提高耐熱合金厚壁擠壓管徑向組織均勻性的方法
【專利摘要】一種提高耐熱合金厚壁擠壓管徑向組織均勻性的方法，屬于耐熱合金管熱加工【技術(shù)領(lǐng)域】。工藝為：管坯尺寸規(guī)格為外徑Ф450mm～Ф1145mm、內(nèi)徑Ф150～Ф350mm，管坯裝爐前表面涂一層防護涂料，裝爐溫度500℃～700℃，保溫使內(nèi)外溫度一致，以10～50℃的加熱速率加熱至800～1000℃，保溫1～4h，然后利用低頻或中頻電磁感應爐加熱至擠壓溫度，擠壓溫度范圍為1180～1250℃，使電磁透入深度為管坯厚度的2/5～1/2，并且徑向溫差10～60℃。擠壓速度20mm/s～150mm/s，并保證最終擠壓溫度高于1000～1050℃。坯料外表面噴涂玻璃粉，粒度：80～150目，玻璃膜厚度0.2～0.5mm，再包覆一層保溫棉；坯料內(nèi)表面玻璃粉粒度：60～120目，擠壓芯棒包裹一層玻璃潤滑布；坯料與模具之間加墊玻璃墊，玻璃墊厚度20～100mm，擠壓后水淬冷卻。顯著提高了壁厚為30～100mm擠壓管徑向組織均勻性。
【專利說明】提高耐熱合金厚壁擠壓管徑向組織均勻性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于耐熱合金管的熱加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種提高耐熱合金厚壁擠壓管徑向組織均勻性的方法，提高了耐熱合金壁厚30~IOOmm擠壓管徑向組織均勻性，尤其適用于700°C蒸汽參數(shù)超超臨界火電機組相關(guān)管道制造。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著霧霾天氣逐漸增多，我國面臨的環(huán)保壓力越來越大。燃煤火電站是排污大戶，進一步提高蒸汽參數(shù)以降低煤耗、減少污染物排放是未來燃煤火電機組的發(fā)展方向。耐熱材料是制約燃煤火電機組向更高參數(shù)發(fā)展的最主要“瓶頸”問題，而耐熱合金已成為700°C超超臨界火電機組高溫段相關(guān)管道的首選材料。耐熱合金變形特點主要有:1)工藝塑性低，熱加工溫度窗口窄；2)變形抗力高；3)沒有多晶轉(zhuǎn)變和相的重結(jié)晶，而有較高的再結(jié)晶溫度。因此，耐熱合金管的制造比傳統(tǒng)的耐熱鋼管(如P91/92)的制造要困難的多。[0003]目前，我國生產(chǎn)大口徑厚壁鋼管主要采用垂直熱擠壓方法，其優(yōu)勢明顯，詳見專利CN101706019B。耐熱合金大口徑厚壁管的生產(chǎn)制備也采用此方法，合金管規(guī)格為Φ273~Φ500πιπι，壁厚30~100mm，但目前中國還沒有制備大口徑厚壁耐熱合金管的相關(guān)經(jīng)驗。熱擠壓過程是制備大口徑厚壁管工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括擠壓前的加熱、擠壓過程保溫與潤滑、擠壓過程工藝參數(shù)控制及擠壓后的冷卻。常規(guī)熱擠壓加熱采用均溫擠壓，即管坯出爐時內(nèi)、外表面溫度均勻一致；玻璃潤滑劑選擇只考慮擠壓溫度范圍，沒有考慮擠壓溫升及擠壓速度對玻璃潤滑劑粘度的影響；擠壓后常采用空冷，未考慮厚壁管空冷時的靜態(tài)再結(jié)晶及晶粒長大現(xiàn)象。因此，采用垂直熱擠壓常規(guī)方法生產(chǎn)的大口徑厚壁管的內(nèi)、外表面組織和性能存在較顯著的不均勻性。擠壓管的壁厚越厚，其徑向組織不均勻性越明顯。
[0004]鎳基耐熱合金是低層錯能材料，熱加工變形時主要發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，溫度和摩擦是影響動態(tài)再結(jié)晶的主要因素。熱擠壓時，管坯外表面與擠壓筒接觸，即使進行保溫處理，管坯內(nèi)表面由于擠壓變形出現(xiàn)溫升現(xiàn)象，溫升范圍10°c~100°C左右，會造成熱擠壓時管坯內(nèi)、外表面的溫度差異，導致金屬流動不均勻；另外，擠壓筒與管坯外表面之間、管坯內(nèi)表面與擠壓芯棒之間，特別管坯與模具之間的摩擦都顯著影響著金屬流動均勻性，進而影響內(nèi)、外表面的動態(tài)再結(jié)晶，使得擠壓管內(nèi)表面發(fā)生完全動態(tài)再結(jié)晶，外表面則發(fā)生局部動態(tài)再結(jié)晶。完全再結(jié)晶的晶粒細小、均勻，而局部再結(jié)晶的晶粒呈“項鏈狀”分布，大小很不均勻。通常大口徑厚壁管擠壓后進行空冷，管外表面與空氣直接接觸冷卻較快，“項鏈狀”的不均勻晶粒被保留下來，見圖1 ;內(nèi)表面和1/2壁厚處溫度降低緩慢，高溫下發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶和晶粒長大，特別1/2壁厚處，晶粒長大明顯，因此內(nèi)表面與1/2壁厚處的組織又呈現(xiàn)出不均勻并導致成品管性能的不均勻性，分別如圖2和圖3。這一問題給未來700°C蒸汽參數(shù)燃煤火電站服役運行帶來很大的不安全性，目前還沒有很好的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明目的在于提供一種提高耐熱合金厚壁擠壓管徑向組織均勻性的方法，克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不安全等缺陷，解決了壁厚30~IOOmm擠壓管徑向組織不均勻的問題。
[0006]本發(fā)明的工藝包括管坯加熱、擠壓速度與潤滑效果組配以及擠壓管的冷卻；工藝中控制的技術(shù)參數(shù)如下:
[0007](I)管還加熱:所述的空心管還規(guī)格為外徑Φ450ι?πι~Φ 1145mm、內(nèi)徑Φ150~Φ350_，管坯裝爐前用刷子在其表面涂一層防氧化涂料，裝爐溫度500°C~700°C，保溫使內(nèi)外溫度一致，以10~50°C /h的加熱速率在低溫預熱爐中加熱至800~1000°C，保溫I~4h，然后利用低頻或中頻電磁感應爐以20~80°C /h的加熱速率加熱至擠壓溫度，擠壓溫度范圍為1180~1250°C，調(diào)節(jié)不同的頻率，使電磁透入深度為管坯厚度的2/5~1/2，且徑向溫度差10~60°C。
[0008]根據(jù)理論與實踐，電流透入深度和頻率的選擇滿足下式:
[0009]y=591Xf_0.5-C(I)
[0010]式中:y為電流透入深度，mm ;f為電磁場交變頻率，Hz ；C為常數(shù)，取2~10，頻率越大，C取值越小。
[0011]本發(fā)明實現(xiàn)徑向溫差最短加熱時間滿足下式:#
【權(quán)利要求】
1.一種提高耐熱合金厚壁擠壓管徑向組織均勻性的方法，工藝包括管坯加熱、擠壓速度與潤滑效果組配以及擠壓管的冷卻，其特征在于:工藝中控制的技術(shù)參數(shù)如下: (1)管還加熱:所述的空心管還規(guī)格為外徑Φ450mm~Φ1145mm、內(nèi)徑Φ 150~Φ350_，管坯裝爐前用刷子在其表面涂一層防氧化涂料，裝爐溫度500°C~700°C，保溫使內(nèi)外溫度一致，以10~50°C /h的加熱速率在低溫預熱爐中加熱至800~1000°C，保溫I~4h，然后利用低頻或中頻電磁感應爐以20~80°C /h的加熱速率加熱至擠壓溫度，擠壓溫度范圍為1180~1250°C，調(diào)節(jié)不同的頻率，使電磁透入深度為管坯厚度的2/5~1/2，且徑向溫度差10~60°C ; 電流透入深度和頻率的選擇滿足下式: y=591Χ °.5-C(I) 式中:y為電流透入深度，單位:mm ;f為電磁場交變頻率，Hz ；C為常數(shù)，取2~10 ； 徑向溫差加熱時間滿足下式..#
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，所述的耐熱合金擠壓管的壁厚為30~IOOmm0
【文檔編號】C22F1/10GK103938134SQ201410175715
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】劉正東, 陳正宗, 包漢生, 楊鋼, 干勇 申請人:鋼鐵研究總院