CN104372149B - 一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，通过三个阶段的加热和保温过程，分阶段加热可以使钢锭内外温度均匀、减小温差，还可以减小最后始锻温度保温时间，防止晶粒长大。通过两个锻造阶段，先快速墩粗，再精锻，快速鐓粗可以让铸态组织来不及塑形变形，直接以破碎的形式来吸收能量，精锻过程可以使析出的第二相破碎，使第二相弥散分布，从而细化晶粒提高马氏体耐热钢冲击性能。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工领域，尤其涉及一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法。
背景技术
马氏体耐热钢是一种具有热强性耐热钢，其中Cr含量较高，通常含铬量为9-13%，可以通过弥散强化机理假如第二相获得蠕变强度高的马氏体耐热钢，少量的镍、钼、钒等合金元素来进行合金化处理，铬、硅主要提高钢的抗氧化性，而镍、钼、钨、钒、锰等则用以提高钢的高温强度。因此，马氏体耐热钢具有高的蠕变强度、耐蚀性和热强性，是火力发电厂设备制造的主要材料。马氏体耐热钢在火力发电厂中的应用比较普遍，一般多用于主蒸汽、高压旁路、再热蒸汽热段、导汽管等高温蒸汽管道和锅炉本体过热器、再热器、连通管等部件，汽轮机叶片也大多采用马氏体耐热钢。
发明内容
本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，通过该锻造方法能有效降低马氏体耐热钢晶粒度、使钢中第二相弥散分布，进而提高马氏体耐热钢冲击性能。
本发明所采用的技术方案如下：
一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法,使用模铸钢锭，包括以下步骤：
锻前加热过程，第一加热阶段，从室温升温至500-700℃，保温3-4h；第二加热阶段，从所述第一加热阶段终点温度升温至800-950℃，保温3-5h；第三加热阶段，从所述第二加热阶段终点温度升温至1150-1200℃，保温4-6h；
锻造过程，锻前加热过程结束后立刻进行锻造过程，所述锻造过程包括，第一锻造阶段，竖起钢锭快速鐓粗，形变速率为20mm/s-30mm/s；第二锻造阶段，控制在920℃以上，进行锻打，形变速率为20mm/s-25mm/s。
其进一步技术方案在于：
所述锻前加热过程还包括第四加热阶段，所述第四加热阶段为，从所述第三加热阶段终点温度升温至1200-1220℃，保温半小时；
在所述第一锻造阶段前还包括锻前处理过程，所述锻前处理过程包括：轻压钢锭的冒口端，锻合冒口端的缩松缩孔，接着轻压钢锭菱角和整个钢锭表面，滚圆平整钢锭表面；
在所述锻前处理过程，还包括热切冒口的步骤；
所述第一锻造阶段还包括，在竖起钢锭快速鐓粗之前，将冒口放入漏盘中，保护冒口不被鐓粗；
在所述锻造过程，通过夹持冒口来对钢锭进行固定；
还包括在所述第二锻造阶段后进行第三锻造阶段，将温度控制在850-920℃，进行锻造，形变量为20-30mm，形变速率为5-10mm/s。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明的提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，通过三个阶段的加热和保温过程，分阶段加热可以使钢锭内外温度均匀、减小温差，还可以减小最后始锻温度保温时间，防止晶粒长大。通过两个锻造阶段，先快速墩粗，再精锻，快速鐓粗可以让铸态组织来不及塑形变形，直接以破碎的形式来吸收能量，精锻过程可以使析出的第二相破碎，使第二相弥散分布，从而细化晶粒提高马氏体耐热钢冲击性能。
（2）本发明的提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，通过第四加热阶段，将温度升温至1200-1220℃，保温半小时。使得在锻造之前钢锭表面温度升高，可以抵消锻造过程中钢锭表面的温降，保证锻造过程中钢锭的温度。
（3）本发明的提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，通过在第一锻造阶段前进行锻前处理过程，通过轻压钢锭的冒口端，锻合冒口端的缩松缩孔，接着轻压钢锭菱角和整个钢锭表面，滚圆平整钢锭表面。从而一方面可以倒棱，防止后续工序中棱角部位冷却速度过快快而出现裂纹，还可以锻合钢锭的缺陷，使钢锭表面无明显缺陷，防止后面快速鐓粗时缩松缩孔处出现裂纹。充分利用了钢锭材料，提高了锻造质量，并且而提供了马氏体耐热钢的冲击性能。
（4）本发明的提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，通过在第一锻造阶段进行前热切冒口，由于冒口处是缺陷集中的区域，通过切除冒口，可防止冒口处的缺陷对锻造后的钢锭产生影响。
（5）本发明的提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，在竖起钢锭快速鐓粗之前，将冒口放入漏盘中，保护冒口不被鐓粗，此时不切冒口，而是将冒口置于漏盘中进行保护，使冒口不在墩粗时将缺陷带入到钢锭本体中。
（6）本发明的提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，在不切冒口的情况下，在锻造过程中，通过夹持冒口来对钢锭进行固定。由于钢锭在锻造过程中通过金属材料夹持工件来进行固定，因此钢锭在与夹持工件接触的部位，钢锭与夹持工件发生热传递而导致温度下降，通过夹持冒口可避免钢锭本体与夹持工件接触而发生温降，保证了钢锭温度均匀，有利于精确控制锻造温度，从而保证整个钢锭的组织均匀。本领域的一般的技术人员认为，冒口的存在不利于锻造质量的提高，因为冒口处常常存在大量铸造缺陷，而在本发明中，将冒口放置漏盘中保护起来，进而通过夹持冒口处来避免钢锭与夹持工件发生热传递而导致温度下降，从而提高锻造质量。
（7）本发明的提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，在所述第二锻造阶段后进行第三锻造阶段，将温度控制在850-920℃，进行锻造，形变量为20-30mm，形变速率为5-10mm/s。通过在第二锻造阶段留下20-30mm的锻造余量，并在850-920℃的温度下进行小变形量锻打，一方面可以锻件表面比较光整，另一方面，在较低温度下锻打，有利于增加锻件性能再结晶趋势减弱，细化晶粒，而且在该温度下锻件本体开始析出第二相，锻打可以使析出的第二相破碎，减小第二相尺寸，防止第二相聚集，使第二相弥散分布又进一步细化晶粒，提高马氏体耐热钢冲击性能。
附图说明
图1是本发明鐓粗前的钢坯示意图。
图2是本发明鐓粗后的钢坯示意图。
1、漏盘；2、钢锭。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
表1：实施例1-9及对比例中马氏体耐热钢的成分以及对比例中马氏体耐热钢的成分（wt.%）。
表1：
实施例1
本实施例为一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，使用模铸钢锭，钢的成分如表1所示。
包括以下步骤：
锻前加热过程，第一加热阶段，从室温升温至500℃，保温3h；第二加热阶段，从所述第一加热阶段终点温度升温至800℃，保温3h；第三加热阶段，从所述第二加热阶段终点温度升温至1150℃，保温4h；
锻造过程，第一锻造阶段，竖起钢锭快速鐓粗，鐓粗过程如图1、2所示，形变速率为20mm/s；第二锻造阶段，控制在920℃以上，进行锻打，形变速率为20mm/s。
实施例2
本实施例为一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，使用模铸钢锭，钢的成分如表1所示。
包括以下步骤：
锻前加热过程，第一加热阶段，从室温升温至700℃，保温4h；第二加热阶段，从所述第一加热阶段终点温度升温至950℃，保5h；第三加热阶段，从所述第二加热阶段终点温度升温至1200℃，保温6h；
锻造过程，锻前加热过程结束后立刻进行锻造过程，所述锻造过程包括,第一锻造阶段，竖起钢锭快速鐓粗，形变速率为30mm/s；第二锻造阶段，控制在920℃以上，进行锻打，形变速率为25mm/s。
实施例3
本实施例为一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，使用模铸钢锭，钢的成分如表1所示。
包括以下步骤：
锻前加热过程，第一加热阶段，从室温升温至600℃，保温3.5h；第二加热阶段，从所述第一加热阶段终点温度升温至900℃，保温4h；第三加热阶段，从所述第二加热阶段终点温度升温1200℃，保温5h；第四加热阶段，所述第四加热阶段为，从所述第三加热阶段终点温度升温至1210℃，保温半小时。
锻造过程，锻前加热过程结束后立刻进行锻造过程，所述锻造过程包括,第一锻造阶段，竖起钢锭快速鐓粗，形变速率为25mm/s；第二锻造阶段，控制在930℃，进行锻打，形变速率为22mm/s。
实施例4
本实施例为一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，使用模铸钢锭，钢的成分如表1所示。
包括以下步骤：
锻前加热过程，第一加热阶段，从室温升温至550℃，保温3.5h；第二加热阶段，从所述第一加热阶段终点温度升温至850℃，保温4.5h；第三加热阶段，从所述第二加热阶段终点温度升温至1180℃，保温4.5h；第四加热阶段，所述第四加热阶段为，从所述第三加热阶段终点温度升温至1210℃，保温半小时。
锻前处理过程，所述锻前处理过程包括：轻压钢锭的冒口端，锻合冒口端的缩松缩孔，接着轻压钢锭菱角和整个钢锭表面，滚圆平整钢锭表面。
锻造过程，锻前加热过程结束后立刻进行锻造过程，所述锻造过程包括,第一锻造阶段，竖起钢锭快速鐓粗，形变速率为20mm/s；第二锻造阶段，控制在950℃进行锻打，形变速率为25mm/s。
实施例5
本实施例为一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，使用模铸钢锭，钢的成分如表1所示。
包括以下步骤：
锻前加热过程，第一加热阶段，从室温升温至690℃，保温4h；第二加热阶段，从所述第一加热阶段终点温度升温至930℃，保温4.8h；第三加热阶段，从所述第二加热阶段终点温度升温至1160℃，保温5.5h；第四加热阶段，所述第四加热阶段为，从所述第三加热阶段终点温度升温至1210℃，保温半小时。
锻前处理过程，所述锻前处理过程包括：轻压钢锭的冒口端，锻合冒口端的缩松缩孔，接着轻压钢锭菱角和整个钢锭表面，滚圆平整钢锭表面，热切冒口。
锻造过程，锻前加热过程结束后立刻进行锻造过程，所述锻造过程包括,第一锻造阶段，竖起钢锭快速鐓粗，形变速率为25mm/s；第二锻造阶段，控制在940℃，进行锻打，形变速率为25mm/s。
实施例6
本实施例为一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，使用模铸钢锭，钢的成分如表1所示。
包括以下步骤：
锻前加热过程，第一加热阶段，从室温升温至650℃，保温3.4h；第二加热阶段，从所述第一加热阶段终点温度升温至920℃，保温3.6h；第三加热阶段，从所述第二加热阶段终点温度升温至1190℃，保温5.5h；第四加热阶段，所述第四加热阶段为，从所述第三加热阶段终点温度升温至1220℃，保温半小时。
锻前处理过程，所述锻前处理过程包括：轻压钢锭的冒口端，锻合冒口端的缩松缩孔，接着轻压钢锭菱角和整个钢锭表面，滚圆平整钢锭表面。
锻造过程，锻前加热过程结束后立刻进行锻造过程，所述锻造过程包括,第一锻造阶段，将冒口放入漏盘中，保护冒口不被鐓粗，竖起钢锭快速鐓粗，形变速率为30mm/s；第二锻造阶段，通过夹持冒口来对钢锭进行固定，将钢锭控制在970℃进行锻打，形变速率为25mm/s。
实施例7
本实施例为一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，使用模铸钢锭，钢的成分如表1所示。
包括以下步骤：
锻前加热过程，第一加热阶段，从室温升温至580℃，保温4h；第二加热阶段，从所述第一加热阶段终点温度升温至920℃，保温4.2h；第三加热阶段，从所述第二加热阶段终点温度升温至1170℃，保温6h；第四加热阶段，所述第四加热阶段为，从所述第三加热阶段终点温度升温至1220℃，保温半小时。
锻前处理过程，所述锻前处理过程包括：轻压钢锭的冒口端，锻合冒口端的缩松缩孔，接着轻压钢锭菱角和整个钢锭表面，滚圆平整钢锭表面。
锻造过程，锻前加热过程结束后立刻进行锻造过程，所述锻造过程包括,第一锻造阶段，将冒口放入漏盘中，保护冒口不被鐓粗，竖起钢锭快速鐓粗，形变速率为28mm/s；第二锻造阶段，通过夹持冒口来对钢锭进行固定，将钢锭控制在980℃进行锻打，形变速率为22mm/s；第三锻造阶段，将温度控制在850℃，进行锻造，形变量为20mm，形变速率为10mm/s。
实施例8
本实施例为一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，使用模铸钢锭，钢的成分如表1所示。
包括以下步骤：
锻前加热过程，第一加热阶段，从室温升温至540℃，保温3h；第二加热阶段，从所述第一加热阶段终点温度升温至850℃，保温4.5h；第三加热阶段，从所述第二加热阶段终点温度升温至1150℃，保温5h；第四加热阶段，所述第四加热阶段为，从所述第三加热阶段终点温度升温至1200℃，保温半小时。
锻前处理过程，所述锻前处理过程包括：轻压钢锭的冒口端，锻合冒口端的缩松缩孔，接着轻压钢锭菱角和整个钢锭表面，滚圆平整钢锭表面。
锻造过程，锻前加热过程结束后立刻进行锻造过程，所述锻造过程包括,第一锻造阶段，将冒口放入漏盘中，保护冒口不被鐓粗，竖起钢锭快速鐓粗，形变速率为30mm/s；第二锻造阶段，通过夹持冒口来对钢锭进行固定，将钢锭控制在950℃进行锻打，形变速率为25mm/s；第三锻造阶段，将温度控制在920℃，进行锻造，形变量为30mm，形变速率为5mm/s。
实施例9
本实施例为一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，使用模铸钢锭，钢的成分如表1所示。
包括以下步骤：
锻前加热过程，第一加热阶段，从室温升温至600℃，保温3.5h；第二加热阶段，从所述第一加热阶段终点温度升温至900℃，保温4h；第三加热阶段，从所述第二加热阶段终点温度升温至1200℃，保温5h；第四加热阶段，所述第四加热阶段为，从所述第三加热阶段终点温度升温至1220℃，保温半小时。
锻前处理过程，所述锻前处理过程包括：热切冒口。
锻造过程，锻前加热过程结束后立刻进行锻造过程，所述锻造过程包括,第一锻造阶段，将冒口放入漏盘中，保护冒口不被鐓粗，竖起钢锭快速鐓粗，形变速率为30mm/s；第二锻造阶段，通过夹持冒口来对钢锭进行固定，将钢锭控制在950℃进行锻打，形变速率为25mm/s；第三锻造阶段，将温度控制在900℃，进行锻造，形变量为30mm，形变速率为8mm/s。
对比例
一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，使用模铸钢锭，包括以下步骤：
锻前加热过程，加热6h升温至1100℃，保温5h；
锻造过程，锻前加热过程结束后立刻进行锻造过程，所述锻造过程包括,第一锻造阶段，竖起钢锭快速鐓粗，形变速率为20mm/s；第二锻造阶段，控制在950℃，进行锻打，形变速率为25mm/s。
实验例
为证明本发明的效果，采用实施例1-7及对比例所述锻造方法加工后的马氏体耐热钢进行以下实验：
实验方法--冲击性能测试
使用标准GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》，测试KV2，试样尺寸为10×10×55mm缺口成45度角，缺口深度2mm，20℃下进行检测，得出如表2所示的冲击性能测试结果。
表2：
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (2)
1.一种提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，使用模铸钢锭，包括以下步骤：
锻前加热过程，第一加热阶段，从室温升温至500-700℃，保温3-4h；第二加热阶段，从所述第一加热阶段终点温度升温至800-950℃，保温3-5h；第三加热阶段，从所述第二加热阶段终点温度升温至1150-1200℃，保温4-6h；
锻造过程，锻前加热过程结束后立刻进行锻造过程，所述锻造过程包括,第一锻造阶段，竖起钢锭快速鐓粗，形变速率为20mm/s-30mm/s；第二锻造阶段，控制在920℃以上，进行锻打，形变速率为20mm/s-25mm/s；
还包括在所述第二锻造阶段后进行第三锻造阶段，将温度控制在850-920℃，进行锻造，形变量为20-30mm，形变速率为5-10mm/s；
在所述第一锻造阶段前还包括锻前处理过程，所述锻前处理过程包括：轻压钢锭的冒口端，锻合冒口端的缩松缩孔，接着轻压钢锭菱角和整个钢锭表面，滚圆平整钢锭表面；
在所述锻前处理过程，还包括热切冒口的步骤；
所述第一锻造阶段还包括，在竖起钢锭快速鐓粗之前，将冒口放入漏盘（2）中，保护冒口不被鐓粗；
在所述锻造过程，通过夹持冒口来对钢锭进行固定。
2.如权利要求1所述的提高马氏体耐热钢冲击性能的锻造方法，其特征在于，所述锻前加热过程还包括第四加热阶段，所述第四加热阶段为，从所述第三加热阶段终点温度升温至1200-1220℃，保温半小时。
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Address after: 214161 lakes in Jiangsu province Wuxi City foreshore Hu Dai Industrial Zone North Road joint resettlement Patentee after: Wuxi Parker new materials Polytron Technologies Inc Address before: 214161 lakes in Jiangsu province Wuxi City foreshore Hu Dai Industrial Zone North Road No. 22 joint resettlement Patentee before: Wuxi Paike Heavy Casting and Forging Co., Ltd. |