CN103695826A - 大尺寸gh690镍基合金棒坯的细晶锻造方法 - Google Patents
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Abstract
一种大尺寸GH690镍基合金棒坯的细晶锻造方法，属于锻造技术领域。使用锭坯均匀化+分级锻造的复合工艺来制作GH690镍基合金细晶棒坯，能使所述锻造用棒坯的晶粒变得均匀细小，从而满足最终大尺寸合金锻件的细晶组织均匀性控制要求。在控制变形温度及各火次变形量的基础上，进行分级反复镦拔开坯，采用端部润滑和横向约束技术使锻件热镦成形，并快速冷却以消除变形热效应导致的晶粒粗化，最终得到碳化物均匀、晶粒细化的锻件组织。
Description
技术领域
本发明属于锻造技术领域，特别是涉及一种大尺寸GH690镍基合金棒坯的细晶锻造方法。
背景技术
GH690合金（国外对应牌号Inconel690）是一种Ni-Cr-Fe基耐蚀变形高温合金，其名义成分为（wt%）Ni-30Cr-10Fe。高含量的Cr使它在多种工况条件下具有优异的抗腐蚀性能，其不同产品形式尤其大尺寸合金锻件现已在核电、航天、舰船、石化和建材等领域获得广泛应用。随着核电等工业技术的发展，使役环境的日益苛刻，要求该合金锻件不仅应具有高抗腐蚀性能，还应具有更高的拉伸强度和疲劳性能。而GH690合金只含有微量的C（0.01～0.04wt%）和低含量的Al、Ti（≤0.5wt%）元素，析出强化相含量低，因此要求的高抗拉强度和疲劳性能应使大尺寸合金锻件具有均匀细晶粒组织(细晶强化)。然而，现有的锻造工艺一般是将钢锭未经均匀化处理直接锻造开坯成材，无反复镦拔过程，且锻造过程中加热温度偏高，火次变形量控制不严，使生产出来的该合金大尺寸锻件用中间坯（棒坯）的晶粒组织粗大，碳化物不均匀，导致最终锻件的均匀细晶组织控制困难，成材率低，使用性能不稳定从而阻碍了合金的进一步应用。随着既有应用的GH690合金锻件的需求快速增长，新发展的工业技术采用的更高性能的大尺寸GH690镍基合金锻件的需求将日益迫切，因此发明并稳定大尺寸GH690镍基合金锻件用棒坯的细晶锻造方法必将为我国核电等工业的长足发展提供十分重要的保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大尺寸GH690镍基合金棒坯的细晶锻造方法，使用锭坯均匀化+分级锻造的复合工艺来制作GH690镍基合金细晶棒坯，能使所述锻造用棒坯的晶粒变得均匀细小，从而满足最终大尺寸合金锻件的细晶组织均匀性控制要求。在控制变形温度及各火次变形量的基础上，进行分级反复镦拔开坯，采用端部润滑和横向约束技术使锻件热镦成形，并快速冷却以消除变形热效应导致的晶粒粗化，最终得到碳化物均匀、晶粒细化的锻件组织。具体工艺中控制的技术参数如下：
1、提供大尺寸GH690镍基合金钢锭（Φ550～600mm），将该钢锭在热处理炉中进行均匀化处理以初步消除Ti和C元素的偏析；
2、加热该钢锭，镦粗得到一次饼坯，再把该饼坯拔长得到二次棒材；
3、加热所述二次棒材，再镦粗得到二次饼坯，再把该饼坯拔长得到三次棒材；
4、加热所述三次棒材，再镦粗得到三次饼坯，再把该饼坯拔长得到四次棒材（中间坯棒材）；
5、加热所述四次棒材（中间坯棒材），通过初锻和终锻得到细晶棒坯。
在上述方法中，每火次（完成一次加热并锻造称为一火次）变形量≥30%（最大50%）。
步骤1中所述的钢锭优选通过真空感应+电渣重熔双联工艺得到。所述的均匀化条件为（范围，例如（1100-1200℃）×（10-36h），优选为1180℃×36h。
步骤2优选通过如下工艺实现：首先把GH690镍基合金钢锭在加热炉内加热到1130℃～1180℃，优选温度范围为1160～1180℃，然后在锻压机上把所述钢锭镦粗到原钢锭高度的1/3～1/2倍高度得到一次饼坯。再把该一次饼坯拔长变回到原钢锭高度的4/5～1倍高度得到二次棒材。
步骤3优选通过如下工艺实现：首先把步骤2所述的二次棒材在加热炉内加热到1130℃～1180℃，优选温度范围为1160～1180℃，然后在锻压机上把所述二次棒材再镦粗到该钢锭高度的1/3～1/2倍高度得到二次饼坯。再把所述的二次饼坯拔长变回到原钢锭高度的4/5～1倍高度得到三次棒材。
步骤4优选通过如下工艺实现：首先把所述的三次棒材在加热炉内加热到1130℃～1180℃，优选温度范围为1160～1180℃，然后在锻压机上把所述三次棒材再镦粗到该钢锭高度的1/3～1/2倍高度得到三次饼坯。再把所述的三次饼坯拔长变回到原钢锭的3/2～5/3倍高度得到四次棒材（中间坯棒材）。
步骤5优选通过如下工艺实现：首先把所述的四次棒材（中间坯棒材）在加热炉内加热到1050℃～1120℃，优选温度范围为1100℃～1120℃，进行初锻拔长到四次棒材（中间坯棒材）高度的3/2～2倍高度，然后在加热炉内加热到950℃～1080℃，优选温度范围为1000℃～1080℃，终锻拔长到四次棒材（中间坯棒材）高度的7/2～4倍高度得到细晶棒坯。
上述方法中，所述的镦粗和拔长操作均在锻压机上进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明所述的一种大尺寸GH690镍基合金棒坯的细晶锻造方法，采用锭坯均匀化+分级锻造的复合工艺，在控制变形温度及各火次变形量的基础上，进行分级反复镦拔开坯，并快速冷却以消除变形热效应导致的晶粒粗化，最终得到碳化物均匀、晶粒细化的锻件组织。这是一种适用于低析出强化相的镍基合金棒坯生产的新方法。
本发明的出现，使GH690镍基合金棒坯的晶粒变得均匀细小，从而满足最终大尺寸合金锻件的细晶组织均匀性控制要求。提高了成材率和组织的稳定性，因此发明并稳定大尺寸GH690镍基合金锻件用棒坯的细晶锻造方法必将为我国核电等工业的长足发展提供十分重要的保障。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是大尺寸GH690镍基合金棒坯的细晶锻造方法的工艺流程图。
图2是实施例1、2的大尺寸GH690镍基合金棒坯的取样示意图。
图3是实施例1的大尺寸GH690镍基合金棒坯的内部组织金相结构图。
图4是实施例2的大尺寸GH690镍基合金棒坯的内部组织金相结构图。
具体实施方式
实施本发明所述的大尺寸GH690镍基合金棒坯的细晶锻造方法，需要提供均匀化热处理炉、锻造加热炉、锻压机和电渣重熔后的GH690镍基合金原始钢锭。
图1示出了大尺寸GH690镍基合金棒坯的细晶锻造方法的工艺流程，具体实施例如下。
实施例1：
一种大尺寸GH690镍基合金棒坯的细晶锻造方法步骤如下：
步骤1：均匀化处理。将GH690镍基合金钢锭在热处理炉中加热到1180℃并且保温36小时。
步骤2：镦粗。把均匀化处理后的GH690镍基合金钢锭在加热炉内加热到1180℃，然后在锻压机上把所述钢锭镦粗到原钢锭高度的1/2倍高度得到一次饼坯。所述的一次饼坯在锻压机上进行拔长变回到原钢锭的高度得到二次棒材。
步骤3：把步骤2所述的二次棒材在加热炉内加热到1180℃，然后在锻压机上把所述二次棒材再镦粗到该钢锭高度的1/2倍高度得到二次饼坯。所述的二次饼坯在锻压机上进行拔长变回到原钢锭的高度得到三次棒材。
步骤4：把步骤3所述的三次棒材在加热炉内加热到1180℃，然后在锻压机上把所述三次棒材再镦粗到该钢锭高度的1/2倍高度得到三次饼坯。所述的三次饼坯在锻压机上进行拔长变回到原钢锭的3/2高度得到四次棒材（中间坯棒材）。
步骤5：所述的四次棒材（中间坯棒材）在加热炉内加热到1100℃，进行初锻拔长到中间坯棒材的9/5倍高度，然后在加热炉内加热到1050℃，终锻拔长到中间坯棒材的18/5倍高度得到细晶棒坯。
将得到的棒坯进行取样，取样方式如图2所示，取样位置：在L/4长度，r/2的位置取样（10×10×15mm），金相面与轴向平行，并与棒坯切向平行（径向垂直）。
对所取得的样片进行测试，其内部组织金相结构如图3所示（显微镜下放大100倍）。
结果表明：该棒坯的碳化物均匀，晶粒细小，晶粒度达美国ASTM标准6级，为最终生产出细晶组织均匀的大尺寸合金锻件提供了保障。
实施例2
一种大尺寸GH690镍基合金棒坯的细晶锻造方法步骤如下：
步骤1：将GH690镍基合金钢锭在热处理炉中加热到1180℃并且保温36小时。
步骤2：把均匀化处理后的GH690镍基合金钢锭在加热炉内加热到1160℃，然后在锻压机上把所述钢锭镦粗到原钢锭高度的2/5倍高度得到一次饼坯。再把所述的一次饼坯在锻压机上进行拔长变回到原钢锭的9/10倍高度得到二次棒材。
步骤3：把所述的二次棒材在加热炉内加热到1160℃，然后在锻压机上把所述二次棒材再镦粗到该钢锭高度的2/5倍高度得到二次饼坯。把所述的二次饼坯在锻压机上进行拔长变回到原钢锭的9/10倍高度得到三次棒材。
步骤4：把所述的三次棒材在加热炉内加热到1160℃，然后在锻压机上把所述三次棒材再镦粗到该钢锭高度的2/5倍高度得到三次饼坯。把所述的三次饼坯在锻压机上进行拔长变回到原钢锭的3/2倍高度得到四次棒材（中间坯棒材）。
步骤5：中间坯棒材拔长。把步骤7所述的四次棒材（中间坯棒材）在加热炉内加热到1100℃，进行初锻拔长到中间坯棒材的9/5倍高度，然后在加热炉内加热到1050℃，终锻拔长到中间坯棒材的18/5倍高度得到细晶棒坯。
将得到的棒坯进行取样，取样方式如图2所示，取样位置：在L/4长度，r/2的位置取样（10×10×15mm），金相面与轴向平行，并与棒坯切向平行（径向垂直）。
对所取得的样片进行测试，其内部组织金相结构如图4所示（显微镜下放大100倍）。
结果表明：该棒坯的碳化物均匀，晶粒细小，晶粒度达美国ASTM标准6级，为最终生产出细晶组织均匀的大尺寸合金锻件提供了保障。
Claims (5)
1.一种大尺寸GH690镍基合金棒坯的细晶锻造方法，其特征在于，工艺中控制的技术参数如下：
（1）将大尺寸GH690镍基合金钢锭在热处理炉中进行均匀化处理以消除Ti和C元素的偏析；大尺寸GH690镍基合金钢锭的尺寸为Φ550～600mm；
2）加热该钢锭，镦粗得到一次饼坯，再把该饼坯拔长得到二次棒材；
3）加热所述二次棒材，再镦粗得到二次饼坯，再把该饼坯拔长得到三次棒材；
4）加热所述三次棒材，再镦粗得到三次饼坯，再把该饼坯拔长得到中间坯棒材；
5）加热所述中间坯棒材，通过初锻和终锻得到细晶棒坯。
每火次变形量≥30%，最大50%。
2.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于：步骤（2）通过如下工艺实现：把GH690镍基合金钢锭在加热炉内加热到1130℃～1180℃,然后在锻压机上把所述钢锭镦粗到原钢锭高度的1/3～1/2倍高度得到一次饼坯。再把该一次饼坯拔长变回到原钢锭高度的4/5～1倍高度得到二次棒材。
3.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于：步骤（3）通过如下工艺实现：把步骤2所述的二次棒材在加热炉内加热到1130℃～1180℃，然后在锻压机上把所述二次棒材再镦粗到该钢锭高度的1/3～1/2倍高度得到二次饼坯；再把所述的二次饼坯拔长变回到原钢锭高度的4/5～1倍高度得到三次棒材。
4.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于：步骤（4）通过如下工艺实现：首先把所述的三次棒材在加热炉内加热到1130℃～1180℃，然后在锻压机上把所述三次棒材再镦粗到该钢锭高度的1/3～1/2倍高度得到三次饼坯；再把所述的三次饼坯拔长变回到原钢锭的3/2～5/3倍高度得到四次棒材。
5.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于：步骤（5）通过如下工艺实现：首先把所述的四次棒材在加热炉内加热到1050℃～1120℃，进行初锻拔长到四次棒材高度的3/2～2倍高度，然后在加热炉内加热到950℃～1080℃，终锻拔长到四次棒材高度的7/2～4倍高度得到细晶棒坯。
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