本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鎳基合金熱擠壓管材組織控制方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)社會的發(fā)展，鎳基高溫合金管材因其優(yōu)異的性能，在石油化工、航空航天、能源領(lǐng)域均有廣泛的應用，對管材的需求量也與日俱增。為滿足工業(yè)發(fā)展的需求，鎳基高溫合金管材的生產(chǎn)量也在不斷增加。
國內(nèi)對鎳基高溫合金管材生產(chǎn)工藝的研究起步較晚，雖然可以實現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)，解決了國產(chǎn)鎳基高溫合金管材從無到有的問題，但在生產(chǎn)過程組織控制方面缺乏詳細的理論研究作為支撐。鎳基高溫合金管材的質(zhì)量與生產(chǎn)過程密切相關(guān)，任何環(huán)節(jié)的問題均會對產(chǎn)品的最終質(zhì)量造成影響。鎳基合金具有合金化元素含量高、熱變形抗力大、可加工溫度區(qū)間窄、組織難以控制等一系列特點，其管材普遍采用熱擠壓或者熱擠壓+冷軋方式生產(chǎn)。因此，熱擠壓管材的總體質(zhì)量會對最終成品管的綜合性能產(chǎn)生決定性影響。
現(xiàn)有的鎳基合金熱擠壓工藝，工藝制備過程繁瑣，但制得的管材的晶粒度卻很難控制，很難達到預期的效果。即使反復的調(diào)整熱擠壓工藝，例如熱擠壓工藝的各項參數(shù)，也很難達到預期的技術(shù)效果。并且，對于鎳基合金熱擠壓過程，經(jīng)常出現(xiàn)悶車、擠壓開裂、分層等問題，直接導致熱擠壓失敗，由于鎳基合金中存在大量的貴金屬元素，因此損失較大。在實現(xiàn)熱擠壓的前提下，荒管的組織均勻性、晶粒度控制等又成為成品管的性能的決定性因素。可以說，鎳基高溫合金熱擠壓工序是復雜的系統(tǒng)性工程。
因此，如何控制熱擠壓管材晶粒度以及擠壓過程的順利進行，是冶金行業(yè)中亟待解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒如此，本發(fā)明提供一種能夠有效控制熱擠壓管材晶粒度的鎳基合金熱擠壓管材組織控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種鎳基合金熱擠壓管材組織控制方法，包括如下步驟：
a)、設(shè)定管材擠壓完畢后在水冷之前的停留時間t，并根據(jù)管材的目標晶粒尺寸值d1，以及設(shè)定的管材擠壓完畢后在水冷之前的停留時間t，計算管材的初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸值d0；
b)、根據(jù)公式d0＝(14ω1+30ω2+62(ω3+ω4)+50ω5)/(p×ln(v×t))計算得出參數(shù)t、p、v之間的關(guān)系式，其中，
ω1、ω2、ω3、ω4、ω5分別為管材中cr元素、co元素、mo元素、w元素、nb元素的百分比含量，d0為初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸，p為擠壓比，v為擠壓速度，t為熱擠壓熱力學溫度；
c)、根據(jù)計算得到的參數(shù)t、p、v之間的關(guān)系式，分別設(shè)定參數(shù)t、p、v的值；
d)、根據(jù)設(shè)定的參數(shù)t、p、v的值，以及管材擠壓完畢后在水冷之前的停留時間t，制定工藝流程，對鎳基合金熱進行熱擠壓，制得管材。
優(yōu)選地，所述步驟a)中，計算初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸值d0時，根據(jù)如下公式進行：
d1＝d0×lnt。
優(yōu)選地，所述步驟c)中，分別設(shè)定參數(shù)t、p、v的值時，首先設(shè)定參數(shù)t和p的值，然后根據(jù)參數(shù)t和p的值設(shè)定參數(shù)v的值。
優(yōu)選地，所述參數(shù)p的取值范圍為：3﹤p≤8。
優(yōu)選地，所述參數(shù)t的值根據(jù)所述鎳基合金的元素種類及其配比來設(shè)定。
優(yōu)選地，所述步驟d)中，制定工藝流程的步驟包括：
設(shè)定所述鎳基合金的加熱工藝；
選擇擠壓筒以及擠壓模具；
設(shè)定擠壓機的的擠壓速度。
優(yōu)選地，還包括在步驟d)之后，首先對制得的管材的實際晶粒尺寸d與目標晶粒尺寸值d1的差值進行計算，并根據(jù)計算結(jié)果確定是否調(diào)整已制定工藝流程。
優(yōu)選地，若制得的管材的實際晶粒尺寸d與目標晶粒尺寸值d1的差值超出預設(shè)范圍時，則對已制定工藝流程進行調(diào)整。
優(yōu)選地，對所述指定工藝流程進行調(diào)整的步驟包括：對參數(shù)t、t、p、v的至少其中之一的值進行調(diào)整。
本發(fā)明提供的鎳基合金熱擠壓管材組織控制方法，能夠?qū)懿牡木Я６冗M行有效的控制，且工藝流程的制備快速高效，避免了熱擠壓過程悶車、擠壓開裂、開裂分層等現(xiàn)象的出現(xiàn)。大大提高了管材的成品率。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分并不一定按照實際的比例繪制。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的鎳基合金熱擠壓管材組織控制方法的工藝流程圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，因此只作為示例，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
參考圖1，下面通過實施例一、實施例二和實施例三對鎳基合金熱擠壓管材組織控制方法進行詳細說明。
實施例一
該實施例中，熱擠壓鎳基合金管材，其主要成分質(zhì)量百分比含量為：ni基、22％cr、12％co、9％mo、1.2％al、0.44％ti。給出的目標晶粒尺寸值d1為77μm，即生產(chǎn)的管材所要求的晶粒尺寸值為77μm。
s01)、設(shè)定管材擠壓完畢后在水冷之前的停留時間t，并根據(jù)管材的目標晶粒尺寸值d1，以及設(shè)定的管材擠壓完畢后在水冷之前的停留時間t，計算管材的初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸值d0。
具體的，根據(jù)公式d1＝d0×lnt計算管材的初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸值d0。其中，公式d1＝d0×lnt中：d0為初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸，單位為μm；t為管材完全擠壓完畢后與水冷之前停留時間，單位s。設(shè)定熱擠壓完畢后停留30s后水冷，即t＝30s。然后，將t＝30s，以及已知的管材的目標晶粒尺寸值d1＝77μm帶入公式d1＝d0×lnt中，得到：d0×ln30＝77μm，求出d0的值為22.7μm。
s02)、根據(jù)公式d0＝(14ω1+30ω2+62(ω3+ω4)+50ω5)/(p×ln(v×t))計算得出參數(shù)t、p、v之間的關(guān)系式，其中，
ω1、ω2、ω3、ω4、ω5分別為管材中cr元素、co元素、mo元素、w元素、nb元素的百分比含量，單位為％；d0為初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸，p為擠壓比，v為擠壓速度，單位為m/s；t為熱擠壓熱力學溫度，單位為k。
具體地，將已知的cr元素、co元素、mo元素、w元素、nb元素的百分比含量值，以及步驟s01)中求出的d0＝22.7μm，帶入公式：
d0＝(14ω1+30ω2+62(ω3+ω4)+50ω5)/(p×ln(v×t))，得到：
22.7μm＝(14×22+30×12+62×9)/(p×ln(v×t))。
s03)、根據(jù)計算得到的參數(shù)t、p、v之間的關(guān)系式，分別設(shè)定參數(shù)t、p、v的值。
具體地，根據(jù)步驟s02)中得到的公式22.7μm＝(14×22+30×12+62×9)/(p×ln(v×t))，分別設(shè)定t＝1200k，p＝6，然后根據(jù)t和p的值，設(shè)定v＝5.5。所述參數(shù)t的值可根據(jù)，例如所述鎳基合金的元素種類及其配比來設(shè)定。為了保證組織發(fā)生完全動態(tài)再結(jié)晶，其擠壓比p應大于3；同時為了避免熱擠壓悶車、擠壓管材開裂、分層等現(xiàn)象，其擠壓比p應不大于8。
s04)、根據(jù)設(shè)定的參數(shù)t、p、v的值，以及管材擠壓完畢后在水冷之前的停留時間t，制定工藝流程，對鎳基合金熱進行熱擠壓，制得管材。
具體地，根據(jù)步驟s01)-s03)設(shè)定的參數(shù)t、t、p、v的值，制定實際生產(chǎn)的工藝流程，包括：設(shè)定所述鎳基合金的加熱工藝；根據(jù)已設(shè)定的擠壓比p、擠壓管材的直徑、選擇合適的擠壓筒以及擠壓模具；根據(jù)以求得擠壓速度v，設(shè)定擠壓機的合理的擠壓速度。
s05)、對制得的管材的實際晶粒尺寸d與目標晶粒尺寸值d1的差值進行計算，并根據(jù)計算結(jié)果確定是否調(diào)整已制定工藝流程。
該實施例中，通過步驟s01)-s04)制得的熱擠壓管材，無開裂、分層等現(xiàn)象，管材尺寸為φ118(外徑)×18(壁厚)mm，實測平均晶粒尺寸，即實際晶粒尺寸d約為80μm。并且，擠壓過程中無悶車、擠壓開裂、分層等現(xiàn)象，實現(xiàn)了對管材的晶粒度進行有效控制。
該實施例中，對制得的管材的實際晶粒尺寸d與目標晶粒尺寸值d1的差值范圍要求為6μm，實測平均晶粒尺寸d的值處于此范圍內(nèi)，符合要求。
需要說明的是，若制得的管材的實際晶粒尺寸d與目標晶粒尺寸值d1的差值超出預設(shè)范圍時，則對已制定工藝流程進行調(diào)整。對所述指定工藝流程進行調(diào)整的步驟包括：對參數(shù)t、t、p、v的至少其中之一的值進行調(diào)整。
實施例二
該實施例中，熱擠壓鎳基合金管材，其主要成分質(zhì)量百分比含量為：ni基、22％cr、9％mo、5％nb。給出的目標晶粒尺寸值d1為56μm，即生產(chǎn)的管材所要求的晶粒尺寸值為56μm。
s01)、設(shè)定管材擠壓完畢后在水冷之前的停留時間t，并根據(jù)管材的目標晶粒尺寸值d1，以及設(shè)定的管材擠壓完畢后在水冷之前的停留時間t，計算管材的初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸值d0。
具體的，根據(jù)公式d1＝d0×lnt計算管材的初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸值d0。其中，公式d1＝d0×lnt中：d0為初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸，單位為μm；t為管材完全擠壓完畢后與水冷之前停留時間，單位為s。設(shè)定熱擠壓完畢后停留25s后水冷，即t＝25s。然后，將t＝25s，以及已知的管材的目標晶粒尺寸值d1＝56μm帶入公式d1＝d0×lnt中，得到：d0×ln25＝56μm，求出d0的值為17.5μm。
s02)、根據(jù)公式d0＝(14ω1+30ω2+62(ω3+ω4)+50ω5)/(p×ln(v×t))計算得出參數(shù)t、p、v之間的關(guān)系式，其中，
ω1、ω2、ω3、ω4、ω5分別為管材中cr元素、co元素、mo元素、w元素、nb元素的百分比含量，單位為％；d0為初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸，p為擠壓比，v為擠壓速度，單位為m/s；t為熱擠壓熱力學溫度，單位為k。
具體地，將已知的cr元素、co元素、mo元素、w元素、nb元素的百分比含量值，以及步驟s01)中求出的d0＝22.7μm，帶入公式：
d0＝(14ω1+30ω2+62(ω3+ω4)+50ω5)/(p×ln(v×t))，得到：
17.5μm＝(14×22+62×9+50×5)/(p×ln(v×t))。
s03)、根據(jù)計算得到的參數(shù)t、p、v之間的關(guān)系式，分別設(shè)定參數(shù)t、p、v的值。
具體地，根據(jù)步驟s02)中得到的公式17.5μm＝(14×22+62×9+50×5)/(p×ln(v×t))，分別設(shè)定t＝1220k，p＝7，然后根據(jù)t和p的值，設(shè)定v＝6。所述參數(shù)t的值可根據(jù)，例如所述鎳基合金的元素種類及其配比來設(shè)定。為了保證組織發(fā)生完全動態(tài)再結(jié)晶，其擠壓比p應大于3；同時為了避免熱擠壓悶車、擠壓管材開裂、分層等現(xiàn)象，其擠壓比p應不大于8。
s04)、根據(jù)設(shè)定的參數(shù)t、p、v的值，以及管材擠壓完畢后在水冷之前的停留時間t，制定工藝流程，對鎳基合金熱進行熱擠壓，制得管材。
具體地，根據(jù)步驟s01)-s03)設(shè)定的參數(shù)t、t、p、v的值，制定實際生產(chǎn)的工藝流程，包括：設(shè)定所述鎳基合金的加熱工藝；根據(jù)已設(shè)定的擠壓比p、擠壓管材的直徑、選擇合適的擠壓筒以及擠壓模具；根據(jù)以求得擠壓速度v，設(shè)定擠壓機的合理的擠壓速度。
s05)、對制得的管材的實際晶粒尺寸d與目標晶粒尺寸值d1的差值進行計算，并根據(jù)計算結(jié)果確定是否調(diào)整已制定工藝流程。
該實施例中，通過步驟s01)-s04)制得的熱擠壓管材，無開裂、分層等現(xiàn)象，管材尺寸為φ108(外徑)×18(壁厚)mm，實測平均晶粒尺寸，即實際晶粒尺寸d約為52μm。并且，擠壓過程中無悶車、擠壓開裂、分層等現(xiàn)象，實現(xiàn)了對管材的晶粒度進行有效控制。
該實施例中，對制得的管材的實際晶粒尺寸d與目標晶粒尺寸值d1的差值范圍要求為6μm，實測平均晶粒尺寸d的值處于此范圍內(nèi)，符合要求。
需要說明的是，若制得的管材的實際晶粒尺寸d與目標晶粒尺寸值d1的差值超出預設(shè)范圍時，則對已制定工藝流程進行調(diào)整。對所述指定工藝流程進行調(diào)整的步驟包括：對參數(shù)t、t、p、v的至少其中之一的值進行調(diào)整。
實施例三
該實施例中，熱擠壓鎳基合金管材，其主要成分質(zhì)量百分比含量為：ni基、25％cr、20％co、0.5％mo、1.5％nb、1.3％ti、1.3％al。給出的目標晶粒尺寸值d1為72μm，即生產(chǎn)的管材所要求的晶粒尺寸值為72μm。
s01)、設(shè)定管材擠壓完畢后在水冷之前的停留時間t，并根據(jù)管材的目標晶粒尺寸值d1，以及設(shè)定的管材擠壓完畢后在水冷之前的停留時間t，計算管材的初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸值d0。
具體的，根據(jù)公式d1＝d0×lnt計算管材的初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸值d0。其中，公式d1＝d0×lnt中：d0為初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸，單位為μm；t為管材完全擠壓完畢后與水冷之前停留時間，單位s。設(shè)定熱擠壓完畢后停留20s后水冷，即t＝20s。然后，將t＝20s，以及已知的管材的目標晶粒尺寸值d1＝72μm帶入公式d1＝d0×lnt中，得到：d0×ln30＝72μm，求出d0的值為24μm。
s02)、根據(jù)公式d0＝(14ω1+30ω2+62(ω3+ω4)+50ω5)/(p×ln(v×t))計算得出參數(shù)t、p、v之間的關(guān)系式，其中，
ω1、ω2、ω3、ω4、ω5分別為管材中cr元素、co元素、mo元素、w元素、nb元素的百分比含量，單位為％；d0為初始動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸，p為擠壓比，v為擠壓速度，單位為m/s；t為熱擠壓熱力學溫度，單位為k。
具體地，將已知的cr元素、co元素、mo元素、w元素、nb元素的百分比含量值，以及步驟s01)中求出的d0＝24μm，帶入公式：
d0＝(14ω1+30ω2+62(ω3+ω4)+50ω5)/(p×ln(v×t))，得到：
24μm＝(14×25+30×20+62×0.5+50×1.5)/(p×ln(v×t))。
s03)、根據(jù)計算得到的參數(shù)t、p、v之間的關(guān)系式，分別設(shè)定參數(shù)t、p、v的值。
具體地，根據(jù)步驟s02)中得到的公式22.7μm＝(14×25+30×20+62×0.5+50×1.5)/(p×ln(v×t))，分別設(shè)定t＝1200k，p＝5，然后根據(jù)t和p的值，設(shè)定v＝5。所述參數(shù)t的值可根據(jù)，例如所述鎳基合金的元素種類及其配比來設(shè)定。為了保證組織發(fā)生完全動態(tài)再結(jié)晶，其擠壓比p應大于3；同時為了避免熱擠壓悶車、擠壓管材開裂、分層等現(xiàn)象，其擠壓比p應不大于8。
s04)、根據(jù)設(shè)定的參數(shù)t、p、v的值，以及管材擠壓完畢后在水冷之前的停留時間t，制定工藝流程，對鎳基合金熱進行熱擠壓，制得管材。
具體地，根據(jù)步驟s01)-s03)設(shè)定的參數(shù)t、t、p、v的值，制定實際生產(chǎn)的工藝流程，包括：設(shè)定所述鎳基合金的加熱工藝；根據(jù)已設(shè)定的擠壓比p、擠壓管材的直徑、選擇合適的擠壓筒以及擠壓模具；根據(jù)以求得擠壓速度v，設(shè)定擠壓機的合理的擠壓速度。
s05)、對制得的管材的實際晶粒尺寸d與目標晶粒尺寸值d1的差值進行計算，并根據(jù)計算結(jié)果確定是否調(diào)整已制定工藝流程。
該實施例中，通過步驟s01)-s04)制得的熱擠壓管材，無開裂、分層等現(xiàn)象，管材尺寸為φ140(外徑)×20(壁厚)mm，實測平均晶粒尺寸，即實際晶粒尺寸d約為78μm。并且，擠壓過程中無悶車、擠壓開裂、分層等現(xiàn)象，實現(xiàn)了對管材的晶粒度進行有效控制。
該實施例中，對制得的管材的實際晶粒尺寸d與目標晶粒尺寸值d1的差值范圍要求為6μm，實測平均晶粒尺寸d的值處于此范圍內(nèi)，符合要求。需要說明的是，若制得的管材的實際晶粒尺寸d與目標晶粒尺寸值d1的差值超出預設(shè)范圍時，則對已制定工藝流程進行調(diào)整。對所述指定工藝流程進行調(diào)整的步驟包括：對參數(shù)t、t、p、v的至少其中之一的值進行調(diào)整。
本申請中的鎳基合金熱擠壓管材組織控制方法，能夠?qū)懿牡木Я６冗M行有效的控制，且工藝流程的制備快速高效，避免了熱擠壓過程悶車、擠壓開裂、分層等現(xiàn)象的出現(xiàn)，大大提高了管材的成品率。
需要注意的是，除非另有說明，本申請使用的技術(shù)術(shù)語或者科學術(shù)語應當為本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的通常意義。
最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書的范圍當中。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個實施例中所提到的各項技術(shù)特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。