13Cr9Mo2Co1NiVNbNB鋼鍛件的制造方法
13Cr9Mo2Co1NiVNbNB鋼鍛件的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及鍛造工藝技術領域,具體地說,是一種新型鐵素體不銹鋼 (13Cr9Mo2ColNiVNbNB)鍛件的制造方法。
【背景技術】
[0002] co2排放引起的環(huán)境問題日益為全世界所關注,而采用和發(fā)展超臨界技術是目前 各國減少C02排放的一個重要的、行之有效的措施。提高蒸汽溫度可使汽輪機的效率得到 有效提升,降低煤耗和C02排放。歐洲和日本為采用和發(fā)展超臨界技術相繼開發(fā)出了620~ 630°C超超臨界耐熱鋼材料。我國現在也在設計、制造再熱蒸汽溫度為620°C的超超臨界汽 輪機組。這方面,更高的蒸汽參數對電站用鋼提出了更為苛刻的要求,只有獲得具有足夠蠕 變強度的合適的材料,如13Cr9M〇2C〇lNiVNbNB鐵素體不銹鋼,才能完成超超臨界汽輪機組 的設計與制造,實現效率增長。
[0003] 13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼屬含硼含氮鋼,其能耐620°C高溫、長時蠕變強度、具有良 好的抗氧化性能和工藝性能,能用于百萬等級超超臨界汽輪機組的重要零部件的生產和應 用。但是,13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼材的鋼種成分復雜、合金元素眾多、冶煉難度大,而且該材 料的裂紋傾向大,可焊性差,用其制造鍛件的方法不易掌握。
[0004] 我國之前沒有13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼材,對其鍛造和熱處理等生產制造工藝同 樣是幾乎不了解。而采用以前常規(guī)的生產制造工藝對13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼材進行生產 加工,造成鍛件晶粒度粗大,不僅無法保證鍛件內部的質量、鍛件組織的均勻性,而且也無 法滿足零部件應對長時間在高溫、氧化、高負荷、交變應力等惡劣環(huán)境中運行而需要的常溫 力學性能、金相組織、高溫抗拉、持久性等各項性能要求。在用13Cr9M〇2C〇lNiVNbNB鋼材制 造超超臨界汽輪機組零部件,如閥碟、閥座、閥桿的過程中,造成了大量無謂的浪費。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處,提供一種13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼鍛件的 制造方法,用此方法可使利用13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼材制造超超臨界汽輪機組零部件,如 閥碟、閥座、閥桿得以順利完成:13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠經充分鍛造變形、鍛后熱處理及 性能熱處理,使之鍛件能夠滿足超超臨界汽輪機組零部件技術規(guī)范的各項要求,且加工工 藝合理,鍛件合格率高,避免了之前無謂的浪費。
[0006] 為實現上述目的,本發(fā)明采取了以下技術方案。
[0007] 一種13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼鍛件的制造方法,其特征在于,包含以下步驟: (1) 原材料鋼徒檢驗 對采用的13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠進行原材料檢驗; (2) 鋼錠加熱 對13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠進行加熱,其處理步驟為: ①將鋼錠置于<600°C的加熱爐中保溫,保溫時間不少于2小時; ② 以彡50±10°C /小時的速度加熱,使鋼錠緩速加熱至900±20°C,加熱時間不少于6 小時; ③ 再以< 70±10°C /小時的速度加熱,使鋼錠緩速加熱至1160±20°C,加熱時間不少 于3. 8小時; ?在鋼錠達到1160±20°C后進行保溫,保溫時間不少于3. 5小時; 通過加熱處理使13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠達到所要求的始鍛溫度; (3) 鋼錠的開坯及下料 ① 將13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠加熱至奧氏體組織狀態(tài)進行鐓拔變形; ② 采用斬刀熱斬切的方法按鍛造工藝的規(guī)定對鋼錠進行下料; (4) 鍛造 ① 始鍛溫度為1160°C,終鍛溫度為850°C ;每次的加熱時間彡1小時; ② 對鍛坯進行2~3次鐓拔,使鍛造比達到工藝所需的彡3. 5 ; ③ 末二火次鍛造,采用末二火次對鍛坯進行分料,對各個截面預留多30%的變形量以 保證最后火次各截面的變形量; ?最后火次鍛造,將鍛坯溫度控制在1180°C并保證熱透; (5) 鍛后熱處理 對鍛坯進行退火熱處理,其步驟為: ① 將鍛件熱裝爐至650°C ± 10°C,保溫時間3~5小時; ② 升溫速度不限,升溫至860°C ± 10°C,均熱后,保溫3~4小時; ③ 打開爐門空冷至300°C ±10°C,保溫5~8小時; ④ 升溫速度不限,升溫至650°C ±10°C,保溫50小時; ⑤ 以< 50°C /小時的速度爐冷至400°C時,再以< 20°C /小時的速度爐冷至< 200°C 時,之后空冷至室溫; (6) 鍛件尺寸檢驗及標識 按鍛造工藝規(guī)定檢驗鍛件的各檔尺寸并對鍛件做標識; (7) -次粗加工及檢驗和標識 按一次粗加工工藝規(guī)定對鍛件進行車削加工,檢驗各檔尺寸并做標識; (8) 第一次超聲波探傷(UT) 對一次粗加工后的鍛件進行超聲波探傷,超聲波探傷按EN10308-3質量等級3的規(guī)定 進行; (9) 正回火熱處理 對一次粗加工后的鍛件進行正回火熱處理,其步驟為: ① 鍛件加熱至l〇〇〇°C ±20°C后,保溫彡6小時; ② 將鍛件空冷至室溫; ③ 將鍛件再重新加熱至700°C ±20°C,保溫8小時; ④ 然后將鍛件爐冷至室溫; 通過正回火熱處理可以得到細于6級以上的晶粒; (10) 力學性能熱處理 對正回火熱處理后的鍛件進行力學性能熱處理,其步驟為: ① 淬火,將鍛件加熱至1100°c ±20°C,保溫4小時; ② 然后將鍛件油冷至< 80°C ; ③ 一次回火,將鍛件加熱至570°C ±20°C,保溫4小時; ④ 然后將鍛件空冷至室溫; ⑤ 二次回火,將鍛件加熱至700°C ±20°C,保溫4小時; ⑥ 然后將鍛件空冷至室溫; (11) 二次粗加工及檢驗和標識 按二次粗加工工藝規(guī)定對鍛件進行車削加工,檢驗各檔尺寸并做標識; (12) 第二次超聲波探傷(UT) 對二次粗加工后的鍛件進行超聲波探傷,超聲波探傷按EN10308-3質量等級3的規(guī)定 進行; (13) 割取試樣 按二次粗加工工藝規(guī)定割取力學性能試樣; (14) 力學性能測試和金相組織檢查 ① 常溫力學性能測試:按粗加工圖的要求在指定部位割取試樣進行力學性能測試,測 試包括:屈服強度、抗拉強度、延伸率、收縮率、恰貝(V型缺口)沖擊功、硬度等; ② 高溫力學性能測試:測試高溫瞬時力學性能和高溫持久強度; ③ 金相組織檢查:檢查夾雜物和晶粒度; (15) 產品檢驗繳庫 檢驗合格后,廣品即告完成并繳庫。
[0008] 進一步,采用本發(fā)明的制造方法鍛造閥碟,在步驟(4)鍛造的過程中,閥碟的桿部 應采用拔長工序,閥碟的頭部應采用胎模進行局部鐓粗。
[0009] 進一步,采用本發(fā)明的制造方法鍛造閥座,在步驟(4)鍛造的過程中,應采用馬杠 擴孔工序,對閥座鍛坯各截面進行充分的鍛造變形,直至將閥座鍛坯鍛至設定的鍛件尺寸。
[0010] 本發(fā)明13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼鍛件的制造方法的積極效果是: (1)提供了利用13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼材制造超超臨界汽輪機組零部件,如閥碟、閥 座、閥桿的鍛造方法,且加工工藝合理,鍛件合格率高,避免了之前無謂的浪費。
[0011] (2)為我國設計、制造超超臨界汽輪機組做了基礎技術的儲備,其經濟效益非常明 顯〇
[0012] (3)有利于我國超超臨界汽輪機組的生產和應用,有利于我國0)2的減排。
[0013] (4 )有利于中國企業(yè)進入國際市場,提高中國產品在國際市場的競爭能力。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼鍛件的制造方法的流程框圖。
[0015] 圖2為步驟(2)鋼錠加熱的工藝規(guī)范圖。
[0016] 圖3為步驟(9)正回火熱處理的工藝圖。
[0017]圖4為步驟(10)力學性能熱處理的工藝圖。
[0018] 圖5為步驟(4)閥碟鍛件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 以下結合附圖給出本發(fā)明13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼鍛件的制造方法的具體實施方 式,但是應該指出,本發(fā)明的實施不限于以下的實施方式。
[0020] 實施例1 一種13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼鍛件的制造方法,包含以下步驟(參見圖1): (1)原材料鋼徒檢驗 對采用的13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠進行原材料檢驗,包括對化學成分的復驗和鋼錠 表面的檢查。
[0021] (2)鋼錠加熱(參見圖2) 對13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠進行加熱,其處理步驟為: ①將鋼錠置于< 600°C的加熱爐中保溫,保溫時間不少于2小時。
[0022] ②以彡50± 10°C /小時的速度加熱,使鋼錠緩速加熱至900±20°C,加熱時間不少 于6小時。
[0023] ③再以彡70±10°C /小時的速度加熱,使鋼錠緩速加熱至1160±20°C,加熱時間 不少于3. 8小時。
[0024] ④在鋼錠達到1160±20°C后進行保溫,保溫時間不少于3. 5小時。
[0025] 通過"鋼錠加熱"處理使13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠達到所要求的始鍛溫度。
[0026] (3)鋼錠的開坯及下料 ①將13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠加熱至奧氏體組織狀態(tài)進行鐓拔變形。
[0027] ②采用斬刀熱斬切的方法按鍛造工藝的規(guī)定對鋼錠進行下料。
[0028] (4)鍛造 ①始鍛溫度為1160°C,終鍛溫度為850°C;每次的加熱時間彡1小時。
[0029] ②對鍛坯進行2~3次鐓拔,使鍛造比達到工藝所需的彡3. 5。
[0030] ③末二火次鍛造,采用末二火次對鍛坯進行分料,對各個截面預留彡30%的變形 量以保證最后火次各截面的變形量。
[0031] ?最后火次鍛造,將鍛坯溫度控制在1180°C,可適當提高20°C并保證熱透。
[0032] 若是鍛造閥碟,閥碟的桿部應采用拔長工序,閥碟的頭部應采用胎模進行局部鐓 粗(參見圖5)。
[0033] 若是鍛造閥座,應采用馬杠擴孔工序,對閥座鍛坯各截面進行充分的鍛造變形,直 至將閥座鍛坯鍛至設定的鍛件尺寸。
[0034] (5)鍛后熱處理 對鍛坯進行退火熱處理,其步驟為: ①將鍛件熱裝爐至650°C ±10°C,保溫時間3~5小時。
[0035] ②升溫速度不限,升溫至860°C ± 10°C,均熱后,保溫3~4小時。
[0036] ③打開爐門空冷至300°C ±10°C,保溫5~8小時。