一种消除耐热合金热加工表面褶皱的方法
【专利摘要】一种消除耐热合金热加工表面褶皱的方法，属于耐热合金热加工【技术领域】。工艺中控制的技术参数为：制管坯镦粗时要严格控制下限热加工温度，所述下限热加工温度为1050～1100℃，上限热加工温度为1200℃～1230℃；制坯时要进行包套，包套的目的是镦粗时在金属外表面接触挤压筒壁前限制金属流动；包套材料为碳钢或不锈钢，厚度3-5mm。适用于消除700℃蒸汽温度超超临界火电机组耐热合金管道制坯过程中由于未再结晶或局部再结晶导致的表面褶皱缺陷，改善制坯时表面质量，提高合金成材率，降低生产成本。
【专利说明】一种消除耐热合金热加工表面褶皱的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于耐热合金热加工【技术领域】，特别是涉及一种消除耐热合金热加工表面褶皱的方法，适用于消除700°C蒸汽温度超超临界火电机组耐热合金管道制坯过程中由于未再结晶或局部再结晶导致的表面褶皱缺陷，改善制坯时表面质量，提高合金成材率，降低生产成本。
技术背景
[0002]我国600°C超超临界电站大口径管的制造技术已经基本成熟，可以利用垂直挤压技术生产规格为0273~1066mm，壁厚20~130mm的钢管。700°C超超临界机组可以进一步节能减排，我国已经成立700°C先进超超临界燃煤火力发电技术创新联盟，着力于建设700°C超超临界示范电站。600°C超超临界电站用厚壁大口径管为铁素体系耐热钢，已经不能应用到700°C，必须选用镍基耐热合金制造厚壁大口径管。与铁素体系耐热钢相比，镍基耐热合金变形抗力大，热加工变形温度区间窄，大尺寸锭型难变形。
[0003]目前，电站用厚壁大口径的热挤压技术已经成熟，并解决了600°C超超临界电站锅炉用外径0 273~1066mm，壁厚20~130mm大口径厚壁无缝钢管的制造。铁素体系耐热钢大口径钢管的生产工艺和制造方法主要采用垂直挤压技术，详见专利CN 101706019 B[1]。而对于镍基耐热合金比铁基材料的变形能力差，再结晶温度高，在制坯过程中容易出现褶皱。一旦出现褶皱，就需要大量的机加工以消除合金管坯上的褶皱，严重的褶皱若无法消除，将会使合金管报废。即使能够消除褶皱，也增加了合金管生产周期，降低了效率，同时也造成了原材料的消耗，降低了合金管成材率。
[0004]本发明提供一种消除耐热合金热加工表面褶皱的方法，提高耐热合金管表面质量，提高耐热合金成材率，降低耐热合金管的制造成本。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种消除耐热合金热加工表面褶皱的方法，解决了现有耐热合金的热加工表面褶皱问题，提高耐热合金大口径无缝管材成材率，降低材料制造成本。适用于700 V蒸汽温度超超临界火电机组大口径厚壁锅炉管道和管件等部件。
[0006]本发明通过限制耐热合金下限变形温度，同时利用包套限制钢锭表面侧向金属流动，可消除耐热合金热加工表面褶皱缺陷。
[0007]本发明所述耐热合金化学成分(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% ;余量为镍以及不可避免的杂质元素。
[0008]本发明适用于上述成分的耐热合金，其工艺中控制的技术参数如下:
[0009](I)制管坯镦粗时要严格控制下限热加工温度，所述下限热加工温度为1050~1100°C，上限热加工温度为1200°C~1230°C。[0010](2)制坯时要进行包套，包套的目的是镦粗时在金属外表面接触挤压筒壁前限制金属流动；包套材料为碳钢或不锈钢，厚度3-5mm。
[0011]本发明的原理:本发明耐热合金再结晶温度高，变形抗力大，热加工温度窗口窄，其热塑性曲线如图1所示。耐热合金在1050°C热压缩试验时出现“肌肉状”表面褶皱现象，如图2 ;在低于1100°C以下进行热拉伸试验时也出现表面褶皱现象，如图3所示。本发明中对此现象进行了分析，镍基耐热合金在热加工前要进行长时高温均匀化扩散退火处理，铸锭中的柱状晶经长时高温均匀化扩散退火后晶粒粗大，而且大小晶粒不均匀，如图4所示。热压缩时表面褶皱金相观察发现，晶粒大小不均，晶界处发生局部动态再结晶，再结晶晶粒细小。表面褶皱金相观察及形成的原因示意模型分别如图5和图6所示。再结晶核心易在高位错密度处形成，比如晶界。当晶界处形成再结晶晶粒后，强度降低，表现为软化，晶内强度高于晶界强度，变形沿晶界进行。当坯料受压，中心金属向两边流动，边部的大晶粒由于晶界局部再结晶形成表面凸起，而小晶粒由于变形协调能力弱，形成表面凹进，这样在大、小晶粒接合处就形成表面褶皱。
[0012]本发明所采用的技术解决方案是:
[0013]1.经长时高温扩散均匀化退火后的锭型首次热加工时，严格控制下限热加工变形温度，变形温度要高于1100°c。
[0014]2.在工业化生产进行镦粗制坯时，控制下限变形温度的同时，在坯料外表面使用碳钢包套，包套的目的是对镦粗时限制金属流动，消除表面褶皱的产生。本发明使用碳钢或不锈钢包套，厚度3~5mm。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果是:提高管坯表面质量，为后续挤压管提供表面良好的空心坯；提高耐热合金无缝管成材率,降低材料成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1本发明耐热合金热塑性曲线。
[0017]图2本发明耐热合金1050°C变形热压缩时宏观表面褶皱。图中从左到右依次是1050°C应变速率分别0.01,0.1,1.10S—1变形时表面褶皱现象。
[0018]图3本发明耐热合金低于1100°C热拉伸宏观表面褶皱。
[0019]图4本发明耐热合金经高温均匀化扩散退火后横向金相组织(50X )。
[0020]图5本发明耐热合金热压缩时表面裙皱剖面金相观察。
[0021]图6表面裙皱广生不意模型(左:压缩如；中:局部再结晶形成表面褶皱；右:无表面褶皱)。
[0022]图7本发明耐热合金1000°C和1150°C热拉伸试样宏观表面(上:1000°C ;下:1150°C。
【具体实施方式】
[0023]实施例1:
[0024]采用50Kg真空感应炉冶炼本发明耐热合金锭，进行长时高温均匀化扩散退火后，利用热模拟机进行1000~1200°C热压缩和热拉伸试验，进行宏观表面观察。结果显示，低于1100°c变形温度的试样变形区出现表面褶皱，温度越低，褶皱越严重；1100~1190°C变形温度区间试样的变形区表面光滑；1200°C时热拉伸显示热塑性急剧降低。
[0025]实施例2:
[0026]利用200Kg真空感应炉冶炼本发明耐热合金锭两炉，钢锭车光后，圆锭尺寸为200mm，高300mm，进行长时高温均匀化扩散退火，然后镦粗，其中一炉严格控制下限变形
温度高于1100°C并进行3_碳钢包套，镦粗后冷却观察无表面褶皱；而另一炉作为对比实例，镦粗过程温度在1050°C左右，无包套处理，冷却后观察表面褶皱严重。表面褶皱严重的对比例需要车削较厚一层，其车削金属量是无表面褶皱实例车削金属量的3倍。
[0027]实施例3:
[0028]工业试制:采用真空感应冶炼VM+真空自耗VAR重熔5.5吨本发明耐热合金锭，利用某公司1.5万吨制坯机制坯，制坯工序包括挤压筒镦粗和冲孔。制坯过程如下:将钢锭表面包裹层4mm厚的45号钢板，接合处进行焊接，钢锭两圆断面不包裹，目的是限制镦粗时外表面金属流动。将钢锭装炉进行高温长时均匀化扩散退火后，取出，在滚涂台上滚涂玻璃润滑剂，放入已预热的镦粗筒模具中镦粗，镦粗变形温度高于1100°C，镦粗后移动制坯机上模切换机构，直接进行冲孔。空心坯冷却后观察，除表面残余玻璃润滑剂等，表面质量良好，无表面褶皱 。
【权利要求】
1.一种消除耐热合金热加工表面褶皱的方法，适用于耐热合金的成分重量％为: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% ;余量为镍以及不可避免的杂质元素；其特征在于，工艺中控制的技术参数如下: (1)制管坯镦粗时要严格控制下限热加工温度，所述下限热加工温度为1050~1100°C，上限热加工温度为1200°C~1230°C。 (2)制坯时要进行包套，使镦粗时在金属外表面接触挤压筒壁前限制金属流动；包套材料为碳钢或不锈钢，厚度3-5mm。
【文档编号】C22C30/02GK103614594SQ201310664243
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】刘正东, 陈正宗, 包汉生, 杨钢, 干勇 申请人:钢铁研究总院