CN104399854A - 提高钢材横向冲击性能的锻造方法 - Google Patents

提高钢材横向冲击性能的锻造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高钢材横向冲击性能的锻造方法，其特征在于，包括：(一)电渣锭的重熔；(二)电渣锭锻造生产锻材；其中，电渣锭锻造生产锻材包括以下步骤：(1)电渣锭先加热，然后按照二墩二拔工艺锻造开坯；(2)过程坯退火；(3)过程坯加热保温后锻造产材，产材总锻比控制在4.0以上。本发明的有益之处在于：通过对电渣锭进行单道次大压下量二镦二拔锻造开坯，由于在锻造产材前经过了多次镦拔锻造，所以使钢材的等向性和横纵向组织均匀性得到大幅改善，钢材在纵向性能不降低的同时横向性能大幅提高；由于每完成一次镦拔即回炉加热保温，回炉实现了镦拔坯回复再结晶，有利于下一次的墩拔锻造和晶粒细化。

Description

提高钢材横向冲击性能的锻造方法
技术领域
本发明涉及一种钢材的锻造方法，具体涉及一种提高钢材横向冲击性能的锻造方法，属于锻造工艺技术领域。
背景技术
超超临界汽轮机组次末级长叶片用钢，该钢的技术规范中对棒材的横向力学性能及横纵向力学性能之比均有很高的要求。但是，目前，国内生产的该类钢均存在棒材横向冲击偏低、横纵向力学性能不稳定的问题。
所以，针对上述问题，很有必要研究出一种能够有效提高钢材横向冲击性能的锻造方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种容易操作和控制、能够有效提高钢材横向冲击性能的锻造方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种提高钢材横向冲击性能的锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)电渣锭的重熔：
重熔坯料采用自耗电极坯、重熔渣系采用预熔渣，电渣锭重熔过程中匀速加入脱氧剂，重熔过程采用氩气保护，熔速控制在3.5-4.0Kg/min，电渣锭高径比控制在1.8-2.0，电渣锭脱模后立即入坑保温，出坑后装退火炉进行退火；
(二)电渣锭锻造生产锻材：
(1)、电渣锭按照二墩二拔工艺锻造开坯：
①电渣锭按照下述加热制度进行加热：以100℃/h的速度升温至700℃并保温2h，然后以150℃/h的速度升温至1000℃并保温2h，再以100℃/h的速度升温至1150℃-1170℃后保温8h，出炉；
②采用二墩二拔工艺锻造：镦粗时镦粗系数按2.26控制，采用单道次大压下量锻造，终锻温度控制在900℃以上，每完成一次镦拔即回炉加热保温，回炉加热温度不超过1170℃；
③开过程坯：二镦二拔后将镦拔坯开过程坯；
(2)、过程坯按照下述退火制度进行退火：
前17h为均热段：以100℃/h的速度升温至690±10℃并保温；
后4h为保温段：690±10℃持续保温4h，然后出炉空冷；
(3)、产材：
①过程坯按照下述加热制度进行加热：以100℃/h的速度升温至1150℃-1170℃并保温，保温10h后出炉；
②锻造产材：采用电液锤锻造产材，产材总锻比控制在4.0以上。
前述的提高钢材横向冲击性能的锻造方法，其特征在于，在步骤(一)中，前述脱氧剂为CaC2、Al粉、Ca-Si粉三者的混合物。
前述的提高钢材横向冲击性能的锻造方法，其特征在于，在步骤(一)中，前述CaC2、Al粉、Ca-Si粉三者按照6:6:5的质量比例混合。
前述的提高钢材横向冲击性能的锻造方法，其特征在于，在步骤(一)中，每120kg自耗电极坯中添加100g混合脱氧剂。
本发明的有益之处在于：
1、对电渣锭进行单道次大压下量二镦二拔锻造开坯，每完成一次镦拔即回炉加热保温，回炉实现了镦拔坯回复再结晶，有利于下一次的墩拔锻造和晶粒细化，由于在锻造产材前经过了多次镦拔锻造，使钢材的等向性和横纵向组织均匀性得到大幅改善，晶粒得到进一步细化，从而使钢材在纵向性能不降低的同时横向性能大幅提高，横纵向冲击比达到90％以上；
2、采用本发明的方法生产出来的钢材具有较低的铁素体含量(不超过0.5％)，实际晶粒度6级及以上，横向冲击功高，横向力学性能能够达到纵向力学性能的90％以上，完全能够满足超超临界机组次末级长叶片用钢蒸汽参数和关键部件叶片选材的要求，对我国超超临界机组的设计、制造和安全稳定运行有着重要的意义。
附图说明
图1是电渣锭780℃退火曲线；
图2是电渣锭的加热制度曲线；
图3是二墩二拔工艺锻造流程示意图；
图4是镦拔坯的退火制度曲线；
图5是镦拔坯的加热制度曲线；
图6是产材工艺锻造流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一、电渣锭的重熔
坯料采用Ф240mm锻制自耗电极坯。
重熔渣系采用预熔渣，渣量65kg。
脱氧剂：CaC2300g、Al粉300g、Ca-Si粉250g混合均匀，每120kg自耗电极坯添加100g脱氧剂。
重熔的锭型为Ф430mm，电渣锭两头锯切，锭高控制为700-800mm。
电力制度：电压68-70V、电流8500±500A。
熔速控制：：3.5kg/min-4.0kg/min。
电渣重熔设备：10t双臂交换电极电渣炉。
电渣重熔过程中采用自动加料机往结晶器中均匀地加入粉状脱氧剂，重熔过程采用氩气保护，熔速控制在3.5-4.0Kg/min，电渣锭高径比控制在1.8-2.0。
电渣锭脱模后立即入坑保温，出坑后立即装炉按780℃退火曲线(图1)进行退火。
钢材的化学成分以质量百分比计为：碳：0.09-0.12、硅：0.18-0.30、锰：0.75-0.85、磷：≤0.022、硫：≤0.010、镍：2.50-2.70、铬：11.60-11.80、钼：1.65-1.75、钒：0.28-0.38、氮：0.025-0.037，余量为铁和不可避免的杂质。
二、电渣锭锻造生产锻材
1、电渣锭按照二墩二拔工艺锻造开坯，具体过程如下：
首先，电渣锭按照图2所示加热制度进行加热：以100℃/h的速度升温至700℃并保温2h，然后以150℃/h的速度升温至1000℃并保温2h，再以100℃/h的速度升温至1150℃-1170℃后保温8h，出炉。
然后，对出炉的电渣锭按照图3所示的二墩二拔工艺进行锻造：镦粗时镦粗系数按2.26控制，采用单道次大压下量锻造，每完成一次镦拔即回炉加热保温，回炉加热温度不超过1160℃，终锻温度控制在900℃以上。
回炉实现了镦拔坯回复再结晶，有利于下一次的墩拔锻造和晶粒细化。
二墩二拔工艺的具体过程为：
第一次镦粗：电渣锭高度由770mm镦至380mm，镦粗系数按2.26控制，实际镦粗系数为2.03，终锻温度为955℃。
随后拔长：电渣锭高度由380mm拔长至720mm，终锻温度为895℃。
回炉加热：40min，出炉温度1060℃。
第二次镦粗：电渣锭高度由720mm镦至359mm，镦粗系数按2.26控制，实际镦粗系数为2.78，终锻温度为928℃。
随后拔长：电渣锭高度由359mm拔长至550mm，终锻温度为878℃。
回炉加热：35min，出炉温度1050℃。
最后，镦拔完毕后开过程坯(方坯)：由Ф610mm×550mm锻至290mm×300mm×1390mm，终锻温度为794℃。
2、过程坯按照图4所示退火制度进行退火：
前17h为均热段：以100℃/h的速度升温至690±10℃并保温。
后4h为保温段：690±10℃持续保温4h，然后出炉空冷。
3、产材：
首先，过程坯按照图5所示加热制度进行加热：以100℃/h的速度升温至1150℃-1170℃并保温，保温10h后出炉。
然后，对出炉的过程坯按照图6所示进行锻造：产材设备为30t电液锤，开锻温度1045℃，锻至Φ200mm，终锻温度930℃，产材总锻比控制在4.0以上。
三、棒材检测
1、比较棒材不同部位的δ-铁素体含量、晶粒尺寸，结果见表1。
表1不同取样位置δ-铁素体含量、晶粒尺寸比较表
取样位置 边缘 二分之一处 中心处
δ-铁素体含量 0.02％ 0.12％ 0.11％
晶粒尺寸 40μm 42μm 45μm
由此可见，在合适的加热温度(≤1180℃)下，经镦拔锻造后，晶粒得到细化，δ-铁素体含量控制在较低水平。
2、检测棒材不同部位的横向力学性能
取样位置：边缘、二分之一半径处、心部。
热处理工艺：1040℃保温45min油-660℃保温2h空冷。
检测结果见表2。
表2不同取样位置力学强度检测结果
检测结果表明，棒材的边缘、二分之一半径处、心部横向冲击性能得到大幅提高，力学性能横纵比均达到90％以上(未采用镦拔锻造工艺材横纵向冲击比在50-60％)。
本发明的方法通过对电渣锭进行单道次大压下量二镦二拔锻造开坯，由于在锻造产材前经过了多次镦拔锻造，所以使钢材的等向性和横纵向组织均匀性得到大幅改善，钢材在纵向性能不降低的同时横向性能大幅提高(横向力学性能能够达到纵向力学性能的90％以上)。
另外，由于每完成一次镦拔即回炉加热保温，回炉实现了镦拔坯回复再结晶，有利于下一次的墩拔锻造和晶粒细化，所以采用本发明的方法生产出来的钢材的实际晶粒度为6级。
综上所述，采用本发明的方法生产出来的钢材完全能够满足超超临界机组次末级长叶片用钢蒸汽参数和关键部件叶片选材的要求，对我国超超临界机组的设计、制造和安全稳定运行有着重要的意义。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.提高钢材横向冲击性能的锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)电渣锭的重熔：
重熔坯料采用自耗电极坯、重熔渣系采用预熔渣，电渣锭重熔过程中匀速加入脱氧剂，重熔过程采用氩气保护，熔速控制在3.5-4.0Kg/min，电渣锭高径比控制在1.8-2.0，电渣锭脱模后立即入坑保温，出坑后装退火炉进行退火；
(二)电渣锭锻造生产锻材：
(1)、电渣锭按照二墩二拔工艺锻造开坯：
①电渣锭按照下述加热制度进行加热：以100℃/h的速度升温至700℃并保温2h，然后以150℃/h的速度升温至1000℃并保温2h，再以100℃/h的速度升温至1150℃-1170℃后保温8h，出炉；
②采用二墩二拔工艺锻造：镦粗时镦粗系数按2.26控制，采用单道次大压下量锻造，终锻温度控制在900℃以上，每完成一次镦拔即回炉加热保温，回炉加热温度不超过1170℃；
③开过程坯：二镦二拔后将镦拔坯开过程坯；
(2)、过程坯按照下述退火制度进行退火：
前17h为均热段：以100℃/h的速度升温至690±10℃并保温；
后4h为保温段：690±10℃持续保温4h，然后出炉空冷；
(3)、产材：
①过程坯按照下述加热制度进行加热：以100℃/h的速度升温至1150℃-1170℃并保温，保温10h后出炉；
②锻造产材：采用电液锤锻造产材，产材总锻比控制在4.0以上。
2.根据权利要求1所述的提高钢材横向冲击性能的锻造方法，其特征在于，在步骤(一)中，所述脱氧剂为CaC2、Al粉、Ca-Si粉三者的混合物。
3.根据权利要求2所述的提高钢材横向冲击性能的锻造方法，其特征在于，在步骤(一)中，所述CaC2、Al粉、Ca-Si粉三者按照6:6:5的质量比例混合。
4.根据权利要求3所述的提高钢材横向冲击性能的锻造方法，其特征在于，在步骤(一)中，每120kg自耗电极坯中添加100g混合脱氧剂。
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