國產(chǎn)化10Cr9Mo1VNbN環(huán)件制造工藝

劉曉書 王海棠

(沈陽科金特種材料有限公司，遼寧 沈陽 110101)

10Cr9Mo1VNbN是一種馬氏體耐熱鋼，通過向鋼中添加大量的Cr、Co、Mo、V、Nb等多種合金元素，使得該鋼合金含量比較高，具有較好的熱膨脹系數(shù)和抗應(yīng)力腐蝕性能[1]，同時(shí)兼具較好的抗高溫氧化性及高溫抗蠕變等特性[2]，在電站鍋爐中廣泛使用，尤其是應(yīng)用在大容量高溫過熱器和高溫再熱器管等重要部件上[3]。該鋼屬于我國引進(jìn)的鋼種之一，通過制造10Cr9Mo1VNbN環(huán)件，檢測產(chǎn)品力學(xué)性能、金相組織等，總結(jié)該材料的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)材質(zhì)接近的其他耐熱鋼材料積累相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)和制造經(jīng)驗(yàn)。

1 環(huán)鍛件制造流程

環(huán)鍛件制造工藝流程：熔煉→熔煉分析→鍛造→鍛后熱處理→粗加工→超聲檢測→熱處理→檢查和試驗(yàn)→最終機(jī)加工→超聲檢測→去應(yīng)力熱處理。

2 環(huán)鍛件制造及檢驗(yàn)

2.1 冶煉

精選爐料，避免將低熔點(diǎn)雜質(zhì)帶入鋼中。采用電爐+電渣重熔方式冶煉成鋼錠，化學(xué)成分符合表1中熔煉分析的要求。錠型最終為?700 mm、重量≥3000 kg的電渣錠。

表1 化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition requirements(mass fraction, %)

2.2 鍛造

鋼錠在20 MN壓機(jī)和5 m碾環(huán)機(jī)上進(jìn)行成形。嚴(yán)格控制鍛造溫度(始鍛溫度為1180℃，終鍛溫度為850℃)和最后一火鍛比。為保證鍛件質(zhì)量，鋼錠應(yīng)有足夠的切頭量，鍛件變形應(yīng)充分。不允許存在影響最終使用要求的裂紋，尺寸達(dá)到工藝要求。

2.2.1 開坯下料

開坯下料。將鋼錠拔長到500 mm方，下料500 mm方×860 mm，鍛比為1.5。

2.2.2 坯料進(jìn)行鐓粗-拔長

將坯料鐓粗到540 mm高，鍛比為1.6，拔長至500 mm方，鍛比為1.5。然后再鐓粗到550 mm高，鍛比為1.5，拔長至650 mm八方，鍛比為1.4，見圖1。

圖1 鐓粗-拔長示意圖Figure 1 Upsetting and drawing diagram

2.2.3 沖孔-擴(kuò)孔-精整-碾環(huán)

將坯料鐓粗至260 mm高，沖孔?380 mm，鍛比為4.2，擴(kuò)孔精整至?1275 mm/?800 mm×260 mm，鍛比為1.4。然后坯料由碾環(huán)機(jī)成形至鍛件尺寸，鍛比為1.5，總鍛比>10，成形過程見圖2。

圖2 成形過程圖Figure 2 Forming process diagram

2.3 鍛后熱處理

環(huán)鍛件鍛后直接進(jìn)爐進(jìn)行鍛后熱處理，并進(jìn)行高溫回火處理。工藝為回火700～750℃至少保溫8 h，空冷。

表2 鍛件超聲檢測評(píng)定Table 2 Ultrasonic test and evaluation of forgings

圖3 熱處理工藝Figure 3 Heat treatment process

2.4 粗加工

對(duì)環(huán)鍛件進(jìn)行粗加工，尺寸為?1750 mm/ ?1435 mm×235 mm，工件標(biāo)識(shí)要移植。

2.5 超聲檢測

(1)超聲檢測至少應(yīng)進(jìn)行兩次：第一次在粗加工后性能熱處理前進(jìn)行，第二次在性能熱處理后進(jìn)行。第一次為粗探，避免產(chǎn)品出現(xiàn)超聲檢測問題而產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

(2)超聲檢測和驗(yàn)收按表2要求進(jìn)行全體積100%掃查，要求進(jìn)行直探頭和橫波探頭掃查。

2.6 熱處理

2.6.1 熱處理設(shè)備

用于熱處理的爐子需是電阻加熱爐。熱處理爐應(yīng)具有均勻的加熱功能，溫度控制精度為±10℃。熱處理爐應(yīng)至少有兩支熱電偶，記錄熱處理的時(shí)間和溫度，需在經(jīng)過校準(zhǔn)的溫度-時(shí)間記錄儀表上進(jìn)行記錄。在鍛件的內(nèi)外表面分別連接1支熱電偶，測量溫度信號(hào)直接輸入自動(dòng)溫控設(shè)備，用來控制爐溫。

2.6.2 熱處理工藝

鍛件在1040～1070℃下空冷，隨后750～780℃下空冷進(jìn)行第一次回火處理，熱處理工藝見圖3。

2.7 檢查和試驗(yàn)

2.7.1 取樣

鍛件性能熱處理后按圖4規(guī)定取樣并進(jìn)行檢驗(yàn)。試驗(yàn)用料截取試樣后，剩余試料要做好標(biāo)記，標(biāo)識(shí)與產(chǎn)品相同。

圖4 環(huán)鍛件性能熱處理后取樣圖Figure 4 Sampling diagram of ring forgingsafter heat treatment

2.7.2 力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果

拉伸試驗(yàn)按GB/T 228.1—2010的規(guī)定執(zhí)行，拉伸試樣為直徑10 mm的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣。沖擊試驗(yàn)按GB/T 229—2020的規(guī)定執(zhí)行，沖擊試樣選擇夏比V型缺口試樣。鍛件性能熱處理后按圖4位置取樣，應(yīng)相隔180°各取一組切向試樣，共取2組試樣，每組試樣包括1個(gè)室溫拉伸試樣、3個(gè)夏比V型缺口沖擊試樣和1個(gè)金相試樣。鍛件熱處理后力學(xué)性能檢測結(jié)果見表3。

表3 環(huán)鍛件室溫力學(xué)性能Table 3 Mechanical properties of ring forgings at room temperature

2.7.3 金相檢驗(yàn)

按GB/T 6394—2017的規(guī)定進(jìn)行環(huán)鍛件晶粒度檢測，按GB/T 10561—2005的規(guī)定進(jìn)行夾雜物檢測。0°和180°金相試樣晶粒度和非金屬夾雜物檢測結(jié)果見圖5，微觀組織晶粒度均為4級(jí)，其中A類、B類、C類夾雜物均未發(fā)現(xiàn)，0°和180°金相試樣D類夾雜物分別為1.0級(jí)和1.5級(jí)。

圖5 晶粒度和非金屬夾雜物檢測結(jié)果Figure 5 Test results of grain size and non-metallic inclusion

2.8 最終機(jī)加工

熱處理后鍛件進(jìn)行機(jī)加工，達(dá)到交貨尺寸?1725 mm/?1460 mm×170 mm，工件標(biāo)識(shí)要移植。

2.9 去應(yīng)力熱處理

套環(huán)鍛件經(jīng)最終機(jī)加工后應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力熱處理。去應(yīng)力溫度一般應(yīng)低于最終性能回火溫度30～50℃，去應(yīng)力熱處理保溫后，鍛件應(yīng)隨爐緩慢冷卻。

3 結(jié)論

3 t電渣錠的10Cr9Mo1VNbN耐熱鋼經(jīng)1180℃始鍛，總鍛造比大于10，其成形環(huán)件經(jīng)1040～1070℃正火空冷+750～780℃回火空冷，其組織為回火索氏體，通過以上工藝制造的環(huán)鍛件產(chǎn)品性能均勻，檢測結(jié)果滿足技術(shù)要求。