CN114309402B - 一种难变形高温合金及其锻制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种难变形高温合金及其锻制方法，所述难变形高温合金的锻制方法依次包括如下工序：钢锭加热、工装准备、预开坯、钳口锻制、成材、切钳口、车光及检验。本发明通过锻制特殊的本体钳口以及优化锻制变形工艺，减少了产品损耗，提高了成材率，同时，也提高了难变形高温合金产品探伤质量、头尾的组织均匀性，从而提高了难变形高温合金的良品率。

Description

一种难变形高温合金及其锻制方法

技术领域

本发明属于高温合金锻造生产技术领域，具体涉及一种难变形高温合金及其锻制方法。

背景技术

难变形高温合金由于变形温度窗口较窄，高温变形抗力大、高温塑性差，锻制过程中易开裂。受合金特性影响，该合金成品经常出现一种异常的晶粒组织。往往锻制完成一端，温度已经降低至窗口以外，需要复温后继续锻制，所以存在一端空烧现象，造成头为组织不均匀，有时也会表现在探伤质量上。所以锻制一个好的钳口，可以提高锻造效率、改善探伤质量、提升头尾组织均匀性。传统的锻制钳口R角弧度大、与料的同心度差，造成产品损耗过大，同时影响后期锻制的顺利进行，会出现弯曲甚至“S”弯。

基于此，本发明通过锻制特殊的本体钳口以及优化锻制变形工艺，以达到减少产品浪费、提升产品质量的目的。并且，通过文献检索和专利查询，目前并未有提及相关通过特殊本体钳口低损耗、高质量锻制高温合金的文章。

发明内容

本发明的目的在于提供一种难变形高温合金及其锻制方法，以解决传统的难变形高温合金锻制存在的产品损耗过大且质量较差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种难变形高温合金的锻制方法，所述锻制方法依次包括如下工序：钢锭加热、工装准备、预开坯、钳口锻制、成材、切钳口、车光及检验。

如上所述的难变形高温合金的锻制方法，作为可选实施例，所述工装准备工序中，工装包括锻砧、剁刀及摔子；优选地，所述工装准备工序的操作为，将工装安装在快锻机的工装轨道上；更优选地，工装安装顺序按操作工第一视角由内及外依次为锻砧、剁刀及摔子。

如上所述的难变形高温合金的锻制方法，作为可选实施例，所述预开坯工序中，成品锻制变形比参照锻制成品技术标准的变形比要求；优选地，如果锻制成品技术标准中没有规定，则保证成品锻制变形比≥33％。

如上所述的难变形高温合金的锻制方法，作为可选实施例，所述钳口锻制工序的操作为，计算用料长度，从预开坯料的端头量取用料长度标记后用剁刀切出印记；优选地，用剁刀在预开坯料的四周均切出印记。

如上所述的难变形高温合金的锻制方法，作为可选实施例，所述钳口锻制工序中，锻制的钳口尺寸同成品车光前尺寸一致。

如上所述的难变形高温合金的锻制方法，作为可选实施例，所述切钳口工序根据实际情况确定为在线热切或线下冷切。

如上所述的难变形高温合金的锻制方法，作为可选实施例，当需要锻制试样时，计算后在线切掉，并带钳口回炉复温后锻制试样；当不需要锻制试样时，线下探伤定位后切除。

如上所述的难变形高温合金的锻制方法，作为可选实施例，所述成材工序的操作为，采用快锻机夹持钳口沿同一方向进行锻制成品。

如上所述的难变形高温合金的锻制方法，作为可选实施例，所述成品为难变形高温合金圆棒；优选地，难变形高温合金圆棒的直径范围为200-450mm。

本发明还提出了一种难变形高温合金的锻制方法锻制得到的难变形高温合金。

有益效果：

本发明通过锻制特殊的本体钳口以及优化锻制变形工艺，减少了产品损耗，提高了成材率，同时，也提高了难变形高温合金产品探伤质量、头尾的组织均匀性，从而提高了难变形高温合金的良品率。相比较传统的生产方式，本发明锻制方法无需增加专用装备和工装，具有操作方法简单、有效，低损耗、组织均匀等特点。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为传统制造方法锻制钳口示意图；

图2为本发明实施例1中步骤4锻制钳口示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提供了一种针对难变形高温合金(高温变形抗力大、高温塑性差、易开裂等特性)在快锻机低损耗、高质量的锻制方法，通过锻制特殊的本体钳口，可以较少产品损耗，可以消除产品头尾组织差异，得到理想探伤质量和微观组织的难变形高温合金产品。相比较传统的生产方式，本发明锻制方法无需增加专用装备和工装，具有操作方法简单、有效，低损耗，组织均匀等特点。

需要说明的是，高温合金是指在760-1500℃以上及一定应力条件下长期工作的高温金属合金材料。

为了有效减少产品损耗，提高成材率，并得到良好的探伤质量和均匀的奥氏体晶粒组织，本发明通过低损耗锻制特殊的本体钳口，提高产品锻制效率，最终得到成品环件。具体包括如下工序：钢锭加热→工装准备→预开坯→钳口锻制→成材→切钳口→车光→检验。

其中，钢锭加热工序的具体操作为将自耗钢锭按照工艺要求放入加热炉中进行钢锭加热，其加热温度和加热时间根据具体合金种类来确定，每一种合金的加热温度和加热时间不同。

工装准备工序的具体操作为，先对锻砧、剁刀、摔子等工装准备齐全，相较于传统的生产方式，本发明增加剁刀为必备工装。然后将工装安装至快锻机的工装轨道上。作为优选方案，工装安装顺序按操作工第一视角由内及外依次为锻砧、剁刀、摔子，将锻砧放在最内侧可以保证锻造过程中操作工具有良好的视角；剁刀靠近锻砧安装，方便快速进行钳口四周切印记。

预开坯工序中，坯料尺寸要保证锻制成品技术标准或潜在的变形比要求，若锻制成品技术标准中没有对成品变形比提出要求，则根据性能等指标衍生出潜在的变形比要求，成品锻制变形比参照该潜在的变形比要求。

作为优选方案，如果锻制成品技术标准中没有规定，则应保证成品锻制变形比≥33％。

钳口锻制工序的具体操作为，先计算用料长度，然后从预开坯料的端头量取用料长度标记后用剁刀切出印记。

作为优选方案，用剁刀在预开坯料的四周均切出印记。

作为更优选方案，用剁刀在预开坯料的四周切出同等深度的印记，这样在锻制钳口时不会出现R角切坡，同时钳口与坯料的同心轴较好。其中，印记的深度范围设置为30-40mm(比如30mm、32mm、34mm、36mm、38mm或40mm)。

钳口锻制工序中，锻制的钳口尺寸同成品车光前尺寸一致。

成材工序的操作为，回炉复温后，采用快锻机夹持钳口，沿同一方向进行锻制成品，难变形高温合金在较小的温度窗口(≤150℃)范围内快速抢温锻造。当钢锭或钢坯温度降至加热温度以下150℃时，若继续锻造会出现多种质量问题，如表面裂纹、晶粒极差过大、组织不合格、心部裂纹等。

作为一优选实施例，采用快锻机夹持钳口，始终从钳口端到非钳口端一个方向进行锻制成品。这里夹持钳口进行同方向锻造，既可以减少材料浪费，又可以保证头尾组织均匀性。

切钳口工序根据实际情况确定为在线热切或线下冷切。

作为一优选实施例，当需要单独锻制试样(比如90mm的直角方形试样)时，精确计算后在线切掉，并带钳口回炉复温后锻制试样。

作为另一优选实施例，当不需要单独锻制试样时，则在线下探伤定位后切除即可。

车光工序和检验工序按照相应的标准要求进行，即，车光的具体操作为，将锻制棒材按照标准要求进行车光操作；检验工序是按照标准要求检验各项理化指标。

本发明通过上述工序最终得到较为理想的难变形高温合金成品，成品为难变形高温合金圆棒。

本发明难变形高温合金圆棒的直径范围为200-450mm(比如200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、或450mm)。

本发明在锻制过程中减少损耗、提升产品质量、消除头尾组织偏差的技术原理为：难变形高温合金需要在温度窗口内进行“抢温锻造”。传统锻造过程中，“掉头”是指先锻造棒材的一头，锻造结束后，在用天车或无轨车掉头，再进行锻造另一头。这个过程中肯定会影响生产效率，对难变形合金来说，更重要的是影响产品质量，因为两头锻造时棒材的温度已经不一致。均会影响锻制效率和锻制质量。“弯曲”的棒材锻造过程中必须反复的去直弯、校直等。这些操作均会影响锻制效率和锻制质量。本发明通过在锻制钳口前利用剁刀在四周切出同等深度的印记，然后在锻制钳口时不会出现R角斜坡，同时钳口与坯料的同心轴较好，夹持钳口进行同方向锻造，既可以减少材料浪费，又可以保证头尾组织均匀性。

下面通过具体实施例对本发明难变形高温合金及其锻制方法进行详细说明。

实施例1

本发明实施案例1利用GH4698合金φ638mm自耗锭生产φ265mm棒，车光后φ250mm的制造过程，所需成品的规格：φ250mm。包括以下步骤：

步骤1：钢锭装炉：将φ638mm自耗钢锭按照工艺要求放入加热炉中进行钢锭加热，加热温度为1140-1180℃，保温时间为3-5h，其中，钢锭各元素成分的质量百分比为：C：0.05；Si：0.04；Mn：0.02；Cr：14.56；Ni：余；Mo：2.97；P：0.003；S：0.001；Al：1.70；Ti：2.65；Nb：2.07；Cu：0.02；Fe：0.54。

步骤2：工装准备：在45MN快锻机上生产前将锻砧、剁刀、摔子等工装必须准备齐全，并安装在快锻机的工装轨道上，工装安装顺序按操作工第一视角由内及外依次为锻砧、剁刀、摔子。

步骤3：预开坯：将GH4698合金φ638mm钢锭经过多个火次预开坯至350mm方(圆角方)。标准中没有对成品变形比提出要求，根据性能等指标衍生出潜在的变形比要求，设计预开坯至350mm方(圆角方)。实际预留成品变形比为：[(350×350)-(265×265×3.14/4)]/(350×350)＝55％。

步骤4：钳口锻制：计算需要切印迹长度，[(265×265×3.14/4)×400]/(350×350)＝180mm。从预开坯料的端头量取180mm标记后用剁刀四周切印记，切印深度为35mm。

步骤5：成材：回炉复温后，采用快锻机夹持住钳口，始终从钳口端到非钳口端一个方向进行锻制。锻制成280mm十六角后进摔子摔圆成型φ265mm。

步骤6：切钳口：本次GH4698合金合同不需要单独锻制90方类mm的直角方形试样，所以钳口线下探伤定位切除。

步骤7：车光：φ265mm锻制棒材按照标准要求车光至φ250mm。

步骤8：检验：按照标准要求检验。检验结果为：探伤A级(GB/T4162)，头尾组织均匀。

步骤9：完成难变形高温合金成品锻制。

实施例2

本发明实施案例2利用GH4141合金φ508mm自耗锭生产φ265mm棒，车光后φ250mm的制造过程，所需成品的规格：φ250mm。包括以下步骤：

步骤1：钢锭装炉：将φ508mm自耗钢锭按照工艺要求放入加热炉中进行钢锭加热，加热温度为1150-1180℃，保温时间为2-3h，其中，钢锭各元素成分的质量百分比为：C：0.08；Si：0.03；Mn：0.03；Cr：19.03；Ni：余；Mo：9.71；P：0.002；S：0.001；Al：1.54；Ti：3.14；Co：11.07；Cu：0.02；Fe：0.44。

步骤2：工装准备：在45MN快锻机上生产前将锻砧、剁刀、摔子等工装必须准备齐全，并安装在快锻机的工装轨道上；工装安装顺序按操作工第一视角由内及外依次为锻砧、剁刀、摔子。

步骤3：预开坯：将GH4141合金φ508mm钢锭经过多个火次预开坯至380mm方(圆角方)。标准中没有对成品变形比提出要求，根据性能等指标衍生出潜在的变形比要求，设计预开坯至350mm方(圆角方)。实际预留成品变形比为：[(380×380)-(265×265×3.14/4)]/(380×380)＝61.82％。

步骤4：钳口锻制：计算需要切印迹长度，[(265×265×3.14/4)×400]/(380×380)＝152mm。从预开坯料的端头量取152mm标记后用剁刀四周切印记，切印深度为45mm。

步骤5：成材：回炉复温后，采用快锻机夹持住钳口，始终从钳口端到非钳口端一个方向进行锻制。锻制成280mm十六角后进摔子摔圆成型φ265mm。

步骤6：切钳口：本次GH4141合金合同需要单独锻制90mm的直角方形试样，所以在线用剁刀切下钳口，回炉复温后锻制90mm的直角方形试样。

步骤7：车光：φ265mm锻制棒材按照标准要求车光至φ250mm。

步骤8：检验：按照标准要求检验。检验结果为：探伤A级(GB/T4162)，头尾组织均匀。

步骤9：完成难变形高温合金成品锻制。

实施例3

本发明实施例3利用GH4698合金φ638mm自耗锭生产φ315mm棒，车光后φ300mm的制造过程，所需成品的规格：φ300mm。包括以下步骤：

步骤1：钢锭装炉：将φ638mm自耗钢锭按照工艺要求放入加热炉中进行钢锭加热，加热温度1140-1180℃，保温时间3-5小时。其中，钢锭各元素成分的质量百分比为：C：0.05；Si：0.04；Mn：0.02；Cr：14.56；Ni：余；Mo：2.97；P：0.003；S：0.001；Al：1.70；Ti：2.65；Nb：2.07；Cu：0.02；Fe：0.54。

步骤2：工装准备：在45MN快锻机上生产前将锻砧、剁刀、摔子等工装必须准备齐全，并安装在快锻机的工装轨道上，工装安装顺序按操作工第一视角由内及外依次为锻砧、剁刀、摔子。

步骤3：预开坯：将GH4698合金φ638mm钢锭经过多个火次预开坯至400mm方(圆角方)。标准中没有对成品变形比提出要求，根据性能等指标衍生出潜在的变形比要求，设计预开坯至400mm方(圆角方)。实际预留成品变形比为：[(400×400)-(315×315×3.14/4)]/(400×400)＝51％。

步骤4：钳口锻制：计算需要切印迹长度，[(315×315×3.14/4)×400]/(400×400)＝195mm。从预开坯料的端头量取195mm标记后用剁刀四周切印记，切印深度为35mm。

步骤5：成材：回炉复温后，采用快锻机夹持住钳口，始终从钳口端到非钳口端一个方向进行锻制。锻制成320mm十六角后进摔子摔圆成型φ315mm。

步骤6：切钳口：本次GH4698合金合同不需要单独锻制90方类mm的直角方形试样，所以钳口线下探伤定位切除。

步骤7：车光：φ315mm锻制棒材按照标准要求车光至φ300mm。

步骤8：检验：按照标准要求检验。检验结果为：探伤A级(GB/T4162)，头尾组织均匀。

步骤9：完成难变形高温合金成品锻制。

实施例4

本发明实施例4利用GH4141合金φ508mm自耗锭生产φ295mm棒，车光后φ280mm的制造过程，所需成品的规格：φ280mm。包括以下步骤：

步骤1：钢锭装炉：将φ508mm自耗钢锭按照工艺要求放入加热炉中进行钢锭加热，加热温度1150-1180℃，保温时间2-3小时。其中，钢锭各元素成分的质量百分比为：C：0.08；Si：0.03；Mn：0.03；Cr：19.03；Ni：余；Mo：9.71；P：0.002；S：0.001；Al：1.54；Ti：3.14；Co：11.07；Cu：0.02；Fe：0.44。

步骤2：工装准备：在45MN快锻机上生产前将锻砧、剁刀、摔子等工装必须准备齐全，并安装在快锻机的工装轨道上；工装安装顺序按操作工第一视角由内及外依次为锻砧、剁刀、摔子。

步骤3：预开坯：将GH4141合金φ508mm钢锭经过多个火次预开坯至410mm方(圆角方)。标准中没有对成品变形比提出要求，根据性能等指标衍生出潜在的变形比要求，设计预开坯至410mm方(圆角方)。实际预留成品变形比为：[(410×410)-(295×295×3.14/4)]/(410×410)＝59.36％。

步骤4：钳口锻制：计算需要切印迹长度，[(295×295×3.14/4)×400]/(410×410)＝163mm。从预开坯料的端头量取163mm标记后用剁刀四周切印记，切印深度为45mm。

步骤5：成材：回炉复温后，采用快锻机夹持住钳口，始终从钳口端到非钳口端一个方向进行锻制。锻制成305mm十六角后进摔子摔圆成型φ295mm。

步骤6：切钳口：本次GH4141合金合同需要单独锻制90mm的直角方形试样，所以在线用剁刀切下钳口，回炉复温后锻制90mm的直角方形试样。

步骤7：车光：φ295mm锻制棒材按照标准要求车光至φ280mm。

步骤8：检验：按照标准要求检验。检验结果为：探伤A级(GB/T4162)，头尾组织均匀。

步骤9：完成难变形高温合金成品锻制。

对照例1

本发明对照例1利用GH4698合金φ638mm自耗锭生产φ265mm棒，车光后φ250mm的制造过程，所需成品的规格：φ250mm。包括以下步骤：

步骤1：钢锭装炉：将φ638mm自耗钢锭按照工艺要求放入加热炉中进行钢锭加热，加热温度：1140-1180℃，保温时间：3-5小时。其中，钢锭各元素成分的质量百分比为：C：0.05；Si：0.04；Mn：0.02；Cr：14.56；Ni：余；Mo：2.97；P：0.003；S：0.001；Al：1.70；Ti：2.65；Nb：2.07；Cu：0.02；Fe：0.54。

步骤2：工装准备：在45MN快锻机上生产前将锻砧、剁刀、摔子等工装必须准备齐全，并安装在快锻机的工装轨道上，工装安装顺序按操作工第一视角由内及外依次为锻砧、剁刀、摔子。

步骤3：预开坯：将GH4698合金φ638mm钢锭经过多个火次预开坯至350mm方(圆角方)。标准中没有对成品变形比提出要求，根据性能等指标衍生出潜在的变形比要求，设计预开坯至350mm方(圆角方)。实际预留成品变形比为：[(350×350)-(265×265×3.14/4)]/(350×350)＝55％。

步骤4：普通钳口锻制：计算锻造钳口需要的本体长度，[(265×265×3.14/4)×400]/(350×350)＝180mm。从预开坯料的端头量取180mm长锻制φ265mm钳口，实际钳口长400mm钳口与本体过度斜面长150mm。对比实例1，成材率降低2％-3％。

步骤5：成材：回炉复温后，采用快锻机夹持住钳口，始终从钳口端到非钳口端一个方向进行锻制。锻制成280mm十六角后进摔子摔圆成型φ265mm。

步骤6：切钳口：本次GH4698合金合同不需要单独锻制90方类mm的直角方形试样，所以钳口线下探伤定位切除。

步骤7：车光：φ265mm锻制棒材按照标准要求车光至φ250mm。

步骤8：检验：按照标准要求检验。检验结果为：探伤A级(GB/T4162)头尾组织均匀。

步骤9：完成难变形高温合金成品锻制。成材率比实例1低2％-3％。

对照例2

本发明对照例2利用GH4698合金φ638mm自耗锭生产φ265mm棒，车光后φ250mm的制造过程，所需成品的规格：φ250mm。包括以下步骤：

步骤1：钢锭装炉：将φ638mm自耗钢锭按照工艺要求放入加热炉中进行钢锭加热，加热温度：1140-1180℃，保温时间：3-5小时。其中，钢锭各元素成分的质量百分比为：C：0.05；Si：0.04；Mn：0.02；Cr：14.56；Ni：余；Mo：2.97；P：0.003；S：0.001；Al：1.70；Ti：2.65；Nb：2.07；Cu：0.02；Fe：0.54。

步骤2：工装准备：在45MN快锻机上生产前将锻砧、剁刀、摔子等工装必须准备齐全，并安装在快锻机的工装轨道上，工装安装顺序按操作工第一视角由内及外依次为锻砧、剁刀、摔子。

步骤3：预开坯：将GH4698合金φ638mm钢锭经过多个火次预开坯至350mm方(圆角方)。标准中没有对成品变形比提出要求，根据性能等指标衍生出潜在的变形比要求，设计预开坯至350mm方(圆角方)。实际预留成品变形比为：[(350×350)-(265×265×3.14/4)]/(350×350)＝55％。

步骤4：不锻制钳口，采用“掉头”方式进行锻造。

步骤5：成材：回炉复温后，采用快锻机“掉头”锻造，即锻制完头端，利用无轨车或天车进行掉头，锻造尾端。锻制成280mm十六角后进摔子两头分别摔圆成型φ265mm。

步骤6：本次GH4698合金合同不需要单独锻制90方类mm的直角方形试样，所以线下探伤定位切除端头。对比实例1，表面产生大量裂纹。

步骤7：车光：φ265mm锻制棒材按照标准要求车光至φ250mm。

步骤8：检验：按照标准要求检验。检验结果为：头部探伤A级(GB/T4162)，尾部探伤B级(GB/T4162)，由杂波显示。

步骤9：完成难变形高温合金成品锻制。成材率比实例1低2％-3％。

综上所述：本发明通过锻制特殊的本体钳口以及优化锻制变形工艺，减少了产品损耗，提高了成材率，同时提高了难变形高温合金产品探伤质量、头尾的组织均匀性，从而提高了难变形高温合金的良品率。相比较传统的生产方式，本发明锻制方法无需增加专用装备和工装，具有操作方法简单、有效，低损耗、组织均匀等特点。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种难变形高温合金的锻制方法，其特征在于，所述锻制方法依次包括如下工序：钢锭加热、工装准备、预开坯、钳口锻制、成材、切钳口、车光及检验；

所述钳口锻制工序的操作为，计算用料长度，从预开坯料的端头量取用料长度标记后用剁刀在预开坯料的四周均切出印记；

所述成材工序的操作为，采用快锻机夹持钳口沿同一方向进行锻制成品；所述成品为难变形高温合金圆棒。

2.如权利要求1所述的难变形高温合金的锻制方法，其特征在于，所述工装准备工序中，工装包括锻砧、剁刀及摔子。

3.如权利要求2所述的难变形高温合金的锻制方法，其特征在于，所述工装准备工序的操作为，将工装安装在快锻机的工装轨道上。

4.如权利要求3所述的难变形高温合金的锻制方法，其特征在于，工装安装顺序按操作工第一视角由内及外依次为锻砧、剁刀及摔子。

5.如权利要求2所述的难变形高温合金的锻制方法，其特征在于，所述预开坯工序中，成品锻制变形比参照锻制成品技术标准的变形比要求。

6.如权利要求5所述的难变形高温合金的锻制方法，其特征在于，如果锻制成品技术标准中没有规定，则保证成品锻制变形比≥33％。

7.如权利要求1所述的难变形高温合金的锻制方法，其特征在于，所述钳口锻制工序中，锻制的钳口尺寸同成品车光前尺寸一致。

8.如权利要求1所述的难变形高温合金的锻制方法，其特征在于，所述切钳口工序根据实际情况确定为在线热切或线下冷切。

9.如权利要求8所述的难变形高温合金的锻制方法，其特征在于，当需要锻制试样时，计算后在线切掉，并带钳口回炉复温后锻制试样；

当不需要锻制试样时，线下探伤定位后切除。

10.如权利要求1所述的难变形高温合金的锻制方法，其特征在于，难变形高温合金圆棒的直径范围为200-450mm。

11.一种如权利要求1-10中任一项所述难变形高温合金的锻制方法锻制得到的难变形高温合金。