CN106282730B - 一种冷轧离心铸造再热器管材及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种冷轧离心铸造再热器管材及其制备工艺，合金成分按质量百分比满足如下范围要求：C：0.03～0.06％，Cr：18～23％，Fe：28～32％，Mn：≤0.5％，Si：≤0.15％，Mo：0.6～0.8％，Ti：2.2～2.5％，Al：2.0～2.4％，B：≤0.01％，余量为Ni。本发明的合金采用离心铸造后冷轧加工及冷拔扩径，并辅以再结晶退火工艺制备管材，极大简化了管材加工制备工艺成本；结合合理的再结晶退火工艺获得成分均匀的等轴晶粒结构，消除了合金在凝固过程中形成的粗大的树枝晶结构，并由于初生碳化物的钉扎效应抑制了再结晶晶粒长大，最终获得的再结晶晶粒尺寸稳定，高温服役过程中长大速率缓慢。

Description

一种冷轧离心铸造再热器管材及其制备工艺
技术领域
本发明属于材料及材料制备领域，具体涉及一种冷轧离心铸造再热器管材及其制备工艺。
背景技术
随着我国用电需求不断增加，能源紧缺及环境污染问题日益凸显，发展高效、节能、环保发电方式的需求越发紧迫。火力发电作为我国长期以来最主要的发电技术，提高机组蒸汽参数被认为是解决上述问题最有效的途径。以往大量实践表明，关键部件材料的服役性能是制约锅炉机组蒸汽参数提高的最主要原因，而作为火电机组锅炉中服役工况最严苛的关键部件之一，再热器管对材料的服役性能提出了极高的要求。再热器主要作用是将汽轮机高压缸的排汽再加热到需求温度以进入中压缸继续做功，其在服役期间将承受高温蠕变、热疲劳、氧化及高温烟气腐蚀等多重因素的影响。随着火电机组主蒸汽参数的大幅提高，开发出可以满足700℃级机组再热器管使用性能需求的高温合金材料已成为火力发电行业亟待解决的课题。
目前国内外600℃级以下火电机组再热器主要选用铁素体耐热钢(Cr:9wt.％-12wt.％)及奥氏体耐热钢。常用铁素体耐热钢主要有T/P91、NF616、E911、HCM12A等，这些材料具有优良的持久性能和抗腐蚀性能，因而在600℃级以下机组再热器中获得大量应用。其中T/P91已完全实现国产化，广泛应用于我国亚临界及超临界火电机组，并已积累了丰富的使用性能数据。这些结果均表明铁素体耐热钢难以满足更高温度参数对再热器管材料性能的使用性能需求。
对于蒸汽温度参数在600℃以上的超超临界机组，再热器材料主要选用粗晶(TP304H、TP347H等)、细晶(Super304H、TP347HFG等)以及高铬(HR3C、NF709、SAVE25等)奥氏体耐热钢。与铁素体耐热钢相比，奥氏体钢具备更加优异的持久强度、抗氧化及腐蚀性能等。然而，其在应用过程中也暴露出传热效率低，热膨胀系数高，成本较高等诸多问题。尤其是在再热蒸汽温度达到700℃以上时，奥氏体耐热钢的强度同样也无法满足再热器管对材料的服役性能要求。
针对700℃级超超临界机组锅炉再热器管对材料使用性能的需求，目前国外已开发出了一系列镍基变形高温合金材料，如美国Inconel 740H与Haynes 282合金、德国CCA617合金、英国Nimonic 263合金、日本HR6W与HR35合金、瑞典Sanicro 25合金以及我国GH2984、GH110合金等。上述材料具备优异的高温综合性能，但价格昂贵、冶炼和热加工等技术要求高，限制了其迅速推广应用。这类材料制备成型管材往往需要经过静态铸造、铸胚穿孔、定心、毛管轧制、荒管精轧等等工艺。这种工艺往往金属消耗较大，工艺相对复杂，导致最终管材成本升高。
发明专利201310529860.X公开了一种700℃级超超临界火电机组再热器用高温合金铸管材料及其制备方法。该专利采用离心铸造工艺一次成型再热器管材，并结合热处理获得性能良好的新型再热器管材。这种方法极大地简化了管材的加工成型工艺、金属消耗小，与传统工艺相比具有明显的工艺成本优势。然而，采用离心铸造工艺制备的管材显微组织由大量沿凝固方向生长的柱状树枝晶以及晶界初生碳化物构成，导致材料具有明显的各向异性，并且这种结构会对合金塑性造成不利影响。此外，离心铸造制备工艺往往适用与高Si、C含量的合金制备，通过确保钢液具有良好的流动性从而最终获得组织致密的合金管材。而合金中Al、Ti含量较高时，该工艺制备的管材内壁往往较为疏松，严重危害管材使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提出一种具有良好组织稳定性，且加工工艺简单的冷轧离心铸造再热器管材及其制备工艺，在离心铸造工艺的基础上，通过冷轧工艺使材料沿垂直于凝固方向获得较大变形量，随后结合内壁车削与拉拔扩径工艺消除离心铸管内壁疏松层，在此基础上进行900-1050℃/0.5-3h的再结晶退火，并结合表面加工去除内外壁表面由于冷轧与再结晶处理期间表面形成的不完全再结晶层及脱碳层。
为了实现以上发明目的，本发明所采用的技术方案为：
一种冷轧离心铸造再热器管材，管材合金成分按质量百分比符合下述范围：C：0.03～0.06％，Cr：18～23％，Fe：28～32％，Mn：≤0.5％，Si：≤0.15％，Mo：0.6～0.8％，Ti：2.2～2.5％，Al：2.0～2.4％，B：≤0.01％，余量为Ni。
一种冷轧离心铸造再热器管材的制备工艺，该管材合金成分按质量百分比符合下述范围：C：0.03～0.06％，Cr：18～23％，Fe：28～32％，Mn：≤0.5％，Si：≤0.15％，Mo：0.6～0.8％，Ti：2.2～2.5％，Al：2.0～2.4％，B：≤0.01％，余量为Ni；采用离心铸造工艺直接制备成型管胚，将成型管胚进行固溶处理后采用冷轧加工缩减管材壁厚，随后对其内壁冒口进行车削加工并辅以冷拔扩径挤压，最后通过再结晶退火及表面处理获得具有各向同性且成分均匀的合金管材，得到再热器管材。
本发明进一步的改进在于，具体包括以下步骤：
1)原料配置：按质量百分比取：C：0.03～0.06％，Cr：18～23％，Fe：28～32％，Mn：≤0.5％，Si：≤0.15％，Mo：0.6～0.8％，Ti：2.2～2.5％，Al：2.0～2.4％，B：≤0.01％，余量为Ni；
2)离心铸造：采用感应电炉熔炼，并在合金母液温度达到1600-1650℃时出炉，将合金母液浇入离心铸造机中充型凝固，利用离心铸造工艺形成合金铸管胚；
3)冷轧加工：对离心铸造工艺制备的合金铸管胚进行1150-1250℃/1-3h的固溶处理，空冷至室温后对离心管铸胚进行冷轧加工；
4)冷拔扩径：冷轧加工完成后对内壁进行车削后对管材内壁进行单一道次的冷拔扩径加工；
5)再结晶退火：以10℃/min的速度加热至900-1050℃后保温0.5-3小时，之后随炉冷却，完成后对管材内外壁分别进行车削，得到再热器管材。
4.根据权利要求2或3所述的一种冷轧离心铸造再热器管材的制备工艺，其特征在于：采用离心铸造工艺制备合金铸管胚，其中离心铸造机与设计的铸件内径之间满足下式关系：
15000≥n×ro 1/2≥7500
式中：
n:离心机转速(r/min)；
ro:铸件内半径(mm)。
本发明进一步的改进在于，合金铸态组织由粗大的奥氏体柱状晶粒及在树枝晶界面不连续分布的初生碳化物组成，二次枝晶臂平均间距不低于50微米，碳化物体积分数低于7％。
本发明进一步的改进在于，冷轧加工后合金铸管胚减壁量与冷轧加工前管材壁厚满足：
10％≤Δt/to≤20％
式中：
Δt:加工壁厚减薄量，单位：mm；
to:每次拉拔扩径前管材壁厚，单位：mm。
本发明进一步的改进在于，冷轧加工完成后对内壁进行车削，离心管铸胚的胚壁厚大于15mm时，车削厚度不低于3mm；壁厚低于15mm时，车削厚度不低于壁厚的15％。
本发明进一步的改进在于，对管材内外壁进行车削加工，车削深度不超过0.5mm。
本发明进一步的改进在于，所制备的再热器管材组织中树枝晶完全消除，合金由等轴晶构成，且其平均晶粒尺寸不低于50微米，粗大初生碳化物消失，转变为不连续颗粒状碳化物弥散分布于等轴晶晶界处，碳化物平均尺寸不超过1微米。
本发明进一步的改进在于，制备的再热器管材抗拉及屈服强度分别高于1050MPa与650MPa，延伸率不低于15％，其在1200℃保温10小时后奥氏体晶粒平均尺寸增加不高于5％。
本发明和现有技术相比所具有的有益效果在于：
1.本发明中合金管材采用离心铸造工艺直接制备成型管胚，将铸胚进行固溶处理后采用冷轧加工缩减管材壁厚，随后对其内壁冒口进行车削加工并辅以冷拔扩径挤压，最后通过再结晶退火及表面处理获得具有各向同性且成分均匀的合金管材。合金采用感应电炉熔炼，并在钢液温度达到1600-1650℃时出炉，将合金母液浇入离心铸造机中充型凝固，利用离心铸造工艺形成管材。对离心铸造工艺制备的合金铸管胚进行1150-1250℃/1-3h的固溶处理，空冷至室温后对离心管铸胚进行冷轧加工。合金冷轧完成后对内壁进行车削，加工完成后对管材内壁进行单一道次的冷拔扩径加工。以10℃/min的速度将合金管材加热至900-1050℃后保温0.5-3小时，之后随炉冷却。完成后对管材内外壁分别进行车削，消除拉拔加工及再结晶处理过程中管材表面出现的不完全再结晶层及脱碳层。
2.在离心铸造的基础上，辅以冷轧、扩径及再结晶处理，极大的简化了管材加工制备工艺，降低了成本；
3.通过车削及拉拔扩径消除了离心铸造导致的管材内壁疏松层，并结合再结晶退火及表面处理，消除柱状枝晶并获得等轴晶构成的成分均匀合金管材，消除了合金在凝固过程中形成的粗大的树枝晶结构，并由于初生碳化物的钉扎效应抑制了再结晶晶粒长大，最终获得的再结晶晶粒尺寸稳定，高温服役过程中长大速率缓慢。
4.通过合理选择合金中C含量及离心铸造工艺参数，可以调整铸态组织中枝晶臂间距，并且由于晶界碳化物的钉扎作用，进而控制再结晶晶粒尺寸及其生长速度。
5.按本发明所述方法制备的合金具备良好的综合性能及组织稳定性，最终获得的管件组织中树枝晶完全消除，合金由等轴晶构成，且其平均晶粒尺寸不低于50微米，粗大初生碳化物消失，转变为不连续颗粒状碳化物弥散分布于等轴晶晶界处，碳化物平均尺寸不超过1微米。合金抗拉及屈服强度分别高于1050MPa与650MPa，延伸率不低于15％，其在1200℃保温10小时后奥氏体晶粒平均尺寸增加不高于5％。特别适用于高温低应力工况下长期使用的部件，如超超临界机组再热器、乙烯裂解生产中的制氢转化炉管等，同样也可应用于一些温度较低的部件，例如核电机组压水堆蒸汽发生器管热管等。
6.特别适用于高温低应力工况下长期使用的部件，如超超临界机组再热器、乙烯裂解生产中的制氢转化炉管等，同样也可应用于一些温度较低的部件，例如核电机组压水堆蒸汽发生器管热管等。
附图说明
图1为实施例1合金微观组织分析图。
图2为实施例2合金微观组织分析图。
图3为实施例3合金微观组织分析图。
图4为实施例4合金微观组织分析图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
对比例1
本实施例的高温合金铸管材料，按质量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，Fe：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量为Ni。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
1)原料配制：成分按质量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，Fe：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量为Ni。
2)熔炼步骤：将上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感应炉将配制的合金熔炼成合金母液，待合金母液达到1600℃以上后加入硅和锰脱氧，并控制母液中P、S杂质元素的质量百分比含量均＜0.03％，随后在合金母液温度达到1650℃后出炉浇注。
3)铸造：将步骤2)的合金母液浇入离心铸造机中充型凝固制成管材，利用离心铸造工艺形成管材，凝固过程中离心机转速与设计的铸件内径之间应满足下式关系：
15000≥n×ro 1/2≥7500
式中：
n:离心机转速(r/min)；
ro:铸件内半径(mm)。
对比例2
本实施例的高温合金铸管材料，按质量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，Fe：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量为Ni。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
1)原料配制：成分按质量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，Fe：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量为Ni。
2)熔炼步骤：将上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感应炉将配制的合金熔炼成合金母液，钢液达到1600℃以上后加入硅和锰脱氧，并控制母液中P、S杂质元素的质量百分比含量均＜0.03％，随后在钢液温度达到1650℃后出炉浇注。
3)铸造：将步骤2)的合金母液浇入离心铸造机中充型凝固制成管材，利用离心铸造工艺形成管材，凝固过程中离心机转速与设计的铸件内径之间应满足下式关系：
15000≥n×ro 1/2≥7500
式中：
n:离心机转速(r/min)；
ro:铸件内半径(mm)；
4)固溶：将步骤3)的合金管材置于加热炉中加热至1200℃保温2小时，随后空冷至室温。
5)冷轧：将步骤4)的合金管在进行冷轧，冷轧加工后减壁量为15％。
实施例1
本实施例的高温合金铸管材料，按质量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，Fe：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量为Ni。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
1)原料配制：成分按质量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，Fe：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量为Ni。
2)熔炼步骤：将上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感应炉将配制的合金熔炼成合金母液(不含硅、锰)，钢液达到1600℃以上后加入硅和锰脱氧，并控制母液中P、S杂质元素的质量百分比含量均＜0.03％，随后在钢液温度达到1650℃后出炉浇注。
3)铸造：将步骤2)的合金母液浇入离心铸造机中充型凝固制成管材，利用离心铸造工艺形成管材，凝固过程中离心机转速与设计的铸件内径之间应满足下式关系：
15000≥n×ro 1/2≥7500
式中：
n:离心机转速(r/min)；
ro:铸件内半径(mm)；
4)固溶：将步骤3)的合金管材置于加热炉中加热至1200℃保温2小时，随后空冷至室温。
5)冷轧：将步骤4)的合金管在进行冷轧，冷轧加工后减壁量(即冷轧加工后合金铸管胚减壁量Δt与冷轧加工前管材壁厚to的比值)为15％。
6)内壁加工：对管材内壁进行车削，车削厚度为加工前管壁总厚度的15％，随后对管材进行单道次拉拔扩径。
7)再结晶：以10℃/min的速度将合金管材加热至1000℃后保温1小时，之后随炉冷却。完成后对管材内外壁分别进行车削，车削厚度为0.5mm。
实施例2
本实施例的高温合金铸管材料，按质量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，Fe：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量为Ni。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
1)原料配制：成分按质量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，Fe：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量为Ni。
2)熔炼步骤：将上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感应炉将配制的合金熔炼成合金母液(不含硅、锰)，钢液达到1600℃以上后加入硅和锰脱氧，并控制母液中P、S杂质元素的质量百分比含量均＜0.03％，随后在钢液温度达到1650℃后出炉浇注。
3)铸造：将步骤2)的合金母液浇入离心铸造机中充型凝固制成管材，利用离心铸造工艺形成管材，凝固过程中离心机转速与设计的铸件内径之间应满足下式关系：
15000≥n×ro 1/2≥7500
式中：
n:离心机转速(r/min)；
ro:铸件内半径(mm)；
4)固溶：将步骤3)的合金管材置于加热炉中加热至1200℃保温2小时，随后空冷至室温。
5)冷轧：将步骤4)的合金管在进行冷轧，冷轧加工后减壁量(即冷轧加工后合金铸管胚减壁量Δt与冷轧加工前管材壁厚to的比值)为15％。
6)内壁加工：对管材内壁进行车削，车削厚度为加工前管壁总厚度的15％，随后对管材进行单道次拉拔扩径。
7)再结晶：以10℃/min的速度将合金管材加热至1000℃后保温1小时，之后随炉冷却。完成后对管材内外壁分别进行车削，车削厚度为0.5mm。
8)时效处理：将合金在1200℃下保温10小时，之后随炉冷却。
实施例3
本实施例的高温合金铸管材料，按质量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，Fe：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量为Ni。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
1)原料配制：成分按质量百分比包括：C：0.06％，Cr：20％，Fe：30％，Mn：0.1％，Si：0.1％，Mo：0.6％，Ti：2.2％，Al：2.0％，B：0.005％，余量为Ni。
2)熔炼步骤：将上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感应炉将配制的合金熔炼成合金母液(不含硅、锰)，钢液达到1600℃以上后加入硅和锰脱氧，并控制母液中P、S杂质元素的质量百分比含量均＜0.03％，随后在钢液温度达到1650℃后出炉浇注。
3)铸造：将步骤2)的合金母液浇入离心铸造机中充型凝固制成管材，利用离心铸造工艺形成管材，凝固过程中离心机转速与设计的铸件内径之间应满足下式关系：
15000≥n×ro 1/2≥7500
式中：
n:离心机转速(r/min)；
ro:铸件内半径(mm)；
4)固溶：将步骤3)的合金管材置于加热炉中加热至1200℃保温2小时，随后空冷至室温。
5)冷轧：将步骤4)的合金管在进行冷轧，冷轧加工后减壁量为15％。
6)内壁加工：对管材内壁进行车削，车削厚度为加工前管壁总厚度的15％，随后对管材进行单道次拉拔扩径。
7)再结晶：以10℃/min的速度将合金管材加热至1000℃后保温1小时，之后随炉冷却。完成后对管材内外壁分别进行车削，车削厚度为0.5mm。
8)时效处理：将合金在800℃下保温20小时，之后随炉冷却。
实施例4
本实施例的高温合金铸管材料，按质量百分比包括：C：0.05％，Cr：21％，Fe：28％，Mn：0.2％，Si：0.1％，Mo：0.8％，Ti：2.5％，Al：2.4％，B：0.003％，余量为Ni。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
1)原料配制：成分按质量百分比包括：C：0.05％，Cr：21％，Fe：28％，Mn：0.2％，Si：0.1％，Mo：0.8％，Ti：2.5％，Al：2.4％，B：0.003％，余量为Ni。
2)熔炼步骤：将上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感应炉将配制的合金熔炼成合金母液(不含硅、锰)，钢液达到1600℃以上后加入硅和锰脱氧，并控制母液中P、S杂质元素的质量百分比含量均＜0.03％，随后在钢液温度达到1630℃后出炉浇注。
3)铸造：将步骤2)的合金母液浇入离心铸造机中充型凝固制成管材，利用离心铸造工艺形成管材，凝固过程中离心机转速与设计的铸件内径之间应满足下式关系：
15000≥n×ro 1/2≥7500
式中：
n:离心机转速(r/min)；
ro:铸件内半径(mm)；
4)固溶：将步骤3)的合金管材置于加热炉中加热至1200℃保温2小时，随后空冷至室温。
5)冷轧：将步骤4)的合金管在进行冷轧，冷轧加工后减壁量为10％。
6)内壁加工：对管材内壁进行车削，车削厚度为加工前管壁总厚度的15％，随后对管材进行单道次拉拔扩径。
7)再结晶：以10℃/min的速度将合金管材加热至1050℃后保温1小时，之后随炉冷却。完成后对管材内外壁分别进行车削，车削厚度为0.5mm。
8)时效处理：将合金在800℃下保温20小时，之后随炉冷却。
实施例5
本实施例的高温合金铸管材料，按质量百分比包括：C：0.03％，Cr：19％，Fe：28％，Mn：0.3％，Si：0.1％，Mo：0.8％，Ti：2.2％，Al：2.4％，B：0.005％，余量为Ni。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
1)原料配制：成分按质量百分比包括：C：0.03％，Cr：19％，Fe：28％，Mn：0.3％，Si：0.1％，Mo：0.8％，Ti：2.2％，Al：2.4％，B：0.005％，余量为Ni。
2)熔炼步骤：将上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感应炉将配制的合金熔炼成合金母液，钢液达到1600℃以上后加入硅和锰脱氧，并控制母液中P、S杂质元素的质量百分比含量均＜0.03％，随后在钢液温度达到1650℃后出炉浇注。
3)铸造：将步骤2)的合金母液浇入离心铸造机中充型凝固制成管材，利用离心铸造工艺形成管材，凝固过程中离心机转速与设计的铸件内径之间应满足下式关系：
15000≥n×ro1/2≥7500
式中：
n:离心机转速(r/min)；
ro:铸件内半径(mm)；
4)固溶：将步骤3)的合金管材置于加热炉中加热至1200℃保温2小时，随后空冷至室温。
5)冷轧：将步骤4)的合金管在进行冷轧，冷轧加工后减壁量为20％。
6)内壁加工：对管材内壁进行车削，车削厚度为加工前管壁总厚度的15％，随后对管材进行单道次拉拔扩径。
7)再结晶：以10℃/min的速度将合金管材加热至980℃后保温3小时，之后随炉冷却。完成后对管材内外壁分别进行车削，车削厚度为0.5mm。
8)时效处理：将合金在650℃下保温20小时，随后升温至750℃并保温20小时，之后随炉冷却。
参见图1，对实施例1所述合金的微观组织进行了观察，合金铸态组织由奥氏体树枝晶及在晶界分布的碳化物构成。
参见图2，对实施例2所述合金的微观组织进行了观察，合金经冷轧后树枝晶结构并未发生明显改变。
参见图3，对实施例3所述合金的微观组织进行了观察，合金经再结晶处理后完全由等轴晶组成，平均晶粒尺寸不超过50微米。
参见图4，对实施例4所述合金的微观组织进行了观察，合金经过1200℃高温时效10小时后晶粒尺寸并无明显长大。
参见表1，对实施例5-7的合金材料力学性能分别进行了测试，可见合金在抗拉及屈服强度分别高于1050MPa与650MPa，延伸率不低于15％。
表1实施例合金力学性能测试结果
实施例6
本实施例的高温合金铸管材料，按质量百分比包括：C：0.04％，Cr：18％，Fe：32％，Mn：0.5％，Si：0.15％，Mo：0.7％，Ti：2.3％，Al：2.2％，B：0.01％，余量为Ni。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
1)原料配制：成分按质量百分比包括：C：0.04％，Cr：18％，Fe：32％，Mn：0.5％，Si：0.15％，Mo：0.7％，Ti：2.3％，Al：2.2％，B：0.01％，余量为Ni。
2)熔炼步骤：将上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感应炉将配制的合金熔炼成合金母液，钢液达到1600℃以上后加入硅和锰脱氧，并控制母液中P、S杂质元素的质量百分比含量均＜0.03％，随后在钢液温度达到1650℃后出炉浇注。
3)铸造：将步骤2)的合金母液浇入离心铸造机中充型凝固制成管材，利用离心铸造工艺形成管材，凝固过程中离心机转速与设计的铸件内径之间应满足下式关系：
15000≥n×ro1/2≥7500
式中：
n:离心机转速(r/min)；
ro:铸件内半径(mm)；
4)固溶：将步骤3)的合金管材置于加热炉中加热至1200℃保温2小时，随后空冷至室温。
5)冷轧：将步骤4)的合金管在进行冷轧，冷轧加工后减壁量为17％。
6)内壁加工：对管材内壁进行车削，壁厚低于15mm，车削厚度为加工前管壁总厚度的15％，随后对管材进行单道次拉拔扩径。
7)再结晶：以10℃/min的速度将合金管材加热至980℃后保温3小时，之后随炉冷却。完成后对管材内外壁分别进行车削，车削厚度为0.5mm。
8)时效处理：将合金在650℃下保温20小时，随后升温至750℃并保温20小时，之后随炉冷却。
实施例7
本实施例的高温合金铸管材料，按质量百分比包括：C：0.03％，Cr：23％，Fe：29％，Mn：0.4％，Si：0.05％，Mo：0.8％，Ti：2.4％，Al：2.1％，B：0.007％，余量为Ni。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
1)原料配制：成分按质量百分比包括：C：0.03％，Cr：23％，Fe：29％，Mn：0.4％，Si：0.05％，Mo：0.8％，Ti：2.4％，Al：2.1％，B：0.007％，余量为Ni。
2)熔炼步骤：将上述成分中除Si和Mn以外的所有元素采用感应炉将配制的合金熔炼成合金母液，钢液达到1600℃以上后加入硅和锰脱氧，并控制母液中P、S杂质元素的质量百分比含量均＜0.03％，随后在钢液温度达到1650℃后出炉浇注。
3)铸造：将步骤2)的合金母液浇入离心铸造机中充型凝固制成管材，利用离心铸造工艺形成管材，凝固过程中离心机转速与设计的铸件内径之间应满足下式关系：
15000≥n×ro1/2≥7500
式中：
n:离心机转速(r/min)；
ro:铸件内半径(mm)；
4)固溶：将步骤3)的合金管材置于加热炉中加热至1200℃保温2小时，随后空冷至室温。
5)冷轧：将步骤4)的合金管在进行冷轧，冷轧加工后减壁量为18％。
6)内壁加工：对管材内壁进行车削，离心管铸胚的胚壁厚大于15mm，车削厚度不低于3mm；随后对管材进行单道次拉拔扩径。
7)再结晶：以10℃/min的速度将合金管材加热至980℃后保温3小时，之后随炉冷却。完成后对管材内外壁分别进行车削，车削厚度为0.2mm。
8)时效处理：将合金在650℃下保温20小时，随后升温至750℃并保温20小时，之后随炉冷却。
本发明中冷轧加工完成后对内壁进行车削，离心管铸胚的胚壁厚大于15mm时，车削厚度不低于3mm；壁厚低于15mm时，车削厚度不低于壁厚的15％。
本发明的合金采用离心铸造后冷轧加工及冷拔扩径，并辅以再结晶退火工艺制备管材，极大简化了管材加工制备工艺成本；结合合理的再结晶退火工艺获得成分均匀的等轴晶粒结构，消除了合金在凝固过程中形成的粗大的树枝晶结构，并由于初生碳化物的钉扎效应抑制了再结晶晶粒长大，最终获得的再结晶晶粒尺寸稳定，高温服役过程中长大速率缓慢。

Claims (9)

1.一种冷轧离心铸造再热器管材的制备工艺，其特征在于：该管材合金成分按质量百分比符合下述范围：C：0.03～0.06％，Cr：18～23％，Fe：28～32％，Mn：≤0.5％，Si：≤0.15％，Mo：0.6～0.8％，Ti：2.2～2.5％，Al：2.0～2.4％，B：≤0.01％，余量为Ni；采用离心铸造工艺直接制备成型管胚，将成型管胚进行固溶处理后采用冷轧加工缩减管材壁厚，随后对其内壁冒口进行车削加工并辅以冷拔扩径挤压，最后通过再结晶退火及表面处理获得具有各向同性且成分均匀的合金管材，得到再热器管材。
2.根据权利要求1所述的一种冷轧离心铸造再热器管材的制备工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
1)原料配置：按质量百分比取：C：0.03～0.06％，Cr：18～23％，Fe：28～32％，Mn：≤0.5％，Si：≤0.15％，Mo：0.6～0.8％，Ti：2.2～2.5％，Al：2.0～2.4％，B：≤0.01％，余量为Ni；
2)离心铸造：采用感应电炉熔炼，并在合金母液温度达到1600-1650℃时出炉，将合金母液浇入离心铸造机中充型凝固，利用离心铸造工艺形成合金铸管胚；
3)冷轧加工：对离心铸造工艺制备的合金铸管胚进行1150-1250℃/1-3h的固溶处理，空冷至室温后对离心管铸胚进行冷轧加工；
4)冷拔扩径：冷轧加工完成后对内壁进行车削后对管材内壁进行单一道次的冷拔扩径加工；
5)再结晶退火：以10℃/min的速度加热至900-1050℃后保温0.5-3小时，之后随炉冷却，完成后对管材内外壁分别进行车削，得到再热器管材。
3.根据权利要求1或2所述的一种冷轧离心铸造再热器管材的制备工艺，其特征在于：采用离心铸造工艺制备合金铸管胚，其中离心铸造机与设计的铸件内径之间满足下式关系：
15000≥n×ro 1/2≥7500
式中：
n:离心机转速，r/min；
ro:铸件内半径，mm。
4.根据权利要求1所述的一种冷轧离心铸造再热器管材的制备工艺，其特征在于：合金铸态组织由粗大的奥氏体柱状晶粒及在树枝晶界面不连续分布的初生碳化物组成，二次枝晶臂平均间距不低于50微米，碳化物体积分数低于7％。
5.根据权利要求1所述的一种冷轧离心铸造再热器管材的制备工艺，其特征在于：冷轧加工后合金铸管胚减壁量与冷轧加工前管材壁厚满足：
10％≤Δt/to≤20％
式中：
Δt:加工壁厚减薄量，单位：mm；
to:每次拉拔扩径前管材壁厚，单位：mm。
6.根据权利要求1所述的一种冷轧离心铸造再热器管材的制备工艺，其特征在于：冷轧加工完成后对内壁进行车削，离心管铸胚的胚壁厚大于15mm时，车削厚度不低于3mm；壁厚低于15mm时，车削厚度不低于壁厚的15％。
7.根据权利要求1所述的一种冷轧离心铸造再热器管材的制备工艺，其特征在于：对管材内外壁进行车削加工，车削深度不超过0.5mm。
8.根据权利要求1所述的一种冷轧离心铸造再热器管材的制备工艺，其特征在于：所制备的再热器管材组织中树枝晶完全消除，合金由等轴晶构成，且其平均晶粒尺寸不低于50微米，粗大初生碳化物消失，转变为不连续颗粒状碳化物弥散分布于等轴晶晶界处，碳化物平均尺寸不超过1微米。
9.根据权利要求1所述的一种冷轧离心铸造再热器管材的制备工艺，其特征在于：制备的再热器管材抗拉及屈服强度分别高于1050MPa与650MPa，延伸率不低于15％，其在1200℃保温10小时后奥氏体晶粒平均尺寸增加不高于5％。
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