[發明專利]一種消除耐熱合金熱加工表面褶皺的方法

有效

• 申請號: 201310664243.0
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103614594A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 劉正東;陳正宗;包漢生;楊鋼;干勇
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C30/00;C22C30/02;C22F1/10
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于耐熱合金熱加工技術領域，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℃蒸汽溫度超超臨界火電機組耐熱合金管道制坯過程中由于未再結晶或局部再結晶導致的表面褶皺缺陷，改善制坯時表面質量，提高合金成材率，降低生產成本。

技術背景

我國600℃超超臨界電站大口徑管的制造技術已經基本成熟，可以利用垂直擠壓技術生產規格為Φ273～1066mm，壁厚20～130mm的鋼管。700℃超超臨界機組可以進一步節能減排，我國已經成立700℃先進超超臨界燃煤火力發電技術創新聯盟，著力于建設700℃超超臨界示范電站。600℃超超臨界電站用厚壁大口徑管為鐵素體系耐熱鋼，已經不能應用到700℃，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，熱加工變形溫度區間窄，大尺寸錠型難變形。

目前，電站用厚壁大口徑的熱擠壓技術已經成熟，并解決了600℃超超臨界電站鍋爐用外徑Φ273～1066mm，壁厚20～130mm大口徑厚壁無縫鋼管的制造。鐵素體系耐熱鋼大口徑鋼管的生產工藝和制造方法主要采用垂直擠壓技術，詳見專利CN?101706019?B^[1]。而對于鎳基耐熱合金比鐵基材料的變形能力差，再結晶溫度高，在制坯過程中容易出現褶皺。一旦出現褶皺，就需要大量的機加工以消除合金管坯上的褶皺，嚴重的褶皺若無法消除，將會使合金管報廢。即使能夠消除褶皺，也增加了合金管生產周期，降低了效率，同時也造成了原材料的消耗，降低了合金管成材率。

本發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量，提高耐熱合金成材率，降低耐熱合金管的制造成本。

發明內容

本發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，解決了現有耐熱合金的熱加工表面褶皺問題，提高耐熱合金大口徑無縫管材成材率，降低材料制造成本。適用于700℃蒸汽溫度超超臨界火電機組大口徑厚壁鍋爐管道和管件等部件。

本發明通過限制耐熱合金下限變形溫度，同時利用包套限制鋼錠表面側向金屬流動，可消除耐熱合金熱加工表面褶皺缺陷。

本發明所述耐熱合金化學成分（重量%）如下：Cr21‐23%；Fe＜1.0%；C0.03‐0.08%；Mn≤0.5%；Si≤0.25%；Co11‐13%；Mo8.0‐10.0%；Ti0.3‐0.5%；Al0.8‐1.3%；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元素。

本發明適用于上述成分的耐熱合金，其工藝中控制的技術參數如下：

（1）制管坯鐓粗時要嚴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℃。

（2）制坯時要進行包套，包套的目的是鐓粗時在金屬外表面接觸擠壓筒壁前限制金屬流動；包套材料為碳鋼或不銹鋼，厚度3-5mm。

本發明的原理：本發明耐熱合金再結晶溫度高，變形抗力大，熱加工溫度窗口窄，其熱塑性曲線如圖1所示。耐熱合金在1050℃熱壓縮試驗時出現“肌肉狀”表面褶皺現象，如圖2；在低于1100℃以下進行熱拉伸試驗時也出現表面褶皺現象，如圖3所示。本發明中對此現象進行了分析，鎳基耐熱合金在熱加工前要進行長時高溫均勻化擴散退火處理，鑄錠中的柱狀晶經長時高溫均勻化擴散退火后晶粒粗大，而且大小晶粒不均勻，如圖4所示。熱壓縮時表面褶皺金相觀察發現，晶粒大小不均，晶界處發生局部動態再結晶，再結晶晶粒細小。表面褶皺金相觀察及形成的原因示意模型分別如圖5和圖6所示。再結晶核心易在高位錯密度處形成，比如晶界。當晶界處形成再結晶晶粒后，強度降低，表現為軟化，晶內強度高于晶界強度，變形沿晶界進行。當坯料受壓，中心金屬向兩邊流動，邊部的大晶粒由于晶界局部再結晶形成表面凸起，而小晶粒由于變形協調能力弱，形成表面凹進，這樣在大、小晶粒接合處就形成表面褶皺。

本發明所采用的技術解決方案是：

1.經長時高溫擴散均勻化退火后的錠型首次熱加工時，嚴格控制下限熱加工變形溫度，變形溫度要高于1100℃。

2.在工業化生產進行鐓粗制坯時，控制下限變形溫度的同時，在坯料外表面使用碳鋼包套，包套的目的是對鐓粗時限制金屬流動，消除表面褶皺的產生。本發明使用碳鋼或不銹鋼包套，厚度3～5mm。