CN104174683B - 一种镍基高温合金热挤压制管感应加热温度控制方法 - Google Patents

一种镍基高温合金热挤压制管感应加热温度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种镍基高温合金热挤压制管感应加热温度控制方法，它包括下述依次的步骤：Ⅰ.辊底炉加热：辊底炉内时间不低于130min，出辊底炉温度在900～930℃之间；Ⅱ.一次感应加热与扩孔：一次感应加热功率（KW）=坯料断面壁厚（mm）×K1，K1=4.5～4.8；一次感应加热目标温度（℃）=二次感应目标出炉温度－（50-60）℃；然后扩孔；Ⅲ.二次感应加热：第一阶段加热功率（KW）=坯料断面壁厚（mm）×K2，K2=6.1～6.4；第一阶段加热控制时间（s）=坯料断面面积（mm2）×M？/1000，M=7～8；第二阶段加热功率（KW）=坯料断面壁厚（mm）×K3，K3=1.8-2.1；然后出炉。本镍基高温合金热挤压制管感应加热温度控制方法避免过烧熔化。

Description

一种镍基高温合金热挤压制管感应加热温度控制方法
技术领域
本发明涉及一种镍基高温合金热挤压制管感应加热温度控制方法。
背景技术
镍基高温合金具有优良的耐腐蚀、抗氧化及良好的机械性能，在航空、航天、能源及石油化工领域有广泛应用，根据其产品使用形态，主要分为板、管、棒、线。镍基高温合金管材主要应用在火力发电锅炉用过热器、再热器，石油化工领域用于输油气等，使用条件十分苛刻。镍基高温合金由于合金化元素含量高，热加工温度范围窄，组织性能要求严格，管材通常采用热挤压+冷轧方式进行生产。与高合金含量不锈钢相比，镍基高温合金具有更高的变形抗力、较低的热导率和熔点，采用与不锈钢相同的热挤压加热生产工艺，现有的镍基高温合金热挤压制管感应加热温度控制方法仍采用大功率快速升温（500KW以上）+保温工艺，经常出现坯料感应加热内外壁温度波动较大（与目标温度相差可以达到150℃）、温度分布不均（最高温度与最低温度相差可以达到200℃）、过烧甚至熔化等现象，热挤压过程废品率较高，造成较大的经济损失。
发明内容
为了克服现有镍基高温合金热挤压制管感应加热温度控制方法的上述不足，本发明提供一种坯料感应加热内外壁温度波动较小、温度分布均匀、避免过烧熔化的镍基高温合金热挤压制管感应加热温度控制方法。
本发明是基于对高合金含量不锈钢材料，管坯挤压前二次感应加热通常采用大功率快速升温（500KW以上）+保温工艺方法，出感应炉坯料内外壁温差较小，与设定温度较为接近。但是采用此加热方法生产镍基高温合金，由于镍基高温合金导热性较差，经常出现坯料内外壁温差过大，内壁超温，坯料过烧甚至直接熔化现象，因此需对加热工艺方法进行改进。
本镍基高温合金热挤压制管感应加热温度控制方法包括下述依次的步骤：
Ⅰ辊底炉加热
坯料首先采用辊底炉进行加热，在辊底炉内时间不低于130min，出辊底炉温度控制在900～930℃之间，以保证坯料温度均匀。
Ⅱ一次感应加热+扩孔
出辊底炉坯料经过一次感应加热炉加热+扩孔后，运送至二次感应加热炉。一次感应炉采用一阶段升温，到温后5s内马上出炉方式生产，根据坯料断面壁厚及二次感应目标出炉温度进行工艺设计。
一次感应加热功率及目标温度设计如下：
加热功率（KW）=坯料断面壁厚（mm）×K1
其中K1是一次感应功率修正系数，单位为KW/mm，K1=4.5～4.8；
加热目标温度（℃）=二次感应目标出炉温度℃－（50～60）℃。
(二次感应目标温度是根据钢种特性确定的，例如：钢的熔点、再结晶特性、变形抗力、热塑性等等综合考虑确定，每一个钢种有自己的参数)
然后扩孔；
Ⅲ二次感应加热
采用两阶段控制感应加热、并取消保温段技术方案解决坯料温度控制不准、不均、过烧、熔化等现象，同样根据坯料断面壁厚及出炉温度来制定两阶段加热工艺参数。
首先确定二次感应加热第一阶段加热功率及控制时间：
第一阶段加热功率（KW）=坯料断面壁厚（mm）×K2；
其中K2是二次感应第一阶段功率修正系数，单位为KW/mm，K2=6.1～6.4；
第一阶段加热控制时间（s）=坯料断面面积（mm2）/1000×M
其中M是二次感应第一阶段加热时间修正系数，单位为s/mm2，M=7～8；
达到第一阶段加热控制时间后，降低加热功率。第二阶段加热功率：
第二阶段加热功率（KW）=坯料断面壁厚（mm）×K3；
其中K3是二次感应第二阶段功率修正系数，单位为KW/mm，K3=1.8～2.1；
坯料到达最终目标温度后迅速在5s内出炉。
本发明采用以上技术方案，可以有效减少坯料内外壁温差，避免由于过度“集肤效应”造成的坯料过烧及熔化。经测量，坯料二次感应加热后出炉温度与目标温度差值≤20℃，内外壁温差≤25℃。
具体实施方式
下面结合实施例详细清楚地说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。
实施例一
本实施例热挤压的是625锻坯料。采用VIM（真空感应冶炼）+ESR（电渣重熔）+径锻工艺得到625锻坯料，锻坯料进行表面机加工及内部深掏孔处理，规格φ219×710（长度）×80（壁厚）mm。
本实施例的热挤压制管感应加热温度控制方法包括下述依次的步骤：
Ⅰ辊底炉加热
坯料首先采用辊底炉进行加热，坯料室温入辊底炉，在辊底炉内时间共144min，出辊底炉温度920℃。
Ⅱ一次感应加热+扩孔
坯料通过辊道运送至一次感应加热炉，经加热（加热功率370KW，出炉3s温度1120℃）、扩孔后（扩孔后坯料规格φ220×750（长度）×57（壁厚）mm），
运送至二次感应加热炉。
过程如下：
一次感应加热功率及目标温度设计如下：
加热功率（KW）=80（mm）×4.62=370(KW)
其中K1=4.62
加热目标温度（℃）=二次感应目标出炉温度1180℃－60℃=1120℃（外表面温度）
Ⅲ二次感应加热
二次感应加热炉第一阶段加热功率350KW，第一阶段加热时间210s。二次感应第二阶段加热功率110KW，最终目标温度1180℃，到达目标温度后迅速在4s内出炉。坯料出炉外表面温度1187℃，内表面温度1195℃。
过程如下：
首先确定二次感应加热第一阶段加热功率及控制时间：
第一阶段加热功率（KW）=57（mm）×6.14=350（KW）
K2=6.14；
第一阶段加热控制时间（s）=29187.67（mm2）×7.2/1000=210s
M=7.2
第二阶段加热功率（KW）=57（mm）×1.93=110（KW）；
K3=1.93
坯料到达最终目标温度后迅速出炉。
坯料经挤压，挤压管材规格φ140×22mm，无表面缺陷，组织均匀。
实施例二
本实施例热挤压的是718锻坯料。采用VIM（真空感应冶炼）+ESR（电渣重熔）+径锻工艺得到718锻坯料，锻坯料进行表面机加工及内部深掏孔处理，规格φ219×650（长度）×75（壁厚）mm。
本实施例的热挤压制管感应加热温度控制方法包括下述依次的步骤：
Ⅰ辊底炉加热
坯料首先采用辊底炉进行加热，坯料室温入辊底炉，在辊底炉内时间共174min，出辊底炉温度925℃。
Ⅱ一次感应加热+扩孔
坯料通过辊道运送至一次感应加热炉，经加热（加热功率360KW，出炉在4s内温度1150℃）、扩孔后（扩孔后坯料规格φ220×680（长度）×58（壁厚）mm），
运送至二次感应加热炉。
过程如下：
一次感应加热功率及目标温度设计如下：
加热功率（KW）=75（mm）×4.8=360(KW)
其中K1=4.8
加热目标温度（℃）=1200℃－50℃=1150（℃）
1200℃是外表面温度。
Ⅲ二次感应加热
二次感应加热炉第一阶段加热功率365KW，第一阶段加热时间215s。二次感应第二阶段加热功率115KW，最终目标温度1200℃，到达目标温度后在4s内迅速出炉。坯料出炉外表面温度1192℃，内表面温度1205℃。
过程如下：
首先确定二次感应加热第一阶段加热功率及控制时间：
第一阶段加热功率（KW）=58（mm）×6.14=350（KW）
K2=6.14；
第一阶段加热控制时间（s）=29503.44（mm2）×7.2/1000=215s
M=7.2
第二阶段加热功率（KW）=58（mm）×1.98=115（KW）；
K3=1.98
坯料到达最终目标温度后迅速出炉。
坯料经挤压，挤压管材规格φ108×17mm，无表面缺陷，组织均匀。
实施例三
本实施例热挤压的是C276锻坯料。采用VIM（真空感应冶炼）+ESR（电渣重熔）+径锻工艺得到C276锻坯料，锻坯料进行表面机加工及内部深掏孔处理，规格φ247×700（长度）×90（壁厚）mm。
本实施例的热挤压制管感应加热温度控制方法包括下述依次的步骤：
Ⅰ辊底炉加热
坯料首先采用辊底炉进行加热，坯料室温入辊底炉，在辊底炉内时间共165min，出辊底炉温度920℃。
Ⅱ一次感应加热+扩孔
坯料通过辊道运送至一次感应加热炉，经加热（加热功率420KW，出炉3s温度1130℃）、扩孔后（扩孔后坯料规格φ249×740（长度）×70（壁厚）mm），
运送至二次感应加热炉。
过程如下：
一次感应加热功率及目标温度设计如下：
加热功率（KW）=90（mm）×4.66=420(KW)
其中K1=4.66
加热目标温度（℃）=1185℃－55℃=1130（℃）。
Ⅲ二次感应加热
二次感应加热炉第一阶段加热功率440KW，第一阶段加热时间280s。二次感应第二阶段加热功率140KW，最终目标温度1185℃，到达目标温度后在3s内迅速出炉。坯料出炉外表面温度1170℃，内表面温度1192℃。
过程如下：
首先确定二次感应加热第一阶段加热功率及控制时间：
第一阶段加热功率（KW）=70（mm）×6.28=440（KW）
K2=6.28；
第一阶段加热控制时间（s）=39344.2（mm2）×7.11/1000=280s
M=7.11
第二阶段加热功率（KW）=70（mm）×2.0=140（KW）；
K3=2.0
坯料到达最终目标温度后迅速出炉。
坯料经挤压，挤压管材规格φ140×20mm，无表面缺陷，组织均匀。

Claims (1)

1.一种镍基高温合金热挤压制管感应加热温度控制方法，它包括下述依次的步骤：
Ⅰ辊底炉加热
坯料首先采用辊底炉进行加热，在辊底炉内时间不低于130min，出辊底炉温度在900～930℃之间；
Ⅱ一次感应加热与扩孔
出辊底炉坯料经过一次感应加热炉加热，
一次感应加热功率=坯料断面壁厚×K1，
上式中功率的单位为KW，壁厚的单位为mm；
其中K1是一次感应功率修正系数，单位为KW/mm，K1=4.5～4.8；
一次感应加热目标温度（℃）=二次感应目标出炉温度（℃）－（50～60）℃；
加热到目标温度的坯料5s内出炉，然后扩孔；
Ⅲ二次感应加热
采用两阶段控制感应加热
第一阶段加热功率=坯料断面壁厚×K2，
上式中功率的单位为KW，壁厚的单位为mm；
其中K2是二次感应第一阶段功率修正系数，单位为KW/mm，K2=6.1～6.4；
第一阶段加热控制时间=坯料断面面积×M/1000，
上式中控制时间的单位为s，断面面积的单位为mm2；
其中M是二次感应第一阶段加热时间修正系数，单位为s/mm2，M=7～8；
达到第一阶段加热控制时间后，降低加热功率，进行第二阶段加热：
第二阶段加热功率=坯料断面壁厚×K3
上式中功率的单位为KW，壁厚的单位为mm
其中K3是二次感应第二阶段功率修正系数，单位为KW/mm，K3=1.8～2.1；
坯料到达最终目标温度后迅速在5s内出炉，最终目标温度即二次感应目标出炉温度。
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