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，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 各國減少C02排放的一個重要的、行之有效的措施。提高蒸汽溫度可使汽輪機的效率得到 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)相繼開發(fā)出了620~ 630°C超超臨界耐熱鋼材料。我國現(xiàn)在也在設(shè)計、制造再熱蒸汽溫度為620°C的超超臨界汽 輪機組。這方面，更高的蒸汽參數(shù)對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組 的設(shè)計與制造，實現(xiàn)效率增長。

　　[0003] 13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼屬含硼含氮鋼，其能耐620°C高溫、長時蠕變強度、具有良 好的抗氧化性能和工藝性能，能用于百萬等級超超臨界汽輪機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] 我國之前沒有13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼材，對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13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼材進行生產(chǎn) 加工，造成鍛件晶粒度粗大，不僅無法保證鍛件內(nèi)部的質(zhì)量、鍛件組織的均勻性，而且也無 法滿足零部件應(yīng)對長時間在高溫、氧化、高負荷、交變應(yīng)力等惡劣環(huán)境中運行而需要的常溫 力學(xué)性能、金相組織、高溫抗拉、持久性等各項性能要求。在用13Cr9M〇2C〇lNiVNbNB鋼材制 造超超臨界汽輪機組零部件，如閥碟、閥座、閥桿的過程中，造成了大量無謂的浪費。

　　【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組零部件技術(shù)規(guī)范的各項要求，且加工工 藝合理，鍛件合格率高，避免了之前無謂的浪費。

　　[0006] 為實現(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 對采用的13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠進行原材料檢驗； (2) 鋼錠加熱 對13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠進行加熱，其處理步驟為： ①將鋼錠置于<600°C的加熱爐中保溫，保溫時間不少于2小時； ② 以彡50±10°C /小時的速度加熱，使鋼錠緩速加熱至900±20°C，加熱時間不少于6 小時； ③ 再以< 70±10°C /小時的速度加熱，使鋼錠緩速加熱至1160±20°C，加熱時間不少 于3. 8小時； ?在鋼錠達到1160±20°C后進行保溫，保溫時間不少于3. 5小時； 通過加熱處理使13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠達到所要求的始鍛溫度； (3) 鋼錠的開坯及下料 ① 將13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠加熱至奧氏體組織狀態(tài)進行鐓拔變形； ② 采用斬刀熱斬切的方法按鍛造工藝的規(guī)定對鋼錠進行下料； (4) 鍛造 ① 始鍛溫度為1160°C，終鍛溫度為850°C ;每次的加熱時間彡1小時； ② 對鍛坯進行2~3次鐓拔，使鍛造比達到工藝所需的彡3. 5 ; ③ 末二火次鍛造，采用末二火次對鍛坯進行分料，對各個截面預(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 對鍛坯進行退火熱處理，其步驟為： ① 將鍛件熱裝爐至650°C ± 10°C，保溫時間3~5小時； ② 升溫速度不限，升溫至860°C ± 10°C，均熱后，保溫3~4小時； ③ 打開爐門空冷至300°C ±10°C，保溫5~8小時； ④ 升溫速度不限，升溫至650°C ±10°C，保溫50小時； ⑤ 以< 50°C /小時的速度爐冷至400°C時，再以< 20°C /小時的速度爐冷至< 200°C 時，之后空冷至室溫； (6) 鍛件尺寸檢驗及標識 按鍛造工藝規(guī)定檢驗鍛件的各檔尺寸并對鍛件做標識； (7) -次粗加工及檢驗和標識 按一次粗加工工藝規(guī)定對鍛件進行車削加工，檢驗各檔尺寸并做標識； (8) 第一次超聲波探傷（UT) 對一次粗加工后的鍛件進行超聲波探傷，超聲波探傷按EN10308-3質(zhì)量等級3的規(guī)定 進行； (9) 正回火熱處理 對一次粗加工后的鍛件進行正回火熱處理，其步驟為： ① 鍛件加熱至l〇〇〇°C ±20°C后，保溫彡6小時； 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； ④ 然后將鍛件爐冷至室溫； 通過正回火熱處理可以得到細于6級以上的晶粒； (10) 力學(xué)性能熱處理 對正回火熱處理后的鍛件進行力學(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； 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； 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； ⑥ 然后將鍛件空冷至室溫； (11) 二次粗加工及檢驗和標識 按二次粗加工工藝規(guī)定對鍛件進行車削加工，檢驗各檔尺寸并做標識； (12) 第二次超聲波探傷（UT) 對二次粗加工后的鍛件進行超聲波探傷，超聲波探傷按EN10308-3質(zhì)量等級3的規(guī)定 進行； (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)性能測試和金相組織檢查 ① 常溫力學(xué)性能測試：按粗加工圖的要求在指定部位割取試樣進行力學(xué)性能測試，測 試包括：屈服強度、抗拉強度、延伸率、收縮率、恰貝（V型缺口）沖擊功、硬度等； ② 高溫力學(xué)性能測試：測試高溫瞬時力學(xué)性能和高溫持久強度； ③ 金相組織檢查：檢查夾雜物和晶粒度； (15) 產(chǎn)品檢驗繳庫 檢驗合格后，廣品即告完成并繳庫。

　　[0008] 進一步，采用本發(fā)明的制造方法鍛造閥碟，在步驟（4)鍛造的過程中，閥碟的桿部 應(yīng)采用拔長工序，閥碟的頭部應(yīng)采用胎模進行局部鐓粗。

　　[0009] 進一步，采用本發(fā)明的制造方法鍛造閥座，在步驟（4)鍛造的過程中，應(yīng)采用馬杠 擴孔工序，對閥座鍛坯各截面進行充分的鍛造變形，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，避免了之前無謂的浪費。

　　[0011] (2)為我國設(shè)計、制造超超臨界汽輪機組做了基礎(chǔ)技術(shù)的儲備，其經(jīng)濟效益非常明 顯〇

　　[0012] (3)有利于我國超超臨界汽輪機組的生產(chǎn)和應(yīng)用，有利于我國0)2的減排。

　　[0013] (4 )有利于中國企業(yè)進入國際市場，提高中國產(chǎn)品在國際市場的競爭能力。

　　【附圖說明】

　　[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施方 式，但是應(yīng)該指出，本發(fā)明的實施不限于以下的實施方式。

　　[0020] 實施例1 一種13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼鍛件的制造方法，包含以下步驟(參見圖1): (1)原材料鋼徒檢驗 對采用的13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠進行原材料檢驗，包括對化學(xué)成分的復(fù)驗和鋼錠 表面的檢查。

　　[0021] (2)鋼錠加熱(參見圖2) 對13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠進行加熱，其處理步驟為： ①將鋼錠置于< 600°C的加熱爐中保溫，保溫時間不少于2小時。

　　[0022] ②以彡50± 10°C /小時的速度加熱，使鋼錠緩速加熱至900±20°C，加熱時間不少 于6小時。

　　[0023] ③再以彡70±10°C /小時的速度加熱，使鋼錠緩速加熱至1160±20°C，加熱時間 不少于3. 8小時。

　　[0024] ④在鋼錠達到1160±20°C后進行保溫，保溫時間不少于3. 5小時。

　　[0025] 通過"鋼錠加熱"處理使13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠達到所要求的始鍛溫度。

　　[0026] (3)鋼錠的開坯及下料 ①將13Cr9Mo2ColNiVNbNB鋼錠加熱至奧氏體組織狀態(tài)進行鐓拔變形。

　　[0027] ②采用斬刀熱斬切的方法按鍛造工藝的規(guī)定對鋼錠進行下料。

　　[0028] (4)鍛造 ①始鍛溫度為1160°C，終鍛溫度為850°C;每次的加熱時間彡1小時。

　　[0029] ②對鍛坯進行2~3次鐓拔，使鍛造比達到工藝所需的彡3. 5。

　　[0030] ③末二火次鍛造，采用末二火次對鍛坯進行分料，對各個截面預(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)采用拔長工序，閥碟的頭部應(yīng)采用胎模進行局部鐓 粗(參見圖5)。

　　[0033] 若是鍛造閥座，應(yīng)采用馬杠擴孔工序，對閥座鍛坯各截面進行充分的鍛造變形，直 至將閥座鍛坯鍛至設(shè)定的鍛件尺寸。

　　[0034] (5)鍛后熱處理 對鍛坯進行退火熱處理，其步驟為： ①將鍛件熱裝爐至650°C ±10°C，保溫時間3~5小時。

　　[0035] ②升溫速度不限，升溫至860°C ± 10°C，均熱后，保溫3~4小時。

　　[0036] ③打開爐門空冷至300°C ±10°C，保溫5~8小時。