国产化10Cr9Mo1VNbN环件制造工艺

2022-05-16刘晓书王海棠

大型铸锻件 2022年3期

刘晓书王海棠

(沈阳科金特种材料有限公司，辽宁沈阳 110101)

10Cr9Mo1VNbN是一种马氏体耐热钢，通过向钢中添加大量的Cr、Co、Mo、V、Nb等多种合金元素，使得该钢合金含量比较高，具有较好的热膨胀系数和抗应力腐蚀性能[1]，同时兼具较好的抗高温氧化性及高温抗蠕变等特性[2]，在电站锅炉中广泛使用，尤其是应用在大容量高温过热器和高温再热器管等重要部件上[3]。该钢属于我国引进的钢种之一，通过制造10Cr9Mo1VNbN环件，检测产品力学性能、金相组织等，总结该材料的相关生产数据，为生产材质接近的其他耐热钢材料积累相关技术数据和制造经验。

1 环锻件制造流程

环锻件制造工艺流程：熔炼→熔炼分析→锻造→锻后热处理→粗加工→超声检测→热处理→检查和试验→最终机加工→超声检测→去应力热处理。

2 环锻件制造及检验

2.1 冶炼

精选炉料，避免将低熔点杂质带入钢中。采用电炉+电渣重熔方式冶炼成钢锭，化学成分符合表1中熔炼分析的要求。锭型最终为∅700 mm、重量≥3000 kg的电渣锭。

表1 化学成分要求(质量分数，%)Table 1 Chemical composition requirements(mass fraction, %)

2.2 锻造

钢锭在20 MN压机和5 m碾环机上进行成形。严格控制锻造温度(始锻温度为1180℃，终锻温度为850℃)和最后一火锻比。为保证锻件质量，钢锭应有足够的切头量，锻件变形应充分。不允许存在影响最终使用要求的裂纹，尺寸达到工艺要求。

2.2.1 开坯下料

开坯下料。将钢锭拔长到500 mm方，下料500 mm方×860 mm，锻比为1.5。

2.2.2 坯料进行镦粗-拔长

将坯料镦粗到540 mm高，锻比为1.6，拔长至500 mm方，锻比为1.5。然后再镦粗到550 mm高，锻比为1.5，拔长至650 mm八方，锻比为1.4，见图1。

图1 镦粗-拔长示意图Figure 1 Upsetting and drawing diagram

2.2.3 冲孔-扩孔-精整-碾环

将坯料镦粗至260 mm高，冲孔∅380 mm，锻比为4.2，扩孔精整至∅1275 mm/∅800 mm×260 mm，锻比为1.4。然后坯料由碾环机成形至锻件尺寸，锻比为1.5，总锻比>10，成形过程见图2。

图2 成形过程图Figure 2 Forming process diagram

2.3 锻后热处理

环锻件锻后直接进炉进行锻后热处理，并进行高温回火处理。工艺为回火700～750℃至少保温8 h，空冷。

表2 锻件超声检测评定Table 2 Ultrasonic test and evaluation of forgings

图3 热处理工艺Figure 3 Heat treatment process

2.4 粗加工

对环锻件进行粗加工，尺寸为∅1750 mm/ ∅1435 mm×235 mm，工件标识要移植。

2.5 超声检测

(1)超声检测至少应进行两次：第一次在粗加工后性能热处理前进行，第二次在性能热处理后进行。第一次为粗探，避免产品出现超声检测问题而产生不必要的经济损失。

(2)超声检测和验收按表2要求进行全体积100%扫查，要求进行直探头和横波探头扫查。

2.6 热处理

2.6.1 热处理设备

用于热处理的炉子需是电阻加热炉。热处理炉应具有均匀的加热功能，温度控制精度为±10℃。热处理炉应至少有两支热电偶，记录热处理的时间和温度，需在经过校准的温度-时间记录仪表上进行记录。在锻件的内外表面分别连接1支热电偶，测量温度信号直接输入自动温控设备，用来控制炉温。

2.6.2 热处理工艺

锻件在1040～1070℃下空冷，随后750～780℃下空冷进行第一次回火处理，热处理工艺见图3。

2.7 检查和试验

2.7.1 取样

锻件性能热处理后按图4规定取样并进行检验。试验用料截取试样后，剩余试料要做好标记，标识与产品相同。

图4 环锻件性能热处理后取样图Figure 4 Sampling diagram of ring forgingsafter heat treatment

2.7.2 力学试验结果

拉伸试验按GB/T 228.1—2010的规定执行，拉伸试样为直径10 mm的标准拉伸试样。冲击试验按GB/T 229—2020的规定执行，冲击试样选择夏比V型缺口试样。锻件性能热处理后按图4位置取样，应相隔180°各取一组切向试样，共取2组试样，每组试样包括1个室温拉伸试样、3个夏比V型缺口冲击试样和1个金相试样。锻件热处理后力学性能检测结果见表3。