13Cr9Mo2Co1NiVNbNB鋼鍛件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鍛造工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是一種新型鐵素體不銹鋼 (13Cr9Mo2ColNiVNbNB)鍛件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] co2排放引起的環(huán)境問(wèn)題日益為全世界所關(guān)注，而采用和發(fā)展超臨界技術(shù)是目前 各國(guó)減少C02排放的一個(gè)重要的、行之有效的措施。提高蒸汽溫度可使汽輪機(jī)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(shù)相繼開(kāi)發(fā)出了620~ 630°C超超臨界耐熱鋼材料。我國(guó)現(xiàn)在也在設(shè)計(jì)、制造再熱蒸汽溫度為620°C的超超臨界汽 輪機(jī)組。這方面，更高的蒸汽參數(shù)對(duì)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(qiáng)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(jī)組 的設(shè)計(jì)與制造，實(shí)現(xiàn)效率增長(zhǎng)。
[0003] 13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼屬含硼含氮鋼，其能耐620°C高溫、長(zhǎng)時(shí)蠕變強(qiáng)度、具有良 好的抗氧化性能和工藝性能，能用于百萬(wàn)等級(jí)超超臨界汽輪機(jī)組的重要零部件的生產(chǎn)和應(yīng) 用。但是，13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼材的鋼種成分復(fù)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(guó)之前沒(méi)有13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼材，對(duì)其鍛造和熱處理等生產(chǎn)制造工藝同 樣是幾乎不了解。而采用以前常規(guī)的生產(chǎn)制造工藝對(duì)13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼材進(jìn)行生產(chǎn) 加工，造成鍛件晶粒度粗大，不僅無(wú)法保證鍛件內(nèi)部的質(zhì)量、鍛件組織的均勻性，而且也無(wú) 法滿足零部件應(yīng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間在高溫、氧化、高負(fù)荷、交變應(yīng)力等惡劣環(huán)境中運(yùn)行而需要的常溫 力學(xué)性能、金相組織、高溫抗拉、持久性等各項(xiàng)性能要求。在用13Cr9M〇2C〇lNiVNbNB鋼材制 造超超臨界汽輪機(jī)組零部件，如閥碟、閥座、閥桿的過(guò)程中，造成了大量無(wú)謂的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)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(jī)組零部件，如 閥碟、閥座、閥桿得以順利完成：13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠經(jīng)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(jī)組零部件技術(shù)規(guī)范的各項(xiàng)要求，且加工工 藝合理，鍛件合格率高，避免了之前無(wú)謂的浪費(fèi)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)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(yàn) 對(duì)采用的13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠進(jìn)行原材料檢驗(yàn)； (2) 鋼錠加熱 對(duì)13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠進(jìn)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(shí)間不少于2小時(shí)； ② 以彡50±10°C /小時(shí)的速度加熱，使鋼錠緩速加熱至900±20°C，加熱時(shí)間不少于6 小時(shí)； ③ 再以< 70±10°C /小時(shí)的速度加熱，使鋼錠緩速加熱至1160±20°C，加熱時(shí)間不少 于3. 8小時(shí)； ?在鋼錠達(dá)到1160±20°C后進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間不少于3. 5小時(shí)； 通過(guò)加熱處理使13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠達(dá)到所要求的始鍛溫度； (3) 鋼錠的開(kāi)坯及下料 ① 將13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠加熱至奧氏體組織狀態(tài)進(jìn)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(duì)鋼錠進(jìn)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(shí)間彡1小時(shí)； ② 對(duì)鍛坯進(jìn)行2~3次鐓拔，使鍛造比達(dá)到工藝所需的彡3. 5 ; ③ 末二火次鍛造，采用末二火次對(duì)鍛坯進(jìn)行分料，對(duì)各個(gè)截面預(yù)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(duì)鍛坯進(jìn)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(shí)間3~5小時(shí)； ② 升溫速度不限，升溫至860°C ± 10°C，均熱后，保溫3~4小時(shí)； ③ 打開(kāi)爐門空冷至300°C ±10°C，保溫5~8小時(shí)； ④ 升溫速度不限，升溫至650°C ±10°C，保溫50小時(shí)； ⑤ 以< 50°C /小時(shí)的速度爐冷至400°C時(shí)，再以< 20°C /小時(shí)的速度爐冷至< 200°C 時(shí)，之后空冷至室溫； (6) 鍛件尺寸檢驗(yàn)及標(biāo)識(shí) 按鍛造工藝規(guī)定檢驗(yàn)鍛件的各檔尺寸并對(duì)鍛件做標(biāo)識(shí)； (7) -次粗加工及檢驗(yàn)和標(biāo)識(shí) 按一次粗加工工藝規(guī)定對(duì)鍛件進(jìn)行車削加工，檢驗(yàn)各檔尺寸并做標(biāo)識(shí)； (8) 第一次超聲波探傷（UT) 對(duì)一次粗加工后的鍛件進(jìn)行超聲波探傷，超聲波探傷按EN10308-3質(zhì)量等級(jí)3的規(guī)定 進(jìn)行； (9) 正回火熱處理 對(duì)一次粗加工后的鍛件進(jìn)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(shí)； 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(shí)； ④ 然后將鍛件爐冷至室溫； 通過(guò)正回火熱處理可以得到細(xì)于6級(jí)以上的晶粒； (10) 力學(xué)性能熱處理 對(duì)正回火熱處理后的鍛件進(jìn)行力學(xué)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(shí)； 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(shí)； 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(shí)； ⑥ 然后將鍛件空冷至室溫； (11) 二次粗加工及檢驗(yàn)和標(biāo)識(shí) 按二次粗加工工藝規(guī)定對(duì)鍛件進(jìn)行車削加工，檢驗(yàn)各檔尺寸并做標(biāo)識(shí)； (12) 第二次超聲波探傷（UT) 對(duì)二次粗加工后的鍛件進(jìn)行超聲波探傷，超聲波探傷按EN10308-3質(zhì)量等級(jí)3的規(guī)定 進(jìn)行； (13) 割取試樣 按二次粗加工工藝規(guī)定割取力學(xué)性能試樣； (14) 力學(xué)性能測(cè)試和金相組織檢查 ① 常溫力學(xué)性能測(cè)試：按粗加工圖的要求在指定部位割取試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，測(cè) 試包括：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、收縮率、恰貝（V型缺口）沖擊功、硬度等； ② 高溫力學(xué)性能測(cè)試：測(cè)試高溫瞬時(shí)力學(xué)性能和高溫持久強(qiáng)度； ③ 金相組織檢查：檢查夾雜物和晶粒度； (15) 產(chǎn)品檢驗(yàn)繳庫(kù) 檢驗(yàn)合格后，廣品即告完成并繳庫(kù)。
[0008] 進(jìn)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(guò)程中，閥碟的桿部 應(yīng)采用拔長(zhǎng)工序，閥碟的頭部應(yīng)采用胎模進(jìn)行局部鐓粗。
[0009] 進(jìn)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(guò)程中，應(yīng)采用馬杠 擴(kuò)孔工序，對(duì)閥座鍛坯各截面進(jìn)行充分的鍛造變形，直至將閥座鍛坯鍛至設(shè)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(jī)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(wú)謂的浪費(fèi)。
[0011] (2)為我國(guó)設(shè)計(jì)、制造超超臨界汽輪機(jī)組做了基礎(chǔ)技術(shù)的儲(chǔ)備，其經(jīng)濟(jì)效益非常明 顯〇
[0012] (3)有利于我國(guó)超超臨界汽輪機(jī)組的生產(chǎn)和應(yīng)用，有利于我國(guó)0)2的減排。
[0013] (4 )有利于中國(guó)企業(yè)進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，提高中國(guó)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。
【附圖說(shuō)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(xué)性能熱處理的工藝圖。
[0018] 圖5為步驟（4)閥碟鍛件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼鍛件的制造方法的具體實(shí)施方 式，但是應(yīng)該指出，本發(fā)明的實(shí)施不限于以下的實(shí)施方式。
[0020] 實(shí)施例1 一種13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼鍛件的制造方法，包含以下步驟(參見(jiàn)圖1): (1)原材料鋼徒檢驗(yàn) 對(duì)采用的13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠進(jìn)行原材料檢驗(yàn)，包括對(duì)化學(xué)成分的復(fù)驗(yàn)和鋼錠 表面的檢查。
[0021] (2)鋼錠加熱(參見(jiàn)圖2) 對(duì)13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠進(jìn)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(shí)間不少于2小時(shí)。
[0022] ②以彡50± 10°C /小時(shí)的速度加熱，使鋼錠緩速加熱至900±20°C，加熱時(shí)間不少 于6小時(shí)。
[0023] ③再以彡70±10°C /小時(shí)的速度加熱，使鋼錠緩速加熱至1160±20°C，加熱時(shí)間 不少于3. 8小時(shí)。
[0024] ④在鋼錠達(dá)到1160±20°C后進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間不少于3. 5小時(shí)。
[0025] 通過(guò)"鋼錠加熱"處理使13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠達(dá)到所要求的始鍛溫度。
[0026] (3)鋼錠的開(kāi)坯及下料 ①將13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠加熱至奧氏體組織狀態(tài)進(jìn)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(duì)鋼錠進(jìn)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(shí)間彡1小時(shí)。
[0029] ②對(duì)鍛坯進(jìn)行2~3次鐓拔，使鍛造比達(dá)到工藝所需的彡3. 5。
[0030] ③末二火次鍛造，采用末二火次對(duì)鍛坯進(jìn)行分料，對(duì)各個(gè)截面預(yù)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(dāng)提高20°C并保證熱透。
[0032] 若是鍛造閥碟，閥碟的桿部應(yīng)采用拔長(zhǎng)工序，閥碟的頭部應(yīng)采用胎模進(jìn)行局部鐓 粗(參見(jiàn)圖5)。
[0033] 若是鍛造閥座，應(yīng)采用馬杠擴(kuò)孔工序，對(duì)閥座鍛坯各截面進(jìn)行充分的鍛造變形，直 至將閥座鍛坯鍛至設(shè)定的鍛件尺寸。
[0034] (5)鍛后熱處理 對(duì)鍛坯進(jìn)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(shí)間3~5小時(shí)。
[0035] ②升溫速度不限，升溫至860°C ± 10°C，均熱后，保溫3~4小時(shí)。
[0036] ③打開(kāi)爐門空冷至300°C ±10°C，保溫5~8小時(shí)。
[0037]④升溫速度不限，升溫至65