CN102363831A - 高铝310s板材的轧制和后续热处理方法 - Google Patents

Abstract

高铝310S板材的轧制和后续热处理方法，其步骤为：(1)将电弧熔炼所得的铝质量分数分别为2％、3％、4％的310S耐热钢工件打磨掉表面裂纹和氧化皮；(2)在1170～1200℃保温20～30分钟后迅速在压力机下热压开坯，压力为60～70MPa，热压道次5～10次；(3)将开坯好的工件打磨掉表面裂纹和氧化皮，待厚度达到4～6mm后进行轧制，轧制温度为1170～1200℃，保温时间20～30分钟，轧制道次16～20道次，每道次变形量3％～1％，轧制总变形量约为40～60％；(4)进行固溶处理：在1130～1150℃保温25～30min后水淬；或者进行去应力退火：在400～500℃保温2小时后炉冷。

Description

高铝310S板材的轧制和后续热处理方法

技术领域

本发明涉及高铝310S板材的加工技术。

背景技术

耐热钢和高温合金是航空、航天、动力、机械、石化、冶金等工业中使用的重要金属材料。特别在航空、动力、能源等领域中，耐热钢和高温合金起着举足轻重的作用。目前普遍使用的310S耐热钢，其热塑性区域较窄、抗氧化主要依赖于FeO·Cr₂O₃氧化膜的形成。但合金表面的a-Cr₂O₃膜与基体之间热膨胀系数相差较大，在热应力作用时容易剥落，塑性也差，使用温度低于1000℃，在310S的基础上加入2％～10％(质量百分比)的铝元素以后，基体表面会形成较FeO·Cr₂O₃更稳定的Al₂O₃保护膜，从而显著提高310S的高温抗氧化性，同时Al元素的加入可以通过形成稳定的Ni-Al相金属间化合物来提高310S的高温力学性能。但由于Al是强铁素体形成元素，在310S的基础上加入铝元素之后，由于凝固过程中的成分偏析，基体中难免会形成部分铁素体基体。高温下Fe原子在铁素体基体中的扩散系数比在奥氏体基体中的扩散系数大两个数量级，因此在热加工成板材的过程中，变形优先在铁素体基体中进行。由于奥氏体基体和铁素体基体在交界处的协调变形能力较差，因此很容易在热加工成板材的过程中萌生微裂纹，从而增大了高铝310S板材的轧制难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种高铝310S板材的轧制和后续热处理方法。

本发明是高铝310S板材的轧制和后续热处理方法，其步骤为：

(1)将电弧熔炼所得的铝质量分数分别为2％、3％、4％的310S耐热钢工件打磨掉表面裂纹和氧化皮；

(2)在1170～1200℃保温20～30分钟后迅速在压力机下热压开坯，压力为60～70MPa，热压道次5～10次；

(3)将开坯好的工件打磨掉表面裂纹和氧化皮，待厚度达到4～6mm后进行轧制，轧制温度为1170～1200℃，保温时间20～30分钟，轧制道次16～20道次，每道次变形量3％～1％，轧制总变形量约为40～60％；

(4)进行固溶处理：在1130～1150℃保温25～30min后水淬；或者进行去应力退火：在400～500℃保温2小时后炉冷。

本发明的室温力学性能与国标固溶态310S力学性能对比如下表：

拉伸实验在岛津AT10t试验机上进行，最大载荷10t，拉伸速率0.1mm/min。每个成分测试3个工件，测出载荷位移曲线，根据载荷位移曲线数据计算出相应的应力和应变值，并求出其平均值。由于在实验室条件下电弧炉所能熔炼的工件较小，在设计拉伸工件时按照国家标准同比例缩小3倍，标距I0＝10.32mm，Ic＝12.75mm，宽度＝3.4mm，厚度＝1mm。

从表中可以看出，本发明的合金在1200℃、30小时的氧化增重速率明显低于传统的310S耐热钢，并且高铝310S耐热钢在高温环境中的服役时间越长，其高温抗氧化性能的优越性越明显。在保证具有优良高温抗氧化性的同时，所设计合金板材的综合力学性能并未显著降低，某些合金的综合力学性能反而得到较大幅度的提升。上述的这些性能指数都是严格按照国家标准来执行的。

具体实施方式

实施例1：

按质量百分比计，Ni：20％，Al：2％，Cr：25％，Si：1.5％，C：0.08％，余量为Fe，称取相应的组分，将称好的粉末在行星式球磨机中混合8小时，将混合好的粉末压制成Φ20X50的圆柱，在WS-4非自耗真空电弧熔炼炉中熔炼，电流为250A，反应前反复抽几次真空，熔炼过程中采用氩气保护。在熔炼时将工件反复翻转重熔，使它更好的熔化以减少缺陷。反应完成后工件在水冷铜坩埚中冷却至室温制得合金。将得到的合金材料在1200℃保温30分钟后迅速在压力机下热压，压力为60MPa，热压道次10次。将热压好的工件在砂轮机上打磨掉表面裂纹和氧化皮，去掉轧制前舌，采用微型手动轧机进行轧制。轧制温度为1200℃，保温时间20分钟，轧制道次16道次，道次变形量3％-1％，轧制总变形量约为40％。1：将轧制好的工件在1150℃保温25分钟水淬。测得固溶态铝质量分数为2％的310S的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2＝242MPa，抗拉强度σ_b＝513MPa，延伸率＝59.5％。1000℃瞬时高温力学性能为：屈服强度σ_0.2＝61MPa，抗拉强度σ_b＝84MPa。2：将轧制好的工件在400℃保温2小时炉冷。测得去应力退火态铝质量分数为2％的310S的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2＝326MPa，抗拉强度σ_b＝614MPa，延伸率＝44％。1000℃瞬时高温力学性能为：屈服强度σ_0.2＝67MPa，抗拉强度σ_b＝88MPa。

实施例2：

按质量百分比计，Ni：20％，Al：3％，Cr：25％，Si：1.5％，C：0.08％，余量为Fe，称取相应的组分，将称好的粉末在行星式球磨机中混合8小时，将混合好的粉末压制成Φ20X50的圆柱，在WS-4非自耗真空电弧熔炼炉中熔炼，电流为250A，反应前反复得抽几次真空，熔炼过程中采用氩气保护。在熔炼时将工件反复翻转重熔，使它更好的熔化以减少缺陷。反应完成后工件在水冷铜坩埚中冷却至室温制得合金。将得到的合金材料在1180℃保温25分钟后迅速在压力机下热压，压力为65MPa，热压道次7次。将热压好的工件在砂轮机上打磨掉表面裂纹和氧化皮，去掉轧制前舌，采用微型手动轧机进行轧制。轧制温度为1180℃，保温时间20分钟，轧制道次18道次，道次变形量3％-1％，轧制总变形量约为51％。1：将轧制好的工件在1150℃保温30分钟水淬。测得固溶态铝质量分数为3％的310S的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2＝262MPa，抗拉强度σ_b＝538MPa，延伸率＝50％。1000℃瞬时高温力学性能为：屈服强度σ_0.2＝70MPa，抗拉强度σ_b＝96MPa 2：将轧制好的工件在450℃保温2小时炉冷。测得去应力退火态铝质量分数为3％的310S的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2＝318MPa，抗拉强度σ_b＝594MPa，延伸率＝41％。1000℃瞬时高温力学性能为：屈服强度σ_0.2＝73MPa，抗拉强度σ_b＝106MPa。

实施例3：

按质量百分比计，Ni：20％，Al：4％，Cr：25％，Si：1.5％，C：0.08％，余量为Fe，称取相应的组分，将称好的粉末在行星式球磨机中混合8小时，将混合好的粉末压制成Φ20X50的圆柱，在WS-4非自耗真空电弧熔炼炉中熔炼，电流为250A，反应前反复得抽几次真空，熔炼过程中采用氩气保护。在熔炼时将工件反复翻转重熔，使它更好的熔化以减少缺陷。反应完成后工件在水冷铜坩埚中冷却至室温制得合金。将得到的合金材料在1170℃保温30分钟后迅速在压力机下热压，压力为60MPa，热压道次6次。将热压好的工件在砂轮机上打磨掉表面裂纹和氧化皮，去掉轧制前舌，采用微型手动轧机进行轧制。轧制温度为1170，保温时间20分钟，轧制道次20道次，道次变形量3％-1％，轧制总变形量约为54％。1：将轧制好的工件在1130℃保温30分钟水淬。测得固溶态铝质量分数为4％的310S的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2＝278MPa，抗拉强度σ_b＝546MPa，延伸率＝41％。1000℃瞬时高温力学性能为：屈服强度σ_0.2＝78MPa，抗拉强度σ_b＝107MPa。2：将轧制好的工件在500℃保温2小时炉冷。测得去应力退火态铝质量分数为4％的310S的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2＝310MPa，抗拉强度σ_b＝533MPa，延伸率＝32％。1000℃瞬时高温力学性能为：屈服强度σ_0.2＝84MPa，抗拉强度σ_b＝116MPa。

Claims (1)

1.高铝310S板材的轧制和后续热处理方法，其步骤为：

(1)将电弧熔炼所得的铝质量分数分别为2％、3％、4％的310S耐热钢工件打磨掉表面裂纹和氧化皮；

(2)在1170～1200℃保温20～30分钟后迅速在压力机下热压开坯，压力为60～70MPa，热压道次5～10次；

(3)将开坯好的工件打磨掉表面裂纹和氧化皮，待厚度达到4～6mm后进行轧制，轧制温度为1170～1200℃，保温时间20～30分钟，轧制道次16～20道次，每道次变形量3％～1％，轧制总变形量约为40～60％；

(4)进行固溶处理：在1130～1150℃保温25～30min后水淬；或者进行去应力退火：在400～500℃保温2小时后炉冷。