CN103233107B

CN103233107B - 一种高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法

Info

Publication number: CN103233107B
Application number: CN201310157212.6A
Authority: CN
Inventors: 李明考; 裴丙红
Original assignee: Pangang Group Jiangyou Changcheng Special Steel Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Jiangyou Changcheng Special Steel Co Ltd
Priority date: 2013-04-28
Filing date: 2013-04-28
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2033-04-28
Also published as: CN103233107A

Abstract

本发明提供了一种高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法。所述生产方法包括以下步骤：在电弧炉中进行冶炼，出钢后浇注成高温合金电极棒，其按含量百分比计包括0.36～0.38%的C、0.30～0.40%的Nb、7.5～9.5%的Mn、0.30～0.80%的Si、7.0～9.0%的Ni、11.5～13.5%的Cr、1.1～1.4%的Mo、1.25～1.55%的V、不高于0.030%的S、不高于0.035%的P、不高于0.12的Ti、不高于0.10%的N和余量的铁和不可避免的杂质；用电渣炉对所述高温合金电极棒进行电渣重熔，控制熔速为4～6Kg/min，出炉后获得高温合金电渣锭并在1180±10℃的温度条件下，进行四镦四拔处理；冷切下料，并将坯料加热至1160～1170℃后镦粗为成品锻饼。本发明在高温合金涡轮盘用锻饼生产过程中从冶炼和锻造两方面进行改进，减少了碳化物的析出和偏聚，提高了锻件内部质量，成品探伤合格率达到90%以上。

Description

一种高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法

技术领域

本发明涉及一种高温合金涡轮盘的生产方法，更具体地讲，涉及一种高温合金涡轮盘毛坯的生产方法。

背景技术

高温合金涡轮盘是常见的高温合金制品，某钢厂生产的高温锻饼经过再次变形后成为涡轮盘，是发动机的关键部位，其工作环境恶劣，承受压力大，随着用户对质量的要求越来越严格，探伤手段从原来的接触法改为水浸C扫描法，而探伤的标准未发生改变。采用现有工艺生产获得的锻饼水浸C扫描法探伤合格率为35％左右，也就是说按照现有的生产工艺已经不能满足要求原探伤要求，因此，需要对高温锻饼的生产工艺进行改进，以提高探伤合格率，保证产品质量。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。

本发明的目的在于通过对高温合金的冶炼及锻造工艺过程控制研究，提供一种能够提高高温合金涡轮盘用锻饼的内部质量、并提高成品锻饼探伤合格率的生产方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法。所述生产方法包括以下步骤：在电弧炉中进行冶炼，出钢后浇注成高温合金电极棒，所述高温合金电极棒中按含量百分比计包括0.36～0.38％的C、0.30～0.40％的Nb、7.5～9.5％的Mn、0.30～0.80％的Si、7.0～9.0％的Ni、11.5～13.5％的Cr、1.1～1.4％的Mo、1.25～1.55％的V、不高于0.030％的S、不高于0.035％的P、不高于0.12的Ti、不高于0.10％的N和余量的铁和不可避免的杂质；用电渣炉对所述高温合金电极棒进行电渣重熔，控制熔速为4～6Kg/min，出炉后获得高温合金电渣锭；在1180±10℃的温度条件下，对所述高温合金电渣锭进行四次镦粗和拔长处理，其中，第一次镦粗、第一次拔长的锻造比均为1.4～2.2，第二次镦粗、第二次拔长的锻造比均为1.8～3.2，第三次镦粗、第三次拔长、第四次镦粗的锻造比均为2.0～3.2，第四次拔长的锻造比为2.7～3.8；冷切下料，并将坯料加热至1160～1170℃后镦粗为成品锻饼，锻造比为4～6，所述成品锻饼的直径为Φ480～Φ1200mm，高度为100～400mm。

根据本发明的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法的一个实施例，优选地，所述高温合金电极棒中按重量百分比计包括0.36～0.37％的C和0.32～0.34％的Nb。

根据本发明的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法的一个实施例，优选地，所述高温合金电极棒中按重量百分比计包括8.0～9.0％的Mn、0.35～0.50％的Si、7.5～8.0％的Ni、12.2～13.0％的Cr、1.40～1.45％的V。

根据本发明的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法的一个实施例，在所述电渣重熔步骤中，控制重熔时的电压为74±2V，电流为11000±500A。

根据本发明的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法的一个实施例，所述生产方法还可包括在所述对高温合金电渣锭进行四次镦粗和拔长处理的步骤之前或者进行四次镦粗和拔长处理的过程中，对所述高温合金电渣锭进行热切下料的步骤。

根据本发明的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法的一个实施例，所述高温合金电渣锭的尺寸为Φ550mm×1200mm，并且，在第二次镦粗和拔长处理后进行热切下料。

根据本发明的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法的一个实施例，所述生产方法还可以包括清理第一次镦粗和拔长处理后电渣锭表面缺陷的步骤。

根据本发明的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法的一个实施例，第四次拔长处理步骤中采用弧形或V形砧拔长。

根据本发明的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法的一个实施例，所述生产方法还可以包括在所述冷却下料步骤之后对坯料进行端面车光、侧面磨光和倒圆角处理。

根据本发明的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法的一个实施例，所述生产方法还可以包括对成品锻饼进行端面车光、端面腐蚀和探伤处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：在生产过程中从冶炼控制和锻造参数控制两方面进行改进。其中，通过控制冶炼过程，提高电渣锭质量，减少碳化物的析出和偏聚；通过控制锻造工艺，充分的破碎铸态组织及改善碳化物的分布，保证锻饼组织均匀，提高锻件内部质量。采用本发明的方法生产所得的高温合金涡轮盘用锻饼的探伤合格率达到90％以上，满足水浸C扫描系统的探伤要求。

附图说明

通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是报废盘件探伤定位样的低倍形貌图。

图2是图1中0#处的能谱分析图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法。在本发明中，如果没有例外的表述，则通常提到的物质中各元素或成分的含量均是重量百分含量(用“wt％”表示)。

在本发明的一个示例性实施例中，本发明的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法包括如下几个步骤：

⑴在电弧炉中进行冶炼，出钢后浇注成高温合金电极棒，所述高温合金电极棒中按含量百分比计包括0.36～0.38％的C、0.30～0.40％的Nb、7.5～9.5％的Mn、0.30～0.80％的Si、7.0～9.0％的Ni、11.5～13.5％的Cr、1.1～1.4％的Mo、1.25～1.55％的V、不高于0.030％的S、不高于0.035％的P、不高于0.12的Ti、不高于0.10％的N和余量的铁和不可避免的杂质。优选地，所述高温合金电极棒中按含量百分比计包括0.36～0.37％的C、0.32～0.34％的Nb、8.0～9.0％的Mn、0.35～0.50％的Si、7.5～8.0％的Ni、12.2～13.0％的Cr、1.40～1.45％的V。

上述高温合金是以VC、M23C6为强化相的铁基高温合金，合金的自身特点碳化物较多，碳化物的偏析很难避免。将合金电极棒中的碳含量控制在0.36～0.38wt％、Nb含量控制在0.30～0.40wt％范围内是为了减少碳化物成核条件。若C和Nb含量超过上述范围的上限，将给碳化物的偏聚提供了成核条件，导致母材碳化物严重偏聚；若C和Nb含量低于上述范围的下限，则会造成涡轮盘的物理性能(例如，抗拉强度σ_b和屈服强度σ_0.2)不能达到标准要求。

⑵用电渣炉对所述高温合金电极棒进行电渣重熔，控制熔速为4～6Kg/min，出炉后获得高温合金电渣锭。电渣重熔的熔速与渣所获得的热能有关，热能越大，则熔速越快，具体的表达式为：

Q＝0.24I2Rt＝0.24IVt

式中，Q为热量，单位为：卡；I为电流强度，单位：安培A；R熔渣电阻，单位：欧姆Ω；V为加在渣池上的电压，单位为：伏特V；0.24为热功当量；t为时间，单位为：秒。

所以，熔速作为一个综合指标，在渣系固定的情况下，控制电压制度为74V±2V，电流制度为11000A±500A，可以获得4～6Kg/min的熔速。熔速不易过快，过快则会使钢锭成分偏析严重，并且无法取得较好的脱氧、脱硫和去除夹杂物的效果。也不能过慢，过慢则会使钢锭夹渣，表面质量较差。总之，针对本钢而言，控制熔速在上述范围内可以让钢渣得到充分的反应，提高钢的纯洁度和得到较好的补缩效果。

⑶在1180±10℃的温度条件下，对所述高温合金电渣锭进行四次镦粗和拔长处理(简称，四镦四拔)，其中，第一次镦粗、第一次拔长的锻造比均为1.4～2.2，第二次镦粗、第二次拔长的锻造比均为1.8～3.2，第三次镦粗、第三次拔长的锻造比均为2.0～3.2，第四次镦粗的锻造比为2.0～3.2，第四次拔长的锻造比为2.7～3.8。在锻造过程中，镦拔次数以及锻造比是影响锻件质量的最主要因素，在本实施例中，进行四次镦粗和拔长处理并控制每一次的锻造比在上述比例范围才可以充分的破碎铸态组织及碳化物的分布，保证锻饼组织均匀，满足探伤要求。优选地，第四次拔长处理步骤中采用弧形或V形砧拔长。

进一步地，在对高温合金电渣锭进行四次镦粗和拔长处理的步骤之前或者进行四次镦粗和拔长处理的过程中，可以对高温合金电渣锭进行热切下料(例如，切分为两段坯料)，以增加中间坯(镦饼前的圆柱坯)的锻透性。

⑷冷切下料，并将坯料加热至1160～1170℃后镦粗为成品锻饼，锻造比为4～6，降低镦饼过程剪切变形程度。成品锻饼的直径为Φ480～Φ1200mm，高度为100～400mm。

在本发明的一个示例性实施例中，在某钢厂原有生产工艺生产高温锻饼(包括Ⅰ级盘Φ840mm×180mm、Ⅱ级盘Φ700mm×205mm)过程中，申请人通过对报废盘件的解剖分析。其中，图1是报废盘件探伤定位样的低倍形貌图。图2是图1中0#处的能谱分析图。表1是报废盘件探伤定位样的能谱成分。通过如图1、图2和表1所示的低倍分析和能谱分析发现：探伤所表现出的缺陷超标和底波降低问题均与碳化物的偏聚有关。

表1报废盘件探伤定位样的能谱成分

为此，申请人对高温锻饼的生产工艺进行改进，其工艺流程如下：

电弧炉+电渣双联工艺冶炼电渣锭→锻造开坯(两镦两拔)→热切分段下料→两段坯料分别进行两镦两拔→料段按照尺寸冷切、磨光、倒角→圆柱坯加热镦饼至目标尺寸→端面车光、端面腐蚀、探伤、入库。

其中，本合金电渣锭采用电弧炉+电渣双联工艺冶炼，通过对母材化学元素控制在[C]0.36～0.37wt％、[Nb]0.32～0.34wt％，减少碳化物成核条件。获得的电渣锭的尺寸为Φ550mm×1200mm，该电渣锭一锭生产两件及其以上涡轮盘。

镦拔工艺包括在1180±10℃的温度条件下进行四次镦粗和拔长，其中，第一次镦拔目的是精整电渣锭表面，使其表面缺陷暴露出来，若表面质量较好则进行下工序的镦拔操作，若表面质量不好，则需要修磨清理后在进行下工序，避免镦粗和拔长量过大，产生表面裂纹。第二次镦拔是使电渣锭的铸态组织得到初步的破碎。根据Ⅰ、Ⅱ级涡轮盘的中间坯重量，采用剁刀直接热切下料，并将获得的两段坯料分别加热后进行第三次镦拔，使碳化物组织得到进一步的破碎，让其碳化物均匀弥散分布。第四次镦拔的目的是精整圆柱坯表面及尺寸。在上述生产过程中，之所以采用先两次镦拔再热切下料的原因是电渣锭的长度局限，若不镦拔直接分段，则料段太短无法夹持。当然，在钢锭长度允许的情况下，可直接热切分段进行镦拔工艺，但必须保证镦拔的总道次，才能够充分的破碎铸态组织及碳化物的分布，保证锻饼组织均匀，满足探伤要求。加热制度为1180±10℃，是根据钢种特性及再结晶温度等确定的。

具体地，生产锻件尺寸为Ⅰ级盘Φ840mm×180mm、Ⅱ级盘Φ700mm×205mm圆饼，其锻造工艺的生产步骤如表2所示。

表2锻造工艺

可以看出，本发明在高温合金涡轮盘用锻饼生产过程中从冶炼和锻造两方面进行改进。其中，通过控制冶炼过程，包括成分控制和冶炼工艺参数控制，提高电渣锭质量，减少碳化物的析出和偏聚；通过控制锻造工艺，充分的破碎铸态组织及碳化物的分布，保证锻饼组织均匀，提高锻件内部质量。采用上述生产工艺获得的高温合金涡轮盘用锻饼的探伤合格率为90％以上。

综上所述，在本发明中，通过冶炼控制与锻造参数控制结合的方式来克服现有技术中使用高温合金钢在制备涡轮盘用锻坯时所存在的缺陷率高等缺点，采用本发明的方法生产所得的高温合金涡轮盘满足水浸C扫描系统的探伤要求，探伤合格率达到90％以上。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims

1.一种高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：

在电弧炉中进行冶炼，出钢后浇注成高温合金电极棒，所述高温合金电极棒中按重量百分比计包括0.36～0.38％的C、0.30～0.40％的Nb、7.5～9.5％的Mn、0.30～0.80％的Si、7.0～9.0％的Ni、11.5～13.5％的Cr、1.1～1.4％的Mo、1.25～1.55％的V、不高于0.030％的S、不高于0.035％的P、不高于0.12的Ti、不高于0.10％的N和余量的铁和不可避免的杂质；

用电渣炉对所述高温合金电极棒进行电渣重熔，控制熔速为4～ 6kg/min，出炉后获得高温合金电渣锭；

在1180±10℃的温度条件下，对所述高温合金电渣锭进行四次镦粗和拔长处理，其中，第一次镦粗、第一次拔长的锻造比均为1.4～2.2，第二次镦粗、第二次拔长的锻造比均为1.8～3.2，第三次镦粗、第三次拔长、第四次镦粗的锻造比均为2.0～3.2，第四次拔长的锻造比为2.7～3.8；

冷切下料，并将坯料加热至1160～1170℃后镦粗为成品锻饼，锻造比为4～6，所述成品锻饼的直径为Φ480～Φ1200mm，高度为100～400mm；

其中，所述生产方法还包括在所述对高温合金电渣锭进行四次镦粗和拔长处理的步骤之前或者进行四次镦粗和拔长处理的过程中，对所述高温合金电渣锭进行热切下料的步骤；所述高温合金电渣锭的尺寸为Φ550mm×1200mm，并且，在第二次镦粗和拔长处理后进行热切下料。

2.根据权利要求1所述的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法，其特征在于，所述高温合金电极棒中按重量百分比计包括0.36～0.37％的C和0.32～0.34％的Nb。

3.根据权利要求1所述的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法，其特征在于，所述高温合金电极棒中按含量百分比计包括8.0～9.0％的Mn、0.35～0.50％的Si、7.5～8.0％的Ni、12.2～13.0％的Cr、1.40～1.45％的V。

4.根据权利要求1所述的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法，其特征在于，在所述电渣重熔步骤中，控制重熔时的电压为74±2V，电流为11000±500A。

5.根据权利要求1所述的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法，其特征在于，所述生产方法还包括清理第一次镦粗和拔长处理后电渣锭表面缺陷的步骤。

6.根据权利要求1所述的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法，其特征在于，第四次拔长处理步骤中采用弧形或V形砧拔长。

7.根据权利要求1所述的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法，其特征在于，所述生产方法还包括在所述冷却下料步骤之后对坯料进行端面车光、侧面磨光和倒圆角处理。

8.根据权利要求1所述的高温合金涡轮盘用锻饼的生产方法，其特征在于，所述生产方法还包括对成品锻饼进行端面车光、端面腐蚀和探伤处理。