，Al：2.0～2.4％，B：≤0.01％，余量為Ni；

2)離心鑄造：采用感應(yīng)電爐熔煉，并在合金母液溫度達(dá)到1600-1650℃時出爐，將合金母液澆入離心鑄造機(jī)中充型凝固，利用離心鑄造工藝形成合金鑄管胚；

3)冷軋加工：對離心鑄造工藝制備的合金鑄管胚進(jìn)行1150-1250℃/1-3h的固溶處理，空冷至室溫后對離心管鑄胚進(jìn)行冷軋加工；

4)冷拔擴(kuò)徑：冷軋加工完成后對內(nèi)壁進(jìn)行車削后對管材內(nèi)壁進(jìn)行單一道次的冷拔擴(kuò)徑加工；

5)再結(jié)晶退火：以10℃/min的速度加熱至900-1050℃后保溫0.5-3小時，之后隨爐冷卻，完成后對管材內(nèi)外壁分別進(jìn)行車削，得到再熱器管材。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種冷軋離心鑄造再熱器管材的制備工藝，其特征在于：采用離心鑄造工藝制備合金鑄管胚，其中離心鑄造機(jī)與設(shè)計的鑄件內(nèi)徑之間滿足下式關(guān)系：

15000≥n×r_o^1/2≥7500

式中：

n:離心機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；

r_o:鑄件內(nèi)半徑(mm)。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，合金鑄態(tài)組織由粗大的奧氏體柱狀晶粒及在樹枝晶界面不連續(xù)分布的初生碳化物組成，二次枝晶臂平均間距不低于50微米，碳化物體積分?jǐn)?shù)低于7％。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，冷軋加工后合金鑄管胚減壁量與冷軋加工前管材壁厚滿足：

10％≤Δt/t_o≤20％

式中：

Δt:加工壁厚減薄量，單位：mm；

t_o:每次拉拔擴(kuò)徑前管材壁厚，單位：mm。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，冷軋加工完成后對內(nèi)壁進(jìn)行車削，離心管鑄胚的胚壁厚大于15mm時，車削厚度不低于3mm；壁厚低于15mm時，車削厚度不低于壁厚的15％。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，對管材內(nèi)外壁進(jìn)行車削加工，車削深度不超過0.5mm。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所制備的再熱器管材組織中樹枝晶完全消除，合金由等軸晶構(gòu)成，且其平均晶粒尺寸不低于50微米，粗大初生碳化物消失，轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)顆粒狀碳化物彌散分布于等軸晶晶界處，碳化物平均尺寸不超過1微米。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，制備的再熱器管材抗拉及屈服強(qiáng)度分別高于1050MPa與650MPa，延伸率不低于15％，其在1200℃保溫10小時后奧氏體晶粒平均尺寸增加不高于5％。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的有益效果在于：

1.本發(fā)明中合金管材采用離心鑄造工藝直接制備成型管胚，將鑄胚進(jìn)行固溶處理后采用冷軋加工縮減管材壁厚，隨后對其內(nèi)壁冒口進(jìn)行車削加工并輔以冷拔擴(kuò)徑擠壓，最后通過再結(jié)晶退火及表面處理獲得具有各向同性且成分均勻的合金管材。合金采用感應(yīng)電爐熔煉，并在鋼液溫度達(dá)到1600-1650℃時出爐，將合金母液澆入離心鑄造機(jī)中充型凝固，利用離心鑄造工藝形成管材。對離心鑄造工藝制備的合金鑄管胚進(jìn)行1150-1250℃/1-3h的固溶處理，空冷至室溫后對離心管鑄胚進(jìn)行冷軋加工。合金冷軋完成后對內(nèi)壁進(jìn)行車削，加工完成后對管材內(nèi)壁進(jìn)行單一道次的冷拔擴(kuò)徑加工。以10℃/min的速度將合金管材加熱至900-1050℃后保溫0.5-3小時，之后隨爐冷卻。完成后對管材內(nèi)外壁分別進(jìn)行車削，消除拉拔加工及再結(jié)晶處理過程中管材表面出現(xiàn)的不完全再結(jié)晶層及脫碳層。

2.在離心鑄造的基礎(chǔ)上，輔以冷軋、擴(kuò)徑及再結(jié)晶處理，極大的簡化了管材加工制備工藝，降低了成本；

3.通過車削及拉拔擴(kuò)徑消除了離心鑄造導(dǎo)致的管材內(nèi)壁疏松層，并結(jié)合再結(jié)晶退火及表面處理，消除柱狀枝晶并獲得等軸晶構(gòu)成的成分均勻合金管材，消除了合金在凝固過程中形成的粗大的樹枝晶結(jié)構(gòu)，并由于初生碳化物的釘扎效應(yīng)抑制了再結(jié)晶晶粒長大，最終獲得的再結(jié)晶晶粒尺寸穩(wěn)定，高溫服役過程中長大速率緩慢。

4.通過合理選擇合金中C含量及離心鑄造工藝參數(shù)，可以調(diào)整鑄態(tài)組織中枝晶臂間距，并且由于晶界碳化物的釘扎作用，進(jìn)而控制再結(jié)晶晶粒尺寸及其生長速度。

5.按本發(fā)明所述方法制備的合金具備良好的綜合性能及組織穩(wěn)定性，最終獲得的管件組織中樹枝晶完全消除，合金由等軸晶構(gòu)成，且其平均晶粒尺寸不低于50微米，粗大初生碳化物消失，轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)顆粒狀碳化物彌散分布于等軸晶晶界處，碳化物平均尺寸不超過1微米。合金抗拉及屈服強(qiáng)度分別高于1050MPa與650MPa，延伸率不低于15％，其在1200℃保溫10小時后奧氏體晶粒平均尺寸增加不高于5％。特別適用于高溫低應(yīng)力工況下長期使用的部件，如超超臨界機(jī)組再熱器、乙烯裂解生產(chǎn)中的制氫轉(zhuǎn)化爐管等，同樣也可應(yīng)用于一些溫度較低的部件，例如核電機(jī)組壓水堆蒸汽發(fā)生器管熱管等。

6.特別適用于高溫低應(yīng)力工況下長期使用的部件，如超超臨界機(jī)組再熱器、乙烯裂解生產(chǎn)中的制氫轉(zhuǎn)化爐管等，同樣也可應(yīng)用于一些溫度較低的部件，例如核電機(jī)組壓水堆蒸汽發(fā)生器管熱管等。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1合金微觀組織分析圖。

圖2為實(shí)施例2合金微觀組織分析圖。

圖3為實(shí)施例3合金微觀組織分析圖。

圖4為實(shí)施例4合金微觀組織分析圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

對比例1

本實(shí)施例的高溫合金鑄管材料，按質(zhì)量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，F(xiàn)e：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量為Ni。

本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟：

1)原料配制：成分按質(zhì)量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，F(xiàn)e：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量為Ni。

2)熔煉步驟：將上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感應(yīng)爐將配制的合金熔煉成合金母液，待合金母液達(dá)到1600℃以上后加入硅和錳脫氧，并控制母液中P、S雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比含量均＜0.03％，隨后在合金母液溫度達(dá)到1650℃后出爐澆注。

3)鑄造：將步驟2)的合金母液澆入離心鑄造機(jī)中充型凝固制成管材，利用離心鑄造工藝形成管材，凝固過程中離心機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)計的鑄件內(nèi)徑之間應(yīng)滿足下式關(guān)系：

15000≥n×r_o^1/2≥7500

式中：

n:離心機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；

r_o:鑄件內(nèi)半徑(mm)。

對比例2

本實(shí)施例的高溫合金鑄管材料，按質(zhì)量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，F(xiàn)e：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量為Ni。

本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟：

1)原料配制：成分按質(zhì)量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，F(xiàn)e：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量為Ni。

2)熔煉步驟：將上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感應(yīng)爐將配制的合金熔煉成合金母液，鋼液達(dá)到1600℃以上后加入硅和錳脫氧，并控制母液中P、S雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比含量均＜0.03％，隨后在鋼液溫度達(dá)到1650℃后出爐澆注。

3)鑄造：將步驟2)的合金母液澆入離心鑄造機(jī)中充型凝固制成管材，利用離心鑄造工藝形成管材，凝固過程中離心機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)計的鑄件內(nèi)徑之間應(yīng)滿足下式關(guān)系：

15000≥n×r_o^1/2≥7500

式中：

n:離心機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；

r_o:鑄件內(nèi)半徑(mm)；

4)固溶：將步驟3)的合金管材置于加熱爐中加熱至1200℃保溫2小時，隨后空冷至室溫。

5)冷軋：將步驟4)的合金管在進(jìn)行冷軋，冷軋加工后減壁量為15％。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的高溫合金鑄管材料，按質(zhì)量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，F(xiàn)e：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量為Ni。

本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟：

1)原料配制：成分按質(zhì)量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，F(xiàn)e：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量為Ni。

2)熔煉步驟：將上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感應(yīng)爐將配制的合金熔煉成合金母液(不含硅、錳)，鋼液達(dá)到1600℃以上后加入硅和錳脫氧，并控制母液中P、S雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比含量均＜0.03％，隨后在鋼液溫度達(dá)到1650℃后出爐澆注。

3)鑄造：將步驟2)的合金母液澆入離心鑄造機(jī)中充型凝固制成管材，利用離心鑄造工藝形成管材，凝固過程中離心機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)計的鑄件內(nèi)徑之間應(yīng)滿足下式關(guān)系：

15000≥n×r_o^1/2≥7500

式中：

n:離心機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；

r_o:鑄件內(nèi)半徑(mm)；

4)固溶：將步驟3)的合金管材置于加熱爐中加熱至1200℃保溫2小時，隨后空冷至室溫。

5)冷軋：將步驟4)的合金管在進(jìn)行冷軋，冷軋加工后減壁量(即冷軋加工后合金鑄管胚減壁量Δt與冷軋加工前管材壁厚t_o的比值)為15％。

6)內(nèi)壁加工：對管材內(nèi)壁進(jìn)行車削，車削厚度為加工前管壁總厚度的15％，隨后對管材進(jìn)行單道次拉拔擴(kuò)徑。

7)再結(jié)晶：以10℃/min的速度將合金管材加熱至1000℃后保溫1小時，之后隨爐冷卻。完成后對管材內(nèi)外壁分別進(jìn)行車削，車削厚度為0.5mm。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的高溫合金鑄管材料，按質(zhì)量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，F(xiàn)e：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量為Ni。

本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟：

1)原料配制：成分按質(zhì)量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，F(xiàn)e：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量為Ni。

2)熔煉步驟：將上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感應(yīng)爐將配制的合金熔煉成合金母液(不含硅、錳)，鋼液達(dá)到1600℃以上后加入硅和錳脫氧，并控制母液中P、S雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比含量均＜0.03％，隨后在鋼液溫度達(dá)到1650℃后出爐澆注。

3)鑄造：將步驟2)的合金母液澆入離心鑄造機(jī)中充型凝固制成管材，利用離心鑄造工藝形成管材，凝固過程中離心機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)計的鑄件內(nèi)徑之間應(yīng)滿足下式關(guān)系：

15000≥n×r_o^1/2≥7500

式中：

n:離心機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；

r_o:鑄件內(nèi)半徑(mm)；

4)固溶：將步驟3)的合金管材置于加熱爐中加熱至1200℃保溫2小時，隨后空冷至室溫。

5)冷軋：將步驟4)的合金管在進(jìn)行冷軋，冷軋加工后減壁量(即冷軋加工后合金鑄管胚減壁量Δt與冷軋加工前管材壁厚t_o的比值)為15％。

6)內(nèi)壁加工：對管材內(nèi)壁進(jìn)行車削，車削厚度為加工前管壁總厚度的15％，隨后對管材進(jìn)行單道次拉拔擴(kuò)徑。

7)再結(jié)晶：以10℃/min的速度將合金管材加熱至1000℃后保溫1小時，之后隨爐冷卻。完成后對管材內(nèi)外壁分別進(jìn)行車削，車削厚度為0.5mm。

8)時效處理：將合金在1200℃下保溫10小時，之后隨爐冷卻。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的高溫合金鑄管材料，按質(zhì)量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，F(xiàn)e：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量為Ni。

本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟：

1)原料配制：成分按質(zhì)量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，F(xiàn)e：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量為Ni。

2)熔煉步驟：將上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感應(yīng)爐將配制的合金熔煉成合金母液(不含硅、錳)，鋼液達(dá)到1600℃以上后加入硅和錳脫氧，并控制母液中P、S雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比含量均＜0.03％，隨后在鋼液溫度達(dá)到1650℃后出爐澆注。

3)鑄造：將步驟2)的合金母液澆入離心鑄造機(jī)中充型凝固制成管材，利用離心鑄造工藝形成管材，凝固過程中離心機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)計的鑄件內(nèi)徑之間應(yīng)滿足下式關(guān)系：

15000≥n×r_o^1/2≥7500

式中：

n:離心機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；

r_o:鑄件內(nèi)半徑(mm)；

4)固溶：將步驟3)的合金管材置于加熱爐中加熱至1200℃保溫2小時，隨后空冷至室溫。

5)冷軋：將步驟4)的合金管在進(jìn)行冷軋，冷軋加工后減壁量為15％。

6)內(nèi)壁加工：對管材內(nèi)壁進(jìn)行車削，車削厚度為加工前管壁總厚度的15％，隨后對管材進(jìn)行單道次拉拔擴(kuò)徑。

7)再結(jié)晶：以10℃/min的速度將合金管材加熱至1000℃后保溫1小時，之后隨爐冷卻。完成后對管材內(nèi)外壁分別進(jìn)行車削，車削厚度為0.5mm。

8)時效處理：將合金在800℃下保溫20小時，之后隨爐冷卻。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的高溫合金鑄管材料，按質(zhì)量百分比包括：C：0.05％，Cr：21％，F(xiàn)e：28％，Mn：0.2％，Si：0.1％，Mo：0.8％，Ti：2.5％，Al：2.4％，B：0.003％，余量為Ni。

本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟：

1)原料配制：成分按質(zhì)量百分比包括：C：0.05％，Cr：21％，F(xiàn)e：28％，Mn：0.2％，Si：0.1％，Mo：0.8％，Ti：2.5％，Al：2.4％，B：0.003％，余量為Ni。

2)熔煉步驟：將上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感應(yīng)爐將配制的合金熔煉成合金母液(不含硅、錳)，鋼液達(dá)到1600℃以上后加入硅和錳脫氧，并控制母液中P、S雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比含量均＜0.03％，隨后在鋼液溫度達(dá)到1630℃后出爐澆注。

3)鑄造：將步驟2)的合金母液澆入離心鑄造機(jī)中充型凝固制成管材，利用離心鑄造工藝形成管材，凝固過程中離心機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)計的鑄件內(nèi)徑之間應(yīng)滿足下式關(guān)系：

15000≥n×r_o^1/2≥7500

式中：

n:離心機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；

r_o:鑄件內(nèi)半徑(mm)；

4)固溶：將步驟3)的合金管材置于加熱爐中加熱至1200℃保溫2小時，隨后空冷至室溫。

5)冷軋：將步驟4)的合金管在進(jìn)行冷軋，冷軋加工后減壁量為10％。

6)內(nèi)壁加工：對管材內(nèi)壁進(jìn)行車削，車削厚度為加工前管壁總厚度的15％，隨后對管材進(jìn)行單道次拉拔擴(kuò)徑。

7)再結(jié)晶：以10℃/min的速度將合金管材加熱至1050℃后保溫1小時，之后隨爐冷卻。完成后對管材內(nèi)外壁分別進(jìn)行車削，車削厚度為0.5mm。

8)時效處理：將合金在800℃下保溫20小時，之后隨爐冷卻。

實(shí)施例5

本實(shí)施例的高溫合金鑄管材料，按質(zhì)量百分比包括：C：0.03％，Cr：19％，F(xiàn)e：28％，Mn：0.3％，Si：0.1％，Mo：0.8％，Ti：2.2％，Al：2.4％，B：0.005％，余量為Ni。

本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟：

1)原料配制：成分按質(zhì)量百分比包括：C：0.03％，Cr：19％，F(xiàn)e：28％，Mn：0.3％，Si：0.1％，Mo：0.8％，Ti：2.2％，Al：2.4％，B：0.005％，余量為Ni。

2)熔煉步驟：將上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感應(yīng)爐將配制的合金熔煉成合金母液，鋼液達(dá)到1600℃以上后加入硅和錳脫氧，并控制母液中P、S雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比含量均＜0.03％，隨后在鋼液溫度達(dá)到1650℃后出爐澆注。

3)鑄造：將步驟2)的合金母液澆入離心鑄造機(jī)中充型凝固制成管材，利用離心鑄造工藝形成管材，凝固過程中離心機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)計的鑄件內(nèi)徑之間應(yīng)滿足下式關(guān)系：

15000≥n×ro^1/2≥7500

式中：

n:離心機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；

ro:鑄件內(nèi)半徑(mm)；

4)固溶：將步驟3)的合金管材置于加熱爐中加熱至1200℃保溫2小時，隨后空冷至室溫。

5)冷軋：將步驟4)的合金管在進(jìn)行冷軋，冷軋加工后減壁量為20％。

6)內(nèi)壁加工：對管材內(nèi)壁進(jìn)行車削，車削厚度為加工前管壁總厚度的15％，隨后對管材進(jìn)行單道次拉拔擴(kuò)徑。

7)再結(jié)晶：以10℃/min的速度將合金管材加熱至980℃后保溫3小時，之后隨爐冷卻。完成后對管材內(nèi)外壁分別進(jìn)行車削，車削厚度為0.5mm。

8)時效處理：將合金在650℃下保溫20小時，隨后升溫至750℃并保溫20小時，之后隨爐冷卻。

參見圖1，對實(shí)施例1所述合金的微觀組織進(jìn)行了觀察，合金鑄態(tài)組織由奧氏體樹枝晶及在晶界分布的碳化物構(gòu)成。

參見圖2，對實(shí)施例2所述合金的微觀組織進(jìn)行了觀察，合金經(jīng)冷軋后樹枝晶結(jié)構(gòu)并未發(fā)生明顯改變。

參見圖3，對實(shí)施例3所述合金的微觀組織進(jìn)行了觀察，合金經(jīng)再結(jié)晶處理后完全由等軸晶組成，平均晶粒尺寸不超過50微米。

參見圖4，對實(shí)施例4所述合金的微觀組織進(jìn)行了觀察，合金經(jīng)過1200℃高溫時效10小時后晶粒尺寸并無明顯長大。

參見表1，對實(shí)施例5-7的合金材料力學(xué)性能分別進(jìn)行了測試，可見合金在抗拉及屈服強(qiáng)度分別高于1050MPa與650MPa，延伸率不低于15％。

表1實(shí)施例合金力學(xué)性能測試結(jié)果

實(shí)施例6

本實(shí)施例的高溫合金鑄管材料，按質(zhì)量百分比包括：C：0.04％，Cr：18％，F(xiàn)e：32％，Mn：0.5％，Si：0.15％，Mo：0.7％，Ti：2.3％，Al：2.2％，B：0.01％，余量為Ni。

本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟：

1)原料配制：成分按質(zhì)量百分比包括：C：0.04％，Cr：18％，F(xiàn)e：32％，Mn：0.5％，Si：0.15％，Mo：0.7％，Ti：2.3％，Al：2.2％，B：0.01％，余量為Ni。

2)熔煉步驟：將上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感應(yīng)爐將配制的合金熔煉成合金母液，鋼液達(dá)到1600℃以上后加入硅和錳脫氧，并控制母液中P、S雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比含量均＜0.03％，隨后在鋼液溫度達(dá)到1650℃后出爐澆注。

3)鑄造：將步驟2)的合金母液澆入離心鑄造機(jī)中充型凝固制成管材，利用離心鑄造工藝形成管材，凝固過程中離心機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)計的鑄件內(nèi)徑之間應(yīng)滿足下式關(guān)系：

15000≥n×ro^1/2≥7500

式中：

n:離心機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；

ro:鑄件內(nèi)半徑(mm)；

4)固溶：將步驟3)的合金管材置于加熱爐中加熱至1200℃保溫2小時，隨后空冷至室溫。

5)冷軋：將步驟4)的合金管在進(jìn)行冷軋，冷軋加工后減壁量為17％。

6)內(nèi)壁加工：對管材內(nèi)壁進(jìn)行車削，壁厚低于15mm，車削厚度為加工前管壁總厚度的15％，隨后對管材進(jìn)行單道次拉拔擴(kuò)徑。

7)再結(jié)晶：以10℃/min的速度將合金管材加熱至980℃后保溫3小時，之后隨爐冷卻。完成后對管材內(nèi)外壁分別進(jìn)行車削，車削厚度為0.5mm。

8)時效處理：將合金在650℃下保溫20小時，隨后升溫至750℃并保溫20小時，之后隨爐冷卻。

實(shí)施例7

本實(shí)施例的高溫合金鑄管材料，按質(zhì)量百分比包括：C：0.03％，Cr：23％，F(xiàn)e：29％，Mn：0.4％，Si：0.05％，Mo：0.8％，Ti：2.4％，Al：2.1％，B：0.007％，余量為Ni。

本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟：

1)原料配制：成分按質(zhì)量百分比包括：C：0.03％，Cr：23％，F(xiàn)e：29％，Mn：0.4％，Si：0.05％，Mo：0.8％，Ti：2.4％，Al：2.1％，B：0.007％，余量為Ni。

2)熔煉步驟：將上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感應(yīng)爐將配制的合金熔煉成合金母液，鋼液達(dá)到1600℃以上后加入硅和錳脫氧，并控制母液中P、S雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比含量均＜0.03％，隨后在鋼液溫度達(dá)到1650℃后出爐澆注。

3)鑄造：將步驟2)的合金母液澆入離心鑄造機(jī)中充型凝固制成管材，利用離心鑄造工藝形成管材，凝固過程中離心機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)計的鑄件內(nèi)徑之間應(yīng)滿足下式關(guān)系：

15000≥n×ro^1/2≥7500

式中：

n:離心機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；

ro:鑄件內(nèi)半徑(mm)；

4)固溶：將步驟3)的合金管材置于加熱爐中加熱至1200℃保溫2小時，隨后空冷至室溫。

5)冷軋：將步驟4)的合金管在進(jìn)行冷軋，冷軋加工后減壁量為18％。

6)內(nèi)壁加工：對管材內(nèi)壁進(jìn)行車削，離心管鑄胚的胚壁厚大于15mm，車削厚度不低于3mm；隨后對管材進(jìn)行單道次拉拔擴(kuò)徑。

7)再結(jié)晶：以10℃/min的速度將合金管材加熱至980℃后保溫3小時，之后隨爐冷卻。完成后對管材內(nèi)外壁分別進(jìn)行車削，車削厚度為0.2mm。

8)時效處理：將合金在650℃下保溫20小時，隨后升溫至750℃并保溫20小時，之后隨爐冷卻。

本發(fā)明中冷軋加工完成后對內(nèi)壁進(jìn)行車削，離心管鑄胚的胚壁厚大于15mm時，車削厚度不低于3mm；壁厚低于15mm時，車削厚度不低于壁厚的15％。

本發(fā)明的合金采用離心鑄造后冷軋加工及冷拔擴(kuò)徑，并輔以再結(jié)晶退火工藝制備管材，極大簡化了管材加工制備工藝成本；結(jié)合合理的再結(jié)晶退火工藝獲得成分均勻的等軸晶粒結(jié)構(gòu)，消除了合金在凝固過程中形成的粗大的樹枝晶結(jié)構(gòu)，并由于初生碳化物的釘扎效應(yīng)抑制了再結(jié)晶晶粒長大，最終獲得的再結(jié)晶晶粒尺寸穩(wěn)定，高溫服役過程中長大速率緩慢。