CN108356189B - 2507超级双相不锈钢铸坯的开坯锻造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种2507超级双相不锈钢铸坯的开坯锻造方法，属于双相不锈钢热加工技术领域，解决了小型钢锭开坯过程中的开裂问题，所述开坯锻造方法包括：步骤一、将铸造100kg～300kg的2507超级双相不锈钢铸坯装入炉中；步骤二、采用阶梯加热方式对2507超级双相不锈钢铸坯进行加热升温；步骤三、采用两火锻造对加热升温后的2507超级双相不锈钢铸坯进行开坯；所述两火锻造包括第一火锻造、回炉均温和第二火锻造；所述第一火锻造和第二火锻造的终锻温度均大于等于1050℃。本发明能够得到坯料表面质量优良的2507超级双相不锈钢钢坯。

Description

2507超级双相不锈钢铸坯的开坯锻造方法
技术领域
本发明涉及双相不锈钢热加工技术领域，尤其涉及一种2507超级双相不锈钢开坯锻造方法。
背景技术
2507超级双相不锈钢的PREN值大于40，具有优异的耐腐蚀性能，特别适合在严苛的氯离子腐蚀环境中使用，但由于2507双相不锈钢中合金含量高，N含量在1500～3500ppm之间，高温下组织中奥氏体和铁素体协调变形，热加工过程中容易发生表面开裂现象。目前，2507钢锭的重量一般为1.5吨以下，相对较大型的2507超级双相不锈钢钢锭如0.75～1.5吨钢锭，一般采用开坯轧制工艺，如专利号201310064533.1公开的“超级双相不锈钢钢锭热加工开坯的生产方法”，但该专利并不适用于小型钢锭，由于较大型的2507超级双相不锈钢钢锭与小型钢锭两者的尺寸、铸态组织均存在较大差异，设计思路不同，通常情况下，大型钢锭的生产方法无法应用于小型钢锭。
针对100kg～300kg的小型钢锭，目前主要是采用锻造工艺，但小型钢锭铸态枝晶组织发达，在开坯锻造过程中易出现开裂或裂纹现象。
发明内容
鉴于上述分析，本发明的目的在于，提供一种2507超级双相不锈钢铸坯的开坯锻造方法，以克服小型2507超级双相不锈钢铸坯在开坯锻造过程易出现裂纹或开裂技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用阶梯加热方式对100kg～300kg的2507超级双相不锈钢铸坯进行加热，即针对不同的温度区间，采用不同的加热速率进行加热，避免超级双相不锈钢中的σ脆性相析出引起加热时开裂；采用两火锻造工艺，破碎铸态组织，消除铸态组织缺陷，细化和均匀化两相组织，提高锻造材料的塑性。主要是通过以下技术方案实现：
一种2507超级双相不锈钢铸坯的开坯锻造方法，所述开坯锻造方法包括：
步骤一、将铸造100kg～300kg的2507超级双相不锈钢铸坯装入炉中；
步骤二、采用阶梯加热方式对2507超级双相不锈钢铸坯进行加热升温；
步骤三、采用两火锻造对加热升温后的2507超级双相不锈钢铸坯进行开坯；所述两火锻造包括第一火锻造、回炉均温和第二火锻造；
所述第一火锻造和第二火锻造的终锻温度均大于等于1050℃。
本发明有益效果如下：本发明在锻造开坯前，采用阶梯加热式对2507超级双相不锈钢铸坯进行加热，避免了超级双相不锈钢中σ脆性相析出。采用两火锻造，消除了小型锭型铸态组织影响，提高了钢的塑性，使得两相组织得以进一步均匀化。回炉加温消除第一火锻造的加工硬化，再一次均匀化奥氏体和铁素体，提高二火锻造的热塑性，降低开裂几率。两火锻造的终锻温度均大于等于1050℃，避开了脆性相析出的温度区间，两相比例接近(如40％～60％)，更容易变形。采用本发明，能够得到不同断面尺寸的2507超级双相不锈钢钢坯，该钢坯表面平整，无裂纹或开裂，质量优良，周期短，且成坯率高达95％以上。
在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：
进一步的，所述步骤二中，其加热升温过程为：
以62～65℃/h的升温速度，将入炉温度升温至800℃后第一次保温；再以200℃/h～300℃/h升温速度，从800℃升温至950℃；最后，以110℃/h～150℃/h的升温速度，从950℃升温至1150℃或1200℃后第二次保温。
采用上述进一步方案的有益效果是：本发明通过对加热速度和加热温度等工艺条件进行改进，即将整个加热处理，分成三个加热温度区，采用3种不同的升温速度，实行分段加热控制，一方面可以保证2507超级双相不锈钢铸坯内外受热均匀，避免过热，有利于减小后续提高加热速度引起热裂风险；另一方面，使钢锭快速通过该敏感温度区域，防止超级双相不锈钢中σ脆性相的析出导致开裂或裂纹；同时，细化和均匀化钢中的两相组织，保证两相(奥氏体和铁素体)组织均匀性，提高其塑性，从而避免奥氏体和铁素体的热加工变形的不同而发生各向异性并在相界处开裂。
进一步，步骤二中，所述入炉温度为500℃～600℃，这样可缩短加热周期，降低燃料消耗，且金属烧损少。
进一步，所述第一次保温时间为0.5～1.5小时，使得坯料内外受热更均匀，避免过热，有利于减小后续提高加热速度引起热裂问题。
进一步，步骤二中，800℃～950℃之间的升温速度为230℃/h～280℃。
进一步，步骤二中，950℃～1200℃或950℃～1150℃之间的升温速度为120℃/h～140℃/h。
进一步，步骤二中，所述第二次保温时间为2～3小时，进一步提高钢坯料中两相组织的均匀性。
进一步，步骤三中，所述第一火锻造的累计变形量为30％～50％；所述第二火锻造的累计变形量为50％～70％，这样有利于晶粒细化，从而提高超级双相不锈钢的塑性。
进一步，步骤三中，所述回炉均温(第一火锻造和第二火锻造之间的保温时间)的时间为1～2小时，一方面可避免保温时间短，不能保证第二火锻造的终锻温度；另一方面可防止保温时间过长，两相组织长大，造成两相塑性差异，引起第二火锻造时的开裂或裂纹。
进一步，步骤一前，所述开坯锻造方法还包括：
对2507双相不锈钢铸坯表面进行扒皮处理，以去除铸坯表面缺陷，防止表面缺陷在2507双相不锈钢后期锻造过程中进一步扩展、加重。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明的阶梯加热过程中的升温曲线示意图；
图2为实施例1的开坯锻造前和开坯锻造前后的2507双相不锈钢表面效果图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本实施例给出了一种2507超级双相不锈钢铸坯的开坯锻造方法，具体包括：
步骤一、将铸造100kg～300kg的2507超级双相不锈钢铸坯装入炉中。
本步骤中的入炉温度设定为500℃～600℃，这样一方面可以缩短加热周期，降低燃料消耗，另一方面降低金属烧损率。
步骤二、采用阶梯加热方式对2507超级双相不锈钢铸坯进行升温。
本步骤将整个加热过程，参考图1，分成三个加热温度区，采用3种不同的升温速度，实行分段控制，其加热升温过程具体为：
(1)以62～65℃/h的升温速度，将入炉温度升温至800℃后第一次保温。
这样可以保证2507超级双相不锈钢铸坯均匀受热，并使坯料内外温度更均匀，有利于减小后续提高加热速度引起热裂风险。
(2)再以200℃/h～300℃/h升温速度，从800℃升温至950℃。
我们经过多次反复试验，发现超级双相不锈钢铸坯在开坯锻造过程中，存在σ脆性相相对析出较为集中的敏感温度区域，而该σ脆性相的析出容易导致加热过程出现开裂或裂纹。因此，为了防止加热过程中析出σ脆性相，以降低σ脆性相的析出造成的开裂或出现裂纹的风险，就必须保证钢锭能够快速通过该敏感温度区域。当将该敏感温度区域内的升温速度控制在200℃/h～300℃/h范围时，就能保证钢锭快速通过该敏感温度区域，避免σ脆性相的析出，从而降低σ脆性相的析出造成的开裂或出现裂纹的风险。同时，本实施例的升温速率优选为230℃/h～280℃，这样可以保证升温速度平滑过渡，避免加热速率过高，两相组织受热不均，增大奥氏体和铁素体的变形行为而引起的热裂风险；过低，不能保证快速通过σ脆性相析出敏感温度区域。
(3)最后，以110℃/h～150℃/h的升温速度，从950℃升温至1150℃或者1200℃后第二次保温。
为了保证两相(奥氏体和铁素体)组织均匀性，适当降低加热速度并保温一定的时间，可以避免奥氏体和铁素体的热加工变形的不同而发生各向异性并在相界处开裂。其加热速度可根据钢锭锭型大小进行限定。针对100kg～300kg的小型钢锭，将950℃～1150℃或950℃～1200℃之间的升温速度调整为110℃/h～150℃/h，优选为120℃/h～140℃/h，可进一步均匀化两相组织。
步骤三、采用两火锻造对加热升温后的2507超级双相不锈钢铸坯进行开坯，包括第一火锻造、回炉均温和第二火锻造；第一火锻造和第二火锻造的终锻温度均大于等于1050℃。
通过第一火锻造可破碎铸态组织，消除铸态组织的影响，为第二火锻造时充分发挥双相钢的塑性提供条件；回炉加温使得晶粒在不长大的情况下，消除第一火锻造的加工硬化，提高二火锻造的热塑性，降低开裂几率；通过第二火锻造，可细化和均匀化钢中的奥氏体+铁素体组织，实现锻造开坯成型，获得不同断面尺寸的钢坯。控制终锻温度，可防止终锻温度过低出现脆性相，降低钢坯材料的塑性，出现裂纹或开裂。
考虑到第一火锻造和第二火锻造之间的回炉均温的时间，如过短，无法保证第二火锻造的终锻温度大于等于1050℃；过长，两相组织长大，两相塑性差异也容易引起第二火锻造时开裂或出现裂纹，从而降低产品的成品率，增加了生产成本。因此，针对小型钢锭，特别是100kg～300kg的小型钢锭，本实施例中的回炉均温的时间优选为1～2小时。
锻造开坯时，为了保证超级双相不锈钢的锻造质量，本实施例的第一火锻造的累计变形量控制在30％～50％，第二火锻造的累计变形量控制在50％～70％。
为了保证开坯后的2507双相不锈钢表面质量，回炉均温和第二火锻造的过程可重复多次，优选为3～4次。
实施例1：
(1)将铸造100kg的2507双相不锈钢铸坯表面扒皮，去除铸坯表面缺陷；
(2)500℃装炉后，以62℃/h升温速度，将装炉后的坯料从500℃加热升温至800℃后保温1小时；
(3)再以300℃/h升温速度，将坯料从800℃加热升温至950℃；
(4)最后，以150℃/h升温速度，将坯料从950℃加热升温至1200℃后保温2小时；
(5)锻造开坯，第一火锻造累计变形量50％，终锻温度1100℃；
(6)根据料型尺寸，回炉均温1小时；
(7)第二火锻造累计变形量50％，终锻温度1050℃。
本实施开坯锻造后的2507双相不锈钢表面平整，无裂纹和开裂现象，表面质量优良，成坯率为96％，参考图2。
实施例2：
(1)将铸造300kg的2507双相不锈钢铸坯表面扒皮，去除铸坯表面缺陷；
(2)600℃装炉后，以62℃/h升温速度，将装炉后的坯料从500℃加热升温至800℃后保温0.5小时；
(3)再以200℃/h升温速度，将坯料从800℃加热升温至950℃；
(4)最后，以110℃/h升温速度，将坯料从950℃加热升温至1200℃后保温3小时；
(5)锻造开坯，第一火锻造累计变形量45％，终锻温度1150℃；
(6)根据料型尺寸，回炉均温不超过1小时；
(7)第二火锻造累计变形量55％，终锻温度1080℃。
本实施开坯锻造后的2507双相不锈钢表面平整，无裂纹和开裂现象，表面质量优良，成坯率为95％。
实施例3：
(1)将铸造200kg的2507双相不锈钢铸坯表面扒皮，去除铸坯表面缺陷；
(2)550℃装炉后，以64℃/h升温速度，将装炉后的坯料从500℃加热升温至800℃后保温1.5小时；
(3)再以250℃/h升温速度，将坯料从800℃加热升温至950℃；
(4)最后，以130℃/h升温速度，将坯料从950℃加热升温至1200℃后保温2.5小时；
(5)锻造开坯，第一火锻造累计变形量35％，终锻温度1130℃；
(6)根据料型尺寸，回炉均温1小时；
(7)第二火锻造累计变形量65％，终锻温度1060℃。
本实施开坯锻造后的2507双相不锈钢表面平整，无裂纹和开裂现象，表面质量优良，成坯率为96.5％。
实施例4：
(1)将铸造250kg的2507双相不锈钢铸坯表面扒皮，去除铸坯表面缺陷；
(2)520℃装炉后，以63℃/h升温速度，将装炉后的坯料从500℃加热升温至800℃后保温0.8小时；
(3)再以230℃/h升温速度，将坯料从800℃加热升温至950℃；
(4)最后，以140℃/h升温速度，将坯料从950℃加热升温至1200℃后保温2.4小时；
(5)锻造开坯，第一火锻造累计变形量30％，终锻温度1120℃；
(6)回炉均温1.5小时；
(7)第二火锻造累计变形量70％，终锻温度1100℃。
本实施开坯锻造后的2507双相不锈钢表面平整，无裂纹和开裂现象，表面质量优良，成坯率为96.5％。
实施例5：
(1)将铸造280kg的2507双相不锈钢铸坯表面扒皮，去除铸坯表面缺陷；
(2)580℃装炉后，以65℃/h升温速度，将装炉后的坯料从500℃加热升温至800℃后保温1.2小时；
(3)再以270℃/h升温速度，将坯料从800℃加热升温至950℃；
(4)最后，以135℃/h升温速度，将坯料从950℃加热升温至1200℃后保温2.5小时；
(5)锻造开坯，第一火锻造累计变形量40％，终锻温度不低于1050℃；
(6)根据料型尺寸，回炉均温2小时；
(7)第二火锻造累计变形量60％，终锻温度不低于1080℃。
本实施开坯锻造后的2507双相不锈钢表面平整，无裂纹和开裂现象，表面质量优良，成坯率为96％。
实施例6：
(1)将铸造260kg的2507双相不锈钢铸坯表面扒皮，去除铸坯表面缺陷；
(2)560℃装炉后，以62℃/h升温速度，将装炉后的坯料从500℃加热升温至800℃后保温1小时；
(3)再以260℃/h升温速度，将坯料从800℃加热升温至950℃；
(4)最后，以145℃/h升温速度，将坯料从950℃加热升温至1200℃后保温2小时；
(5)锻造开坯，第一火锻造累计变形量30％，终锻温度1120℃；
(6)回炉均温1.5小时；
(7)第二火锻造累计变形量70％，终锻温度1100℃。
本实施开坯锻造后的2507双相不锈钢表面平整，无裂纹和开裂现象，表面质量优良，成坯率为95.3％。
实施例7：
(1)将铸造240kg的2507双相不锈钢铸坯表面扒皮，去除铸坯表面缺陷；
(2)570℃装炉后，以62℃/h升温速度，将装炉后的坯料从500℃加热升温至800℃后保温1小时；
(3)再以290℃/h升温速度，将坯料从800℃加热升温至950℃；
(4)最后，以140℃/h升温速度，将坯料从950℃加热升温至1200℃后保温3小时；
(5)锻造开坯，第一火锻造累计变形量40％，终锻温度不低于1100℃；
(6)根据料型尺寸，回炉均温2小时；
(7)第二火锻造累计变形量60％，终锻温度不低于1050℃。
本实施开坯锻造后的2507双相不锈钢表面平整，无裂纹和开裂现象，表面质量优良，成坯率为95.8％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种2507超级双相不锈钢铸坯的开坯锻造方法，其特征在于，所述开坯锻造方法包括：
步骤一、将100kg～300kg的2507超级双相不锈钢铸坯装入炉中；
步骤二、采用阶梯加热方式对2507超级双相不锈钢铸坯进行加热升温；
加热升温过程为：以62～65℃/h的升温速度，将入炉温度升温至800℃后第一次保温；再以200℃/h～300℃/h升温速度，从800℃升温至950℃；最后，以110℃/h～150℃/h的升温速度，从950℃升温至1150℃或1200℃后第二次保温；
步骤三、采用两火锻造对加热升温后的2507超级双相不锈钢铸坯进行开坯；所述两火锻造包括第一火锻造、回炉均温和第二火锻造；
所述第一次保温时间为0.5～1.5小时，所述第二次保温时间为2～3小时；
所述第一火锻造的累计变形量为30％～50％；所述第二火锻造的累计变形量为50％～70％；
所述第一火锻造和第二火锻造的终锻温度均大于等于1050℃。
2.根据权利要求1所述的开坯锻造方法，其特征在于，步骤二中，所述入炉温度为500℃～600℃。
3.根据权利要求2所述的开坯锻造方法，其特征在于，步骤二中，800℃～950℃之间的升温速度为230℃/h～280℃/h。
4.根据权利要求3所述的开坯锻造方法，其特征在于，步骤二中，950℃～1150℃或950℃～1200℃之间的升温速度为120℃/h～140℃/h。
5.根据权利要求2所述的开坯锻造方法，其特征在于，步骤三中，所述回炉均温的时间为1～2小时。
6.根据权利要求5所述的开坯锻造方法，其特征在于，步骤一之前，所述开坯锻造方法还包括：
对2507双相不锈钢铸坯表面进行扒皮处理。
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