CN107447088B - 一种改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性技术 - Google Patents

一种改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性技术 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性技术，首先将10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭加热至1180～1200℃，保温3～5h，然后将铸锭冷却至1050～1100℃，保温2～3h，然后将铸锭在1050～1100℃压缩变形50～60％，改变铸锭中析出相形态，改善铸锭高温成形性，变形后试样再次加热至1180～1200℃保温2～3h，然后在1180～1200℃进行高温锻造。该发明的优点在于通过低温锻造能够显著改善10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性，大幅提高10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭锻造成材率，且工艺简单，能够取代通过长时间高温固溶改善马氏体型耐热钢铸锭高温成形性的传统方法。

Description

一种改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成 形性技术
技术领域
本发明涉及特殊钢热加工技术领域，尤其是涉及一种改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性技术。
背景技术
马氏体型耐热钢是制造超超临界火力发电机组汽轮机叶片的主要用材，由于叶片的工作环境极为恶劣，要承受高温高压、多向复杂作用力以及腐蚀作用，因此要求马氏体型耐热钢必须具有致密均匀的显微组织。马氏体型耐热钢通常采用锻造工艺生产，要想获得组织均匀致密的显微组织，通常需要采用较大变形量在较高温度锻造才能实现，锻造温度通常在1150℃及以上。而对于超超临界火力发电机组汽轮机高温叶片用马氏体型耐热钢，由于高温叶片恶劣的工作环境，对钢材性能有多种要求，这主要通过往钢中添加多种合金元素来实现，如Co、W、Nb等元素，其中添加W和Nb元素的马氏体型耐热钢铸锭中往往存在各种各样的难溶析出相，如Laves相等，这些析出相1150℃以上往往会发生形态变化，对铸锭的高温成形性极为不利，极易导致1150℃及以上锻造时开裂，导致这类马氏体耐热钢锻造成材率较低，如10Cr11Co3W3NiMoVNbNB钢，主要用于制造在高温状态下使用的汽轮机叶片，为提高其性能，添加较多的W、Nb元素，导致其高温成形性极差，锻造时易开裂，锻造成材率通常不足50％。改善这类因添加合金元素而导致高温成形性差的马氏体型耐热钢的高温成形性的措施通常是高温长时间固溶，通过在1200℃左右高温下加热几十个小时使铸锭中析出相固溶来提高高温成形性，但马氏体型耐热钢中很多W、Nb元素的析出相很难固溶，即使较长时间的高温加热改善其高温成形性的效果也非常有限，并不能使高温成形性大幅提升，而且高温长时间固溶往往导致严重的脱碳、烧损以及晶粒粗大等问题。目前，对于如何快速有效改善这类添加W、Nb元素的马氏体型耐热钢高温成形性的难题尚未突破。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的目的是提供一种改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的技术，在保证锻材良好组织均匀性的基础上，取代通过高温长时间固溶改善马氏体型耐热钢铸锭高温成形性的传统方法，大幅提高10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭锻造成材率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的方法，具体步骤如下：
步骤1、铸锭加热：将10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭加热至1180～1200℃，保温3～5h；
步骤2、铸锭降温：将铸锭冷却至1050～1100℃，保温2～3h；
步骤3、铸锭低温镦粗锻造：将铸锭在1050～1100℃压缩变形，改变铸锭中析出相原始形态，从而改善铸锭高温成形性；
步骤4、铸锭高温锻造：将变形后铸锭加热至1180～1200℃保温2～3h，然后在1180～1200℃进行高温锻造，获得较低的变形应力，同时促使奥氏体发生完全动态再结晶，以获得均匀的锻材显微组织。
本发明先利用较低温度锻造改变10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭中析出相形态，改善10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性，然后高温锻造获得较低的变形应力，并促使奥氏体发生完全动态再结晶，在保证获得良好锻材显微组织的基础上取代通过高温长时间固溶改善马氏体型耐热钢铸锭高温成形性的传统方法，克服现有技术中高温长时间固溶导致的严重的脱碳、烧损以及晶粒粗大等问题，改善10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性，使其锻造时不易开裂，锻造成材率大幅提升，传统锻造工艺成材率不足50％，由本专利所述工艺锻造后成材率提升至90％以上，同时锻材显微组织良好。
优选的，所述10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭成分质量百分比为：C：0.11％，Si：0.20％，Mn：0.52％，Cr：10.80％，Ni：0.61％，W：2.63％，Co：2.72％，Nb：0.12％，Mo：0.31％，V：0.22％，N：0.028％，B：0.025％。
优选的，所述步骤1前铸锭进行锻前预热：先将需要进行锻造的铸锭放置到低温炉中进行慢火预热，当达到550-600℃时，将铸锭进行保温1-2h后，将预热后的铸锭放置到高温加热炉中进行始锻加热。
优选的，所述步骤2铸锭冷却温度为1090～1100℃。
优选的，所述步骤3中铸锭压缩变形50～60％。
优选的，所述步骤4中铸锭高温锻造为镦拔锻造工艺，先进行50～60％的镦粗，然后翻转铸锭进行拔长锻造，并且在拔长锻造时对铸锭进行不断的均匀转动，至达到工艺要求。
优选的，所述步骤3中的铸锭加热时采用的是燃气加热，在燃气加热时，燃料和空气的比率设为1:8。
优选的，所述铸锭的长度与直径之比应小于2.5-2.7。
本发明还提供一种由上述方法制备得到的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB钢。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、一种改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的方法，先利用较低温度锻造改变10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭中析出相形态，从而改善铸锭高温成形性，然后高温锻造获得较低的变形应力，并促使奥氏体发生完全动态再结晶，以获得均匀的锻材组织。
2、本发明取代长时间高温固溶改善马氏体型耐热钢铸锭高温成形性的传统方法，克服现有技术中高温长时间固溶导致严重的脱碳、烧损以及晶粒粗大等问题，改善10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性，使其锻造时不易开裂，锻造成材率大幅提升，传统锻造工艺成材率不足50％，由本专利所述工艺锻造后成材率提升至90％以上，同时获得锻材显微组织良好。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明实施例1对10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭在1100℃压缩变形50％后的显微组织形貌。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所述技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1
一种改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的方法，具体步骤如下：
步骤1、铸锭预热：选择长度与直径之比小于2.5，成分质量百分比为C：0.11％，Si：0.20％，Mn：0.52％，Cr：10.80％，Ni：0.61％，W：2.63％，Co：2.72％，Nb：0.12％，Mo：0.31％，V：0.22％，N：0.028％，B：0.025％的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭放置到低温炉中进行慢火预热，当达到600℃时，将铸锭进行保温2h；
步骤2、铸锭加热：将预热后的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭放置到高温加热炉中进行加热至1200℃保温3h，加热时采用的是燃气加热，在燃气加热时，燃料和空气的比率设为1:8；
步骤3、铸锭降温：将铸锭冷却至1100℃保温2h；
步骤4、铸锭低温镦粗锻造：将铸锭在1100℃压缩变形50％，改变铸锭中析出相形态，从而改善铸锭高温成形性；
步骤5、铸锭高温镦粗锻造：将变形后铸锭加热至1200℃保温2h，然后将高温加热完成后的铸锭放置到锻造机上进行1200℃高温镦拔锻造，先进行镦粗变形，镦粗时变形量为50％，镦粗后翻转铸锭进行拔长锻造，并且在拔长锻造时对铸锭进行不断的均匀转动，至达到工艺要求，通过高温变形获得较低的变形应力，并促使奥氏体晶粒发生完全动态再结晶，以获得均匀的锻材显微组织。
图1为本发明实施例1对10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭在1100℃压缩变形50％后的显微组织形貌，经1100℃压缩变形50％后，原始组织中的连续析出相被破碎，呈断续状分布。
实施例2
一种改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的方法，具体步骤如下：
步骤1、铸锭预热：选择长度与直径之比小于2.5，成分质量百分比为C：0.11％，Si：0.20％，Mn：0.52％，Cr：10.80％，Ni：0.61％，W：2.63％，Co：2.72％，Nb：0.12％，Mo：0.31％，V：0.22％，N：0.028％，B：0.025％的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭放置到低温炉中进行慢火预热，当达到600℃时，将铸锭进行保温2h；
步骤2、铸锭加热：将预热后的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭放置到高温加热炉中进行加热至1200℃保温4h，加热时采用的是燃气加热，在燃气加热时，燃料和空气的比率设为1:8；
步骤3、铸锭降温：将铸锭冷却至1080℃保温2h；
步骤4、铸锭低温镦粗锻造：将铸锭在1080℃压缩变形55％，改变铸锭中析出相形态，从而改善铸锭高温成形性；
步骤5、铸锭高温镦粗锻造：将变形后铸锭加热至1200℃保温2h，然后将高温加热完成后的铸锭放置到锻造机上进行1200℃高温镦拔锻造，先进行镦粗变形，镦粗时变形量为50％，镦粗后翻转铸锭进行拔长锻造，并且在拔长锻造时对铸锭进行不断的均匀转动，至达到工艺要求，通过高温变形获得较低的变形应力，并促使奥氏体晶粒发生完全动态再结晶，以获得均匀的锻材显微组织。
实施例3
一种改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的方法，具体步骤如下：
步骤1、铸锭预热：选择长度与直径之比小于2.5，成分质量百分比为C：0.11％，Si：0.20％，Mn：0.52％，Cr：10.80％，Ni：0.61％，W：2.63％，Co：2.72％，Nb：0.12％，Mo：0.31％，V：0.22％，N：0.028％，B：0.025％的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭放置到低温炉中进行慢火预热，当达到600℃时，将铸锭进行保温2h；
步骤2、铸锭加热：将预热后的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭放置到高温加热炉中进行加热至1180℃保温5h，加热时采用的是燃气加热，在燃气加热时，燃料和空气的比率设为1:8；
步骤3、铸锭降温：将铸锭冷却至1090℃保温3h；
步骤4、铸锭低温镦粗锻造：将铸锭在1090℃压缩变形60％，改变铸锭中析出相形态，从而改善铸锭高温成形性；
步骤5、铸锭高温镦粗锻造：将变形后铸锭加热至1180℃保温3h，然后将高温加热完成后的铸锭放置到锻造机上进行1180℃高温镦拔锻造，先进行镦粗变形，镦粗时变形量为50％，镦粗后翻转铸锭进行拔长锻造，并且在拔长锻造时对铸锭进行不断的均匀转动，至达到工艺要求，通过高温变形获得较低的变形应力，并促使奥氏体晶粒发生完全动态再结晶，以获得均匀的锻材显微组织。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1、铸锭加热：将10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭加热至1180～1200℃，保温3～5h；
步骤2、铸锭降温：将铸锭冷却至1050～1100℃，保温2～3h；
步骤3、铸锭低温镦粗锻造：将铸锭在1050～1100℃压缩变形，改变铸锭中析出相形态，从而改善铸锭高温成形性；
步骤4、铸锭高温镦粗锻造：将变形后铸锭加热至1180～1200℃保温2～3h，然后在1180～1200℃进行高温锻造，获得较低的变形应力，并促使奥氏体发生完全动态再结晶，以获得均匀的锻材组织。
2.如权利要求1所述的改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的方法，其特征在于，所述10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭成分质量百分比为：C：0.11％，Si：0.20％，Mn：0.52％，Cr：10.80％，Ni：0.61％，W：2.63％，Co：2.72％，Nb：0.12％，Mo：0.31％，V：0.22％，N：0.028％，B：0.025％，Fe：余量。
3.如权利要求1所述的改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的方法，其特征在于，所述步骤1前铸锭进行锻前预热：先将需要进行锻造的铸锭放置到低温炉中进行慢火预热，当达到550-600℃时，将铸锭进行保温1-2h后，将预热后的铸锭放置到高温加热炉中进行加热。
4.如权利要求1所述的改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的方法，其特征在于，所述步骤2铸锭冷却温度为1050～1100℃，
5.如权利要求4所述的改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的方法，其特征在于，所述步骤2铸锭冷却温度为1100℃。
6.如权利要求1所述的改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的方法，其特征在于，所述步骤3中铸锭压缩变形50～60％。
7.如权利要求1所述的改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的方法，其特征在于，所述步骤3中的铸锭加热时采用的是燃气加热，在燃气加热时，燃料和空气的比率设为1:8。
8.如权利要求1所述的改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的方法，其特征在于，所述步骤4将高温加热完成后的铸锭放置到锻造机上进行镦拔锻造，先进行50～60％的镦粗，然后翻转铸锭进行拔长锻造，并且在拔长锻造时对铸锭进行不断的均匀转动，至达到工艺要求。
9.如权利要求1所述的改善马氏体型耐热钢10Cr11Co3W3NiMoVNbNB铸锭高温成形性的方法，其特征在于，所述铸锭的长度与直径之比应小于2.5。
10.一种由权利要求1-8任一所述方法制备得到的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB钢。
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