CN108031779A - 一种透平叶片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种透平叶片及其制备方法，所述方法主要步骤包括：坯料处理、锻造和热处理。通过优化坯料设计，改进锻造方式，合理设置加热温度和热处理工艺参数，最终提高了锻造变形量，细化了透平叶片用不锈钢的晶粒度，晶粒度达到4‑6级，避免了透平叶片因变形不足而导致的晶粒度不合格的问题。

Description

一种透平叶片及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金钢的热加工变形技术领域，尤其涉及一种透平叶片及其制备方法。
背景技术
1Cr13、20Cr13、1Cr12Mo、2Cr12NiMo1W1V、1Cr12Ni3Mo2VN、0Cr17Ni4Cu4Nb(或17-4PH)、×4CrNiCuMo14-5和×5CrNiCuNb16-4等不锈钢由于具有高强度、良好韧性和优良耐蚀性，因而在透平叶片领域有比较广泛的应用。但是在透平叶片锻造过程中，由于变形量不足，容易导致晶粒度不合格。
CN104651589A提供了一种细化316LN奥氏体不锈钢晶粒的热变形工艺，属于热加工工艺领域。该发明将316LN奥氏体不锈钢固溶处理，在1050-1100℃温度下控制变形速率和变形量，利用动态再结晶的原理，材料变形完毕后即可获得均匀细小的动态再结晶晶粒。CN103350173A公开了一种奥氏体不锈钢异形整体大锻件的生产方法，工艺包括：电炉+AOD+电渣重熔熔炼，锻造开坯，镦粗，拔长，回炉加热锻造，热处理，机加工，冷弯或热弯加工，热处理等。该发明通过反复大变形量的镦粗拔长工艺细化钢锭晶粒尺寸，通过控制回炉加热温度、锻造变形量以及最终的热处理工艺来抑制再结晶晶粒的异常长大，避免粗晶和混晶缺陷的产生，细化锻件组织，实现4.0级及以上晶粒度的目标。CN106480279A公开了一种提高高氮钢石油钻铤表面耐腐蚀耐磨损的方法，它采用表面特殊的变形方法及变形尺度的控制，然后通过热加工使表面变形组织及原始奥氏体晶粒细化，使现有的石油开采用无磁钻铤表面耐腐蚀性能显著提高，延长了钻具的使用寿命。
虽然上述方法都可以解决不锈钢晶粒度过大的问题，但所采用的方法繁琐复杂，对技术和设备要求较高，难以操作推广，费时费力。
发明内容
针对现有技术的不足及实际的需求，本发明提供一种透平叶片及其制备方法，通过优化坯料设计，改进锻造方式，合理设置加热温度和热处理工艺参数，最终细化了透平叶片用不锈钢的晶粒度，晶粒度达到4-6级，避免了透平叶片因变形不足而导致的晶粒度不合格的问题，具有广阔的市场价值和应用前景。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种透平叶片的制备方法，包括如下步骤：
(1)处理坯料：将圆形坯料加热处理后拍扁；
(2)锻造：将步骤(1)所得工件立放后加热锻造；
(3)热处理：将步骤(2)所得工件进行淬火和回火处理。
本发明中，发明人为解决透平叶片的晶粒度过大的难题，在制备过程中反复试验各种方法，创造性地将坯料拍扁后进行锻造，同时优化工艺流程的参数，最终制备得到晶粒度合格的透平叶片。
优选地，步骤(1)所述坯料为20Cr13、2Cr12NiMo1W1V或0Cr17Ni4Cu4Nb中的任一种。
优选地，步骤(1)所述的加热温度为1100-1180℃，例如可以是1100℃、1120℃、1130℃、1150℃、1160℃或1180℃。
优选地，步骤(1)所述加热的时间为20-120min，例如可以是20min、30min、40min、50min、60min、80min、100min或120min。
优选地，步骤(2)所述加热的温度为1100-1180℃，例如可以是1100℃、1120℃、1130℃、1150℃、1160℃或1180℃。
优选地，步骤(2)所述加热的时间为20-120min，例如可以是20min、30min、40min、50min、60min、80min、90min、100min或120min。
优选地，步骤(3)所述淬火的温度为950-1060℃，例如可以是950℃、980℃、990℃、1000℃、1010℃、1030℃、1040℃或1060℃。
优选地，步骤(3)所述淬火的时间为1h-3h，例如可以是1h、2h或3h。
优选地，步骤(3)所述淬火的冷却方式为风冷、油冷或水冷中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是风冷和油冷的组合，风冷和水冷的组合，油冷和水冷的组合或风冷、油冷和水冷的组合。
优选地，步骤(3)所述回火的温度为550-720℃，例如可以是550℃、560℃、580℃、600℃、620℃、650℃、680℃、700℃、710℃或720℃。
优选地，步骤(3)所述回火的冷却方式为空冷。
作为优选技术方案，本发明提供一种透平叶片的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)处理坯料：将圆形坯料加热处理后拍扁，加热温度为1100-1180℃，加热的时间为20-120min，所述坯料为20Cr13、2Cr12NiMo1W1V或0Cr17Ni4Cu4Nb中的任一种；
(2)锻造：将步骤(1)所得工件立放后加热锻造，加热温度为1100-1180℃，加热的时间为20-120min；
(3)热处理：将步骤(3)所得工件进行淬火和回火处理。
所述淬火的温度为950-1060℃，时间为1h-3h，所述淬火的冷却方式为风冷、油冷或水冷中的任一种；
所述回火的温度为550-720℃，所述回火的冷却方式为空冷。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述方法制备得到的透平叶片。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供的制备方法通过优化坯料设计，改进锻造方式，合理设置加热温度和热处理工艺参数，提高了不锈钢的锻造变形量，细化了透平叶片用不锈钢的晶粒度，晶粒度达到4-6级，避免了透平叶片因变形不足而导致的晶粒度不合格的问题。
(2)本发明提供的制备方法简洁高效，易于操作，便于推广，具有广阔的市场价值和应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1的坯料处理示意图；
图2是本发明实施例1的锻造改进示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。
实施例1
(1)处理坯料：将圆形坯料20Cr13加热处理后拍扁，处理示意图如图1所示；
(2)锻造：将步骤(1)所得工件立放后加热锻造，锻造示意图如图2所示；
(3)热处理：将步骤(2)所得工件进行淬火和回火处理；
(4)按照ASTM E112(平均晶粒度测定的试验方法标准)对得到的透平叶片的晶粒度进行测试，合格要求为好于4级，具体参数及结果见表1；
表1
制坯工艺 锻造工艺 淬火工艺 回火工艺 晶粒度
1100℃×20min 1100℃×20min 1020℃×1h风冷 600℃空冷 4级
1100℃×120min 1100℃×120min 1000℃×2h水冷 650℃空冷 4.5级
1100℃×120min 1100℃×20min 980℃×3h油冷 700℃空冷 5级
1100℃×20min 1100℃×120min 950℃×1h水冷 720℃空冷 6级
由表1可知，对20Cr13材料采用本发明提供的制备方法得到的透平叶片的晶粒度均合格，最高达到6级。
实施例2
(1)处理坯料：将圆形坯料2Cr12NiMo1W1V加热处理后拍扁；
(2)锻造：将步骤(1)所得工件立放后加热锻造；
(3)热处理：将步骤(2)所得工件进行淬火和回火处理；
(4)按照ASTM E112(平均晶粒度测定的试验方法标准)的方法对得到的透平叶片的晶粒度进行测试，合格要求为好于4级，具体参数及结果见表2；
表2
制坯工艺 锻造工艺 淬火工艺 回火工艺 晶粒度
1150℃×20min 1150℃×20min 1050℃×1h水冷 650℃空冷 4级
1150℃×120min 1150℃×120min 1030℃×1h油冷 680℃空冷 4.5级
1150℃×20min 1150℃×120min 1010℃×2h风冷 700℃空冷 5级
1150℃×120min 1150℃×20min 990℃×3h油冷 720℃空冷 5.5级
由表2可知，对2Cr12NiMo1W1V材料采用本发明提供的制备方法得到的透平叶片的晶粒度均合格，最高达到5.5级。
实施例3
(1)处理坯料：将圆形坯料0Cr17Ni4Cu4Nb加热处理后拍扁；
(2)锻造：将步骤(1)所得工件立放后加热锻造；
(3)热处理：将步骤(2)所得工件进行淬火和回火处理；
(4)按照ASTM E112(平均晶粒度测定的试验方法标准)的方法对得到的透平叶片的晶粒度进行测试，合格要求为好于4级，具体参数及结果见表3；
表3
制坯工艺 锻造工艺 淬火工艺 回火工艺 晶粒度
1180℃×20min 1180℃×20min 1060℃×1h风冷 550℃空冷 4级
1180℃×120min 1180℃×120min 1040℃×3h水冷 580℃空冷 4.5级
1180℃×20min 1180℃×120min 1020℃×3h水冷 600℃空冷 5级
1180℃×120min 1180℃×20min 1000℃×2h油冷 620℃空冷 5.5级
由表3可知，对0Cr17Ni4Cu4Nb材料采用本发明提供的制备方法得到的透平叶片的晶粒度均合格，最高达到5.5级。
对比例1
与实施例1相比，除了不拍扁，其他条件与实施例1相同，结果见表4。
对比例2
与实施例2相比，除了坯料不拍扁，步骤(1)和步骤(2)的加热温度改为800℃外，其他条件与实施例2相同，结果见表4。
对比例3
与实施例3相比，除了坯料不拍扁，步骤(1)和步骤(2)的加热温度改为1300℃外，其他条件与实施例3相同，结果见表4。
对比例4
与实施例1相比，除了坯料不拍扁，步骤(3)的淬火温度改为800℃外，其他条件与实施例1相同，结果见表4。
对比例5
与实施例1相比，除了坯料不拍扁，步骤(3)的淬火温度改为1200℃外，其他条件与实施例1相同，结果见表4。
表4
由表4可知，对比例1-5不按照本发明提供的制备方法得到的透平叶片的晶粒度均不合格，低至2-3.5级。
综上所述，本发明提供的制备方法通过优化坯料设计，改进锻造方式，合理设置加热温度和热处理工艺参数，提高了不锈钢的锻造变形量，细化了透平叶片用不锈钢的晶粒度，实施例1-3中的透平叶片的晶粒度达到4-6级，避免了透平叶片因变形不足而导致的晶粒度不合格的问题。而对比例1-5不按照本发明提供的制备方法得到的透平叶片的晶粒度均不合格，低至2-3.5级。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种透平叶片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)处理坯料：将圆形坯料加热处理后拍扁；
(2)锻造：将步骤(1)所得工件立放后加热锻造；
(3)热处理：将步骤(2)所得工件进行淬火和回火处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述坯料为20Cr13、2Cr12NiMo1W1V或0Cr17Ni4Cu4Nb中的任一种。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的加热温度为1100-1180℃。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述加热的时间为20-120min。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述加热的温度为1100-1180℃。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述加热的时间为20-120min。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述淬火的温度为950-1060℃；
优选地，步骤(3)所述淬火的时间为1h-3h；
优选地，步骤(3)所述淬火的冷却方式为风冷、油冷或水冷中的任意一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述回火的温度为550-720℃；
优选地，步骤(3)所述回火的冷却方式为空冷。
9.根据权利要求1-8所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)处理坯料：将圆形坯料加热处理后拍扁，加热温度为1100-1180℃，加热的时间为20-120min，所述坯料为20Cr13、2Cr12NiMo1W1V或0Cr17Ni4Cu4Nb中任一种；
(2)锻造：将步骤(1)所得工件立放后加热锻造，加热温度为1100-1180℃，加热的时间为20-120min；
(3)热处理：将步骤(3)所得工件进行温度为950-1060℃、时间为1h-3h、的淬火处理和温度为550-720℃的回火处理；
所述淬火的冷却方式为风冷、油冷或水冷中的任意一种或至少两种的组合，所述回火的冷却方式为空冷。
10.一种如权利要求1-9所述方法制备得到的透平叶片。
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