CN106623711A - 含钨奥氏体耐热钢管坯的锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的含钨奥氏体耐热钢管坯的锻造方法，用于对含钨奥氏体耐热钢制成的钢锭实施锻造以用于制作管坯，锻造方法包括如下步骤：11)对钢锭实施表面预处理；12)将钢锭实施加热直至钢锭的温度为1180℃‑1250℃；13)对经过步骤12)加热的钢锭实施径向锻造，开锻温度为1100℃‑1250℃，终锻温度为950℃以上；14)对钢锭实施固溶热处理，热处理温度为1120‑1180℃，保温时间为1‑2小时。该方案能解决目前的锻造方法在对含钨奥氏体耐热钢管坯进行锻造存在的较容易导致管坯的内部出现裂纹和缺陷、管坯的晶粒度不均匀的问题。

Description

含钨奥氏体耐热钢管坯的锻造方法

技术领域

本发明涉及钢材锻造技术领域，尤其涉及含钨奥氏体耐热钢管坯的锻造方法。

背景技术

奥氏体耐热钢由于具有优良的耐腐蚀、抗氧化及良好的机械性能而较多地应用于能源、化工等领域。由于含钨(W)奥氏体耐热钢具有较高的韧性、持久性强度、抗氧化性和高温组织稳定性，因此由含钨奥氏体耐热钢制成的无缝管可用于650℃-700℃超超临界火电机组锅炉的过热器和再热器生产。由于含钨奥氏体耐热钢中的钨元素固溶于基体，其高温固溶强化作用明显，因此能大幅提高钢的热变形激活能，增加高温变形抗力，降低热加工塑性，而且热加工温度范围较窄，最终增加了对其进行热加工的难度，对由含钨奥氏体耐热钢制成的管坯进行锻造是目前较难解决的工艺难题。

传统的锻造方法通常采用快锻或自由锻的方式，锻造温度难以保证，尺寸控制精度较差，容易出现表面开裂的情况。采用径向锻造方法对管坯实施锻造可以保证锻造过程表面保持恒定温度，可以一火次成才，是较好的工艺选择，但是径向锻造工艺也会导致管坯内外变形不均匀，容易使得管坯的内部出现裂纹和缺陷、管坯的晶粒度不均匀的问题，最终导致管坯的质量难以满足要求。

发明内容

有鉴于此，本发明公开含钨奥氏体耐热钢管坯的锻造方法，以解决目前的锻造方法在对含钨奥氏体耐热钢管坯进行锻造存在的较容易导致管坯的内部出现裂纹和缺陷、管坯的晶粒度不均匀的问题。

为解决上述技术问题，本发明公开如下技术方案：

含钨奥氏体耐热钢管坯的锻造方法，用于对含钨奥氏体耐热钢制成的钢锭实施锻造以用于制作管坯，其特征在于，包括如下步骤：

11)对所述钢锭实施表面预处理；

12)将所述钢锭实施加热直至所述钢锭的温度为1180℃-1250℃；

13)对经过步骤12)加热的所述钢锭实施径向锻造，开锻温度为1100℃-1250℃，终锻温度为950℃以上；

14)对所述钢锭实施固溶热处理，热处理温度为1120-1180℃，保温时间为1-2小时。

优选的，上述锻造方法中，步骤11)包括：

去除所述钢锭表面深度尺寸或宽度尺寸大于0.5mm的裂纹、结疤或凹坑。

优选的，上述锻造方法中，采用修磨的方式去除所述钢锭表面深度尺寸或宽度尺寸大于0.5mm的裂纹、结疤或凹坑。

优选的，上述锻造方法，步骤12)包括：

在加热炉的炉内温度低于700℃时将所述钢锭放入所述加热炉，然后进行第一次保温处理，第一次保温处理的时间为2-3小时；

经过第一次保温处理之后进行第一次升温操作，将所述钢锭的温度升至950℃-1050℃，所述第一次升温操作的升温速度小于120℃/小时，然后进行第二次保温处理，第二次保温处理的时间为1-2小时；

经过所述第二次保温处理之后进行第二次升温操作，将所述钢锭的温度升至1180-1250℃，然后再进行第三次保温处理，所述第三次保温处理的时间为设定时间，所述设定时间按照如下公式计算：

t＝(0.5-0.7)*D，其中，t为设定时间，单位为min；D为经过表面预处理的所述钢锭的直径。

优选的，上述锻造方法中，在所述加热炉的炉内温度为680℃时将所述钢锭放入所述加热炉，第一次保温处理的时间为2小时；第一次升温操作按照100℃/小时将所述钢锭升温至1000℃，且第二次保温处理的时间为1.5小时；第二次升温操作按照100℃/小时将所述钢锭升温至1220℃。

优选的，上述锻造方法中，在所述加热炉的炉内温度为680℃时将所述钢锭放入所述加热炉，第一次保温处理的时间为3小时；第一次升温操作按照100℃/小时将所述钢锭升温至1000℃，且第二次保温处理的时间为2小时；第二次升温操作按照100℃/小时将所述钢锭升温至1230℃。

优选的，上述锻造方法中，步骤13)采用多道次锻造实现径向锻造，具体包括：

71)对所述钢锭实施第一道次的锻造，锻造频率为210-240次/分钟，第一道次的道次变形量为10-15％；

72)对所述钢锭实施第二道次的锻造，锻造频率为90-120次/分钟，第二道次的道次变形量30-40％；

73)对所述钢锭依次实施第三道次至第N-1道次的锻造，锻造频率为120-180次/分钟，此期间每次锻造的道次变形量为20-30％，N为正整数，且12≥N≥5；

74)对所述钢锭实施第N道次的锻造，锻造频率为210-240次/分钟，第N道次的道次变形量为3-5％。

本发明公开的含钨奥氏体耐热钢管坯的锻造方法的有益效果如下：

本发明实施例公开的锻造方法依据本发明所涉及的含钨奥氏体耐热钢的初熔点为1280℃，影响热变形的主要析出相的最高溶解温度为900℃，通过大量热模拟压缩试验和拉伸试验，得知含钨奥氏体耐热钢在1100℃以上时材料的动态再结晶较为充分，含钨奥氏体的最佳热塑性加工温度区间为950-1250℃，在快应变速率条件下，变形量小于40％，依据上述条件将钢锭加热至1180-1250℃，然后再进行径向锻造，开锻温度1100-1250℃，终锻温度为950℃，最终再对钢锭实施固溶热处理，热处理温度为1120-1180℃，保温时间为1-2小时。通过上述锻造过程得到的含钨奥氏体耐热钢管坯的表面质量良好，管坯内外均无裂纹等缺陷，组织较为均匀，晶粒度达到目标要求的3-7级，可见，本发明实施例公开的锻造方法能解决目前的锻造方法在对含钨奥氏体耐热钢管坯进行锻造存在的较容易导致管坯的内部出现裂纹和缺陷、管坯的晶粒度不均匀的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对实施例或背景技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的含钨奥氏体耐热钢管坯的锻造方法的流程示意图；

图2是本发明实施例公开的钢锭实施加热的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开含钨奥氏体耐热钢管坯的锻造方法，该锻造方法用于对含钨奥氏体耐热钢制成的钢锭实施锻造以用于制作管坯。

需要说明的是，本发明实施例公开的锻造方法的钢锭的原料成分如下表一所示：

本发明创造的发明人对具有上述原料成分的钢锭的材料特性和热加工特性进行研究，通过热力学软件计算，得知此含W奥氏体耐热钢的初熔点为1280℃，影响热变形的主要析出相的最高溶解温度为900℃；通过经过大量热模拟压缩实验和拉伸实验，得知1100℃以上时材料的动态再结晶较充分，合金最佳热塑性加工温度区间为950～1250℃，在快应变速率条件下，变形量应小于40％。

请参考图1，本发明实施例公开的含钨奥氏体耐热钢管坯的锻造方法包括如下步骤：

S100、对钢锭实施表面预处理。

本步骤对钢锭实施表面预处理消除钢锭表面存在的缺陷，以确保后续产品的质量。可以采用的钢锭为电炉、AOD炉和LF炉冶炼的模铸3吨或5吨的八角锭，钢锭的直径可以选择400mm-800mm。本步骤中，通常用于去除钢锭表面的深度尺寸或宽度尺寸大于0.5mm的裂纹、结疤或凹坑。具体的，通常采用修磨的方式去除钢锭表面深度尺寸或宽度尺寸大于0.5mm的裂纹、结疤或凹坑。本步骤对钢锭实施表面预处理，能够去除一些深度尺寸或宽度尺寸较大的裂纹、结疤、凹陷等可视缺陷，进而能防止在后续的锻造过程中缺陷随着变形延伸而引起锻件表面开裂。

S200、对钢锭实施加热。

本步骤中对钢锭实施加热直至钢锭的温度为1180℃-1250℃。通常对钢锭的加热在燃气炉内完成，在加热的过程中可以要求加热炉内的气氛均匀，避免火焰直射钢锭或放置在火焰喷口处加热钢锭，以钢制钢锭局部过热、过烧。

本实施例中，含钨奥氏体耐热钢制成的钢锭的合金含量较高，因此存在导热性较差的问题，为此，钢锭的转炉温度过高或升温速度过快，容易引起内外表面温差过大而产生内应力裂纹，因此，优选的，入炉温度应该控制在700℃以下。请参考图2，下面提供一种对钢锭实施加热的方法，包括如下步骤：

步骤A1、在加热炉的炉内温度低于700℃时将所述钢锭放入所述加热炉，然后进行第一次保温处理，第一次保温处理的时间为2-3小时。

钢锭入炉之后的第一次保温处理的时间为2-3小时能较好地使得钢锭的内外温度升温，避免后续的加热导致的局部过热。

步骤A2、经过第一次保温处理之后进行第一次升温操作，将所述钢锭的温度升至950℃-1050℃，所述第一次升温操作的升温速度小于120℃/小时，然后进行第二次保温处理，第二次保温处理的时间为1-2小时。

步骤A3、经过所述第二次保温处理之后进行第二次升温操作，将所述钢锭的温度升至1180-1250℃，然后再进行第三次保温处理，所述第三次保温处理的时间为设定时间，所述设定时间按照如下公式计算：

t＝(0.5-0.7)*D

其中，t为设定时间，单位为min；D为经过表面预处理的所述钢锭的直径。

由于本实施例进行处理的钢锭中含有W、Cu、Mo、Nb等元素，存在大量析出相，锻造是这些析出相会引起变形抗力增大及塑性变差，因此步骤B和步骤C采用逐级升温及保温的方式实施，能保证析出相充分回溶。

S300、对经过加热的钢锭实施径向锻造。

本步骤对经过加热的钢锭实施径向锻造，开端温度为1100℃-1250℃，终锻温度为950℃以上。本步骤可以采用多道次锻造实施径向锻造，具体包括如下步骤：

步骤B1、对所述钢锭实施第一道次的锻造，锻造频率为210-240次/分钟，第一道次的道次变形量为10-15％。

本步骤采用高频次小变形量锻造，其目的是使得钢锭表面铸态组织快速变形成为晶粒细小均匀的锻态组织，形成一层“硬化保护层”，尽可能减少后续变形的表面开裂风险。

步骤B2、对所述钢锭实施第二道次的锻造，锻造频率为90-120次/分钟，第一道次的道次变形量30-40％。

本步骤采用低频次、大变形量锻造，其目的在于，一方面能使得钢锭变形可以延伸至心部，使得心部铸态组织破碎，另一方面能降低热变形的应变速度，提高应变量，更有利于变形时动态再结晶充分发生，使得晶粒的组织更加均匀。

步骤B3、对所述钢锭依次实施第三道次至第N-1道次的锻造，锻造频率为120-180次/分钟，此期间每次锻造的道次变形量为20-30％，N为正整数，且12≥N≥5。

本步骤采用中等频次、中等变形量锻造，锻造温升使得钢锭表面温度保持恒定，内部变形较为均匀，不易开裂。

步骤B4、对所述钢锭实施第N道次的锻造，锻造频率为210-240次/分钟，道次变形量为3-5％。

S400、对钢锭实施固溶热处理。

步骤S300与步骤S400之间还可以包括切除两端的冒口，然后再进行步骤S400进行固溶热处理，固溶热处理能消除变形残余应力，使得钢锭的组织再结晶更加充分，晶粒度能调整至目标要求3-7级，同时溶解材料中的析出相，降低硬度，便于后续的机加工。本步骤中，固溶热处理的温度为1120℃-1180℃，保温时间为1-2小时。出炉后可以采用水冷的方式进行冷却，然后再进行机加工(例如车削加工)至目标尺寸，在无损探伤之后完成管坯的生产。

本发明实施例公开的锻造方法依据本发明所涉及的含钨奥氏体耐热钢的初熔点为1280℃，影响热变形的主要析出相的最高溶解温度为900℃，通过大量热模拟压缩试验和拉伸试验，得知含钨奥氏体耐热钢在1100℃以上时材料的动态再结晶较为充分，含钨奥氏体的最佳热塑性加工温度区间为950-1250℃，在快应变速率条件下，变形量小于40％，依据上述条件将钢锭加热至1180-1250℃，然后再进行径向锻造，开锻温度1100-1250℃，终锻温度为950℃，最终再对钢锭实施固溶热处理，热处理温度为1120-1180℃，保温时间为1-2小时。通过上述锻造过程得到的含钨奥氏体耐热钢管坯的表面质量良好，管坯内外均无裂纹等缺陷，组织较为均匀，晶粒度达到目标要求的3-7级，可见，本发明实施例公开的锻造方法能解决目前的锻造方法在对含钨奥氏体耐热钢管坯进行锻造存在的较容易导致管坯的内部出现裂纹和缺陷、管坯的晶粒度不均匀的问题。下面结合两个具体实施例进行说明。

实施例一

本实施例管坯的目标规格为Ф215mm，钢锭的具体成分如下表二所示(质量分数％)：

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	W	Cu	Co	Mo	Nb	B	N	Fe
															0.05	0.18	0.40	0.013	0.001	22.10	25.20	3.60	2.82	1.61	0.23	0.42	0.0025	0.18	余

具体步骤如下：

步骤一、对钢锭实施表面预处理。

采用的原料钢锭为电炉+AOD炉+LF炉冶炼的模铸3吨八角锭，钢锭最大外径为650mm。锻造前对钢锭表面的可视缺陷进行修磨。

步骤二、对钢锭实施加热。

将钢锭送入天然气炉加热，入炉温度680℃，保温2小时后按照100℃/小时升温，在1000℃保温1.5小时后继续按照100℃/小时升温至1220℃，保温5小时后出炉锻造。

步骤三、对经过加热的钢锭实施径向锻造。

锻造过程总锻造比为5.9，锻造目标外径为230mm。钢锭出炉至锻造开始的时间为50秒，锤头预热温度为200℃，采用一火次成才，开锻温度1150℃，终锻温度980℃，分9道次锻造，每道次的变形量、锻造频率及锻后温度见下表：

道次	规格(mm)	温度(℃)	锻造频率(次/min)	变形量(％)
					0	650	-	-	-
1	610	1150	240	11.9
					2	500	1058	120	32.8
3	440	1023	180	22.6
					4	390	1010	180	21.4
5	340	1009	180	24.0
					6	300	1007	180	22.1
7	265	1002	180	22.0
					8	235	999	180	21.4
9	230	980	240	4.21

步骤四、对钢锭实施固溶热处理。

锻造后钢锭切除两端冒口后进行固溶热处理，热处理温度为1150℃，保温时间为1小时，出炉后水冷。对表面车削至Ф215mm，无损探伤后完成生产。管坯表面质量良好，内外无裂纹等缺陷，组织均匀，晶粒度达为4-5级。

实施例二

本实施例管坯的目标规格为Ф275mm，具体成分如下(质量分数％)：

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	W	Cu	C o	Mo	Nb	B	N	Fe
															0.05	0.19	0.50	0.015	0.001	22.20	25.10	3.50	2.72	1.53	0.15	0.40	0.0020	0.20	余

具体步骤如下：

步骤一、对钢锭实施表面预处理。

采用的原料钢锭为电炉+AOD炉+LF炉冶炼的模铸5吨八角锭，钢锭最大外径为700mm。锻造前对钢锭表面的可视缺陷进行修磨。

步骤二、对钢锭实施加热。

将钢锭送入天然气炉加热，入炉温度680℃，保温3小时后按照100℃/小时升温，在1000℃保温2小时后继续按照100℃/小时升温至1230℃，保温6小时后出炉锻造。

步骤三、对经过加热的钢锭实施径向锻造。

锻造过程总锻造比为5.9，锻造目标外径为290mm。钢锭出炉至锻造开始的时间为55秒，锤头预热温度为220℃，采用一火次成才，开锻温度1160℃，终锻温度985℃，分8道次锻造，每道次的变形量、锻造频率及锻后温度见下表：

步骤四、对钢锭实施固溶热处理。

锻造后坯料切除两端冒口后进行固溶热处理，热处理温度为1180℃，保温时间为1.5小时，出炉后水冷。表面车削至Ф275mm，无损探伤后完成生产。管坯表面质量良好，内外无裂纹等缺陷，组织均匀，晶粒度达为4-5级。

本文中，各个优选方案仅仅重点描述的是与其它方案的不同，各个优选方案只要不冲突，都可以任意组合，组合后所形成的实施例也在本说明书所公开的范畴之内，考虑到文本简洁，本文就不再对组合所形成的实施例进行单独描述。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.含钨奥氏体耐热钢管坯的锻造方法，用于对含钨奥氏体耐热钢制成的钢锭实施锻造以用于制作管坯，其特征在于，包括如下步骤：

11)对所述钢锭实施表面预处理；

12)将所述钢锭实施加热直至所述钢锭的温度为1180℃-1250℃；

13)对经过步骤12)加热的所述钢锭实施径向锻造，开锻温度为1100℃-1250℃，终锻温度为950℃以上；

14)对所述钢锭实施固溶热处理，热处理温度为1120-1180℃，保温时间为1-2小时。

2.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，步骤11)包括：

去除所述钢锭表面深度尺寸或宽度尺寸大于0.5mm的裂纹、结疤或凹坑。

3.根据权利要求2所述的锻造方法，其特征在于，采用修磨的方式去除所述钢锭表面深度尺寸或宽度尺寸大于0.5mm的裂纹、结疤或凹坑。

4.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，步骤12)包括：

在加热炉的炉内温度低于700℃时将所述钢锭放入所述加热炉，然后进行第一次保温处理，第一次保温处理的时间为2-3小时；

经过第一次保温处理之后进行第一次升温操作，将所述钢锭的温度升至950℃-1050℃，所述第一次升温操作的升温速度小于120℃/小时，然后进行第二次保温处理，第二次保温处理的时间为1-2小时；

经过所述第二次保温处理之后进行第二次升温操作，将所述钢锭的温度升至1180-1250℃，然后再进行第三次保温处理，所述第三次保温处理的时间为设定时间，所述设定时间按照如下公式计算：

t＝(0.5-0.7)*D，其中，t为设定时间，单位为min；D为经过表面预处理的所述钢锭的直径。

5.根据权利要求4所述的锻造方法，其特征在于，在所述加热炉的炉内温度为680℃时将所述钢锭放入所述加热炉，第一次保温处理的时间为2小时；第一次升温操作按照100℃/小时将所述钢锭升温至1000℃，且第二次保温处理的时间为1.5小时；第二次升温操作按照100℃/小时将所述钢锭升温至1220℃。

6.根据权利要求4所述的锻造方法，其特征在于，在所述加热炉的炉内温度为680℃时将所述钢锭放入所述加热炉，第一次保温处理的时间为3小时；第一次升温操作按照100℃/小时将所述钢锭升温至1000℃，且第二次保温处理的时间为2小时；第二次升温操作按照100℃/小时将所述钢锭升温至1230℃。

7.根据权利要求1-6中任一所述的锻造方法，其特征在于，步骤13)采用多道次锻造实现径向锻造，具体包括：

71)对所述钢锭实施第一道次的锻造，锻造频率为210-240次/分钟，第一道次的道次变形量为10-15％；

72)对所述钢锭实施第二道次的锻造，锻造频率为90-120次/分钟，第二道次的道次变形量30-40％；

73)对所述钢锭依次实施第三道次至第N-1道次的锻造，锻造频率为120-180次/分钟，此期间每次锻造的道次变形量为20-30％，N为正整数，且12≥N≥5；

74)对所述钢锭实施第N道次的锻造，锻造频率为210-240次/分钟，第N道次的道次变形量为3-5％。