一種gh3600合金精細薄壁無縫管材的制造方法
【專利摘要】本發明的GH3600合金精細薄壁管的制造方法,首先采用真空感應冶煉+電渣重熔冶煉的方法熔煉出符合要求的鑄錠;再采用2000噸或4000噸的快鍛和1300噸的徑鍛熱聯合的鍛造工藝,對鑄錠進行開坯,確保了鑄錠粗大組織的完全破碎,生產出具有組織均勻的圓管坯,增大了材料塑性,同時采用熱聯合方式鍛造節約了能源消秏;然后采用熱擠壓工藝生產毛管,確保了毛管的內部組織的均勻和外部表面的高質量,使生產出的成品管性能更優異;最后通過多道次的冷軋和冷拔工藝以及相配套的熱處理工藝并輔以特別的潤滑工藝、清洗工藝,控制管材的組織和高性能,最終獲得的GH3600合金精細薄壁管,管材組織均勻、細小并具有綜合的高性能。
【專利說明】—種GH3600合金精細薄壁無縫管材的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無縫管材加工領域,尤其涉及一種GH3600合金精細薄壁無縫管材的制造方法。
【背景技術】
[0002]GH3600合金是一種鎳基高溫合金,它具有強韌、耐蝕、耐熱的綜合性能,廣泛用于化學等工業中,同時該合金在高溫下還具有高強度和良好的抗氧化性能,而用于制造重要的耐熱結構件。
[0003]GH3600合金精細薄壁管材在航天領域有著重要的應用,例如在某發動機中是非常重要的單元之一。該單元采用05.8x0.33mm的GH3600合金管材制造,屬于發動機的熱端部件,承受著高溫的沖擊,對管材的質量要求極高。
[0004]GH3600合金精細薄壁無縫管制造過程中的難點主要有熱處理晶粒度難控制、光潔度要求高、力學性能要求高、內外表面易產生點狀、條狀、裂紋、折疊、氧化色以及由于酸洗造成的腐蝕等缺陷。中國專利CN200810200844.5公開了一種航天用高溫合金GH3600精細薄壁無縫管的制造方法,但該專利僅涉及到成品管前一道次的冷加工和熱處理以及成品管晶粒度的一般控制方法,管材組織不夠均勻、細小而且也沒有涉及前道合金的冶煉、鍛造、毛管的制造方法以及成品管力學性能、表面質量等的控制方法,且對于成品的熱處理溫度也未明確規定。其制造方法制造出具有高綜合性能要求的GH3600精細薄壁管難度較大。 [0005]因此,需要提供一種全流程的GH3600合金精細薄壁無縫管材的制造方法,以制造出高綜合性能要求的GH3600精細薄壁管。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,以克服現有技術中存在的不足或缺陷。
[0007]為了實現上述目的,本發明采用如下的技術方案:
[0008]一種GH3600合金精細薄壁管的制造方法,包括GH3600合金的冶煉、鍛造、采用熱擠壓工藝進行毛管加工、以及成品管材的加工,其中成品管材的加工采用多道次的冷軋和冷拔工藝、與各道次的冷加工工藝相配套的熱處理工藝、以及冷加工的潤滑工藝和清洗工藝,從而制造出滿足高綜合性能要求的GH3600合金精細薄壁管材,且獲得的GH3600合金精細薄壁管材的組織均勻、細小。
[0009]本發明的GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,具體包括如下步驟:
[0010]I)冶煉、鍛造:
[0011]將GH3600合金鑄錠采用真空感應冶煉和電渣重熔冶煉方法進行冶煉,然后鍛造成中間圓管坯;
[0012]所述GH3600合金鑄錠的化學成分的重量百分比為:C:0.02^0.05%, P≤0.015%,S^0.010%, Si ≤ 0.2%, Mn ≤1.0%, Cr:14.0 ~17.0%, Fe:6.0 ~10.0%, Cu ≤ 0.50%,Al ( 0.35%, Nb:0.3-0.5%, Ti ( 0.50%, Mg ( 0.04%,其余為 Ni 及不可避免的雜質。
[0013]2)中間圓管坯熱擠壓成毛管:
[0014]a)將步驟I)獲得的中間圓管坯先預熱至80(T100(rC并保溫;
[0015]b)將預熱的中間圓管坯加熱至115(T118(TC并保溫;
[0016]c)在加熱的中間圓管坯內、外表面均勻涂上潤滑劑,并在模具擠壓筒內壁涂上潤滑劑,將涂好潤滑劑的中間圓管坯放入擠壓筒內熱擠壓成毛管;
[0017]d)將熱擠壓出的毛管采用水進行快速冷卻;
[0018]e)將冷卻后的毛管在1050-1150?進行固溶處理,然后采用水進行快速冷卻;
[0019]f)將固溶處理后的毛管進行氧化皮去除,獲得表面無缺陷的毛管。
[0020]3 )成品管材的加工:
[0021]a)將步驟2)獲得的表面無缺陷的毛管進行2道次開坯冷軋,且每道次冷軋之后均采用再結晶退火對冷軋后的毛管管坯進行熱處理,之后先水冷,再去除氧化皮獲得冷軋熱處理的鋼管;其中,每道次開坯冷軋的變形量為55飛5%,冷軋時的送進量為4~5臟/次,且冷軋時采用牛油石灰進行潤滑;每次熱處理后的管材晶粒度控制在61級,熱處理溫度為9700C~1000°C,保溫時間為8~12分鐘。
[0022]b)將步驟a)獲得的冷軋熱處理后的鋼管再進行一道次冷軋,冷軋后的管材在氫氣保護下進行退火熱處理,然后氣冷;其中,冷軋變形量控制在60-70%,冷軋時的送進量為3^4mm/次,且冷軋時采用軋機潤滑油進行潤滑;退火熱處理后的管材晶粒度控制在7、級,退火溫度為98(Tl010°C,保溫時間為12~15分鐘。
[0023]c)將步驟b)獲得的冷軋熱處理后的鋼管進行兩道次連軋,連軋后的管材在氫氣保護下進行退火熱處理,然后氣冷;其中每道次冷軋的變形量控制在40飛0%,冷軋時的送進量為2~3mm/次,且冷軋時采用軋機潤滑油進行潤滑;退火熱處理后的管材晶粒度控制在7~9級,退火溫度為98(Tl010°C,保溫時間為8~IO分鐘。
[0024]d)將步驟c)獲得的冷軋熱處理后的鋼管進行一道次拉拔,拉拔后的管材酸洗以去除表面潤滑劑,然后在真空下進行退火熱處理,之后隨爐冷卻;其中拉拔的變形量控制在40^45% ;熱處理后的管材晶粒度控制在8、級,熱處理溫度為95(T980°C,保溫時間為40~60分鐘。
[0025]e)將步驟d)獲得的熱處理后的鋼管先進行兩道次連軋,再在真空下進行退火熱處理,之后隨爐冷卻;其中,每道次冷軋的變形量控制在20-30%,冷軋時的送進量為2~3mm/次,且冷軋時采用軋機潤滑油進行潤滑;熱處理后的管材晶粒度控制在8、級,熱處理溫度為95(T980°C,保溫時間為40~60分鐘。
[0026]f)將步驟e)獲得的熱處理后的鋼管進行最后一道次冷拔,冷拔后的管材用有機溶劑去除表面潤滑劑,在真空下進行熱處理退火,之后隨爐冷卻即可,獲得所述GH3600合金精細薄壁無縫管;其中,冷拔的變形量控制在20-30% ;熱處理溫度為96(T985°C,保溫時間為50~80分鐘。
[0027]進一步的,步驟I)中,所述合金鑄錠的直徑為05 IOmm,長度為1500mm。
[0028]進一步的,步驟I)中,所述中間圓管坯采用如下步驟的方法制得:先將冶煉好的鑄錠加熱到115(Tll70°C并保溫5飛h,再采用2000或4000噸的快鍛壓機對其進行變形量為40~60%的鍛造變形,鍛造至中間規格,然后加熱至114(T115(TC并保溫2~3h,最后采用1300噸的徑鍛機鍛造至黑皮鍛棒,待空冷后車光為所述中間圓管坯。
[0029]上述步驟I)中獲得的中間圓管坯的表面光潔度Ra≤1.6 μ m。
[0030]進一步的,步驟2)中的a),預熱后的中間圓管坯的保溫時間為每毫米厚度的坯料保溫0.5^1.5分鐘;
[0031]進一步的,步驟2)中的b),加熱后的中間圓管坯的保溫時間為每厘米厚度的坯料保溫廣3分鐘;
[0032]進一步的,步驟2)中的C),所述潤滑劑采用玻璃潤滑劑;
[0033]進一步的,步驟2)中的C),熱擠壓過程中的中間圓管坯的溫度在115(T118(TC范圍內;
[0034]進一步的,步驟2)中的C),熱擠壓過程中控制擠壓比為5~25,擠壓速度為100~200mm/s ;
[0035]進一步的,步驟2)中的e),毛管固溶處理的保溫時間為每毫米管坯厚度保溫f 3分鐘;
[0036]進一步的,步驟2)中的f),去除氧化皮時,將毛管置于氫氟酸和硝酸的混合水溶液中快速去除氧化皮和玻璃粉的混合物,并對毛管表面的折疊、裂紋和凹坑進行人工修磨。上述氫氟酸和硝酸的混合水溶液中,氫氟酸的重量百分比濃度為5~8%,硝酸的重量百分比濃度為10~15%。
[0037]進一步的,步驟3)中的a),采用氫氟酸和硝酸的水溶液對退火后的毛管管坯進行氧化皮去除,然后進行高壓水沖洗;氫氟酸和硝酸的混合水溶液中,氫氟酸的重量百分比濃度為5~8%,硝酸的重量百分比濃度為10-15%,酸洗溫度為5(T80°C ;酸洗后的毛管需要逐支進行高壓水沖洗。
[0038]進一步的,步驟3)中的d)和f),拉拔時,對鋼管先進行烘烤再檫MtjS2粉末和氯化石蠟的混合物進行濕拉。上述混合物中MtjS2和氯化石蠟的重量比可以為(9~11):1。
[0039]上述步驟3)中每次熱處理后的鋼管的矯直彎曲度應≤ 1.5mm/M,矯直后的鋼管表面不允許有矯癟、擦傷、麻點及影響質量的矯直痕跡。
[0040]上述步驟3)中的f),鋼管管材最后一道次冷拔后且熱處理前必須先用清洗液,采用泵循環清洗,清洗后必須逐根用壓縮空氣沖去水。
[0041]上述步驟3)中的f),熱處理后獲得的成品管材(GH3600合金精細薄壁無縫管),其顯微組織為等軸晶,晶粒度為擴10級,成品管材的室溫拉伸性能為:抗拉強度≥ 600MPa,屈服強度≥300MPa,延伸率≥40% ;成品管材900°C的拉伸性能為:抗拉強度≥70MPa,屈服強度≥45MPa,延伸率≥45% ;成品管壓至上下表面之間距離趨于零后,彎曲部位無裂紋存在;依據人工通孔直徑0.30 ±0.05mm樣傷要求,該合金管逐根進行渦流檢驗合格率為> 90% ;內壁逐根進行內窺鏡檢驗,不允許內壁出現劃傷、腐蝕、色斑、折疊等缺陷,檢驗合格率為≥90%。成品管材的內外表面光潔度Ra≤1.0 μ m。
[0042]本發明與現有技術相比具有如下有益效果:
[0043]1.本發明采用2000噸或4000噸的快鍛加1300噸的徑鍛熱聯合的鍛造工藝,對鑄
錠進行開坯,確保了鑄錠粗大組織的完全破碎,生產出具有組織均勻的圓管坯,增大了材料塑性,同時采用熱聯合方式鍛造節約了能源消耗。
[0044]2.本發明采用熱擠壓工藝生產毛管,確保了毛管的內部組織的均勻和外部表面的高質量,生產出的成品管性能更優異。
[0045]3.本發明通過多道次的冷軋和冷拔工藝以及相配套的熱處理工藝,逐步控制管材組織的均勻和細小,確保滿足管材高性能的要求。成品管熱處理后不僅成品管材的顯微組織為等軸晶,晶粒度為擴10級,而且成品管的室溫拉伸性能達到:抗拉強度> 600MPa,屈服強度≥300MPa,延伸率≥40% ;成品管900°C的拉伸性能達到:抗拉強度≥70MPa,屈服強度≥45MPa,延伸率≥45% ;且成品管壓至上下表面之間距離趨于零后,彎曲部位無裂紋存在的聞的綜合性能。
[0046]4.本發明的GH3600合金精細薄壁無縫管的內壁和外壁質量高,通過特別的潤滑工藝和清洗工藝,確保滿足了管材表面質量無缺陷的高要求,成品管的內外表面光潔度Ra ^ 1.0 μ m。
[0047]5.本發明的GH3600合金精細薄壁無縫管,依據人工通孔直徑0.30±0.05mm樣傷要求,該合金管逐根進行渦流檢驗合格率為> 90% ;內壁逐根進行內窺鏡檢驗,不允許內壁出現劃傷、腐蝕、色斑 、折疊等缺陷,檢驗合格率為> 90%。
【具體實施方式】
[0048]下面結合具體實施例對本發明的技術方案進一步詳細描述。
[0049]實施例1
[0050]規格為05.8x().33x38OOmm的GH3600合金精細薄壁無縫管的制備。
[0051 ] I)鑄錠鍛造成中間圓管坯
[0052]采用真空感應冶煉+電渣重熔冶煉的方法,熔煉出化學成分(重量百分比)如下的GH3600合金鑄錠:
[0053]C:0.02%, P: 0.005%, S:0.002%, S1:0.05%, Mn:0.1%,Cr: 14.2%, Fe: 6.2%,Cu::0.02%,Al: 0.15%, Nb:0.5%, T1:0.39%, Mg:0.04%,其余為 Ni 及不可避免的雜質。GH3600合金鑄錠的直徑為0510mm,長度為1500mm,將熔煉好的鑄錠加熱到115(Tll70°C,保溫5飛個小時后,采用2000噸的快鍛壓機進行變形量為45%的鍛造變形,鍛造至中間規格0為380mm的八角,然后熱送至加熱爐進行1150°C的加熱,并保溫2~3小時,最后采用1300噸的徑鍛機鍛造至0240mm黑皮鍛棒,待空冷后車光為0236mm光坯(即中間圓管坯),中間圓管坯的坯料表面光潔度Ra≤1.6 μ m。
[0054]2 )中間圓管坯熱擠壓成毛管
[0055]采用熱擠壓機對步驟I)獲得的0236mm規格的光坯,按照下述步驟的熱擠壓工藝進行毛管熱擠壓,熱擠壓的毛管尺寸為078x8mm。然后在氫氟酸+硝酸酸的混合溶液中快速去除氧化皮和玻璃粉的混合物,并對毛管表面的折疊、裂紋和凹坑進行人工修磨。
[0056]熱擠壓成毛管的步驟如下:
[0057]a)獲得的中間圓管坯先預熱至800°C并保溫;保溫時間為每毫米厚度的坯料保溫
1.(Tl.5 分鐘;
[0058]b)將預熱的中間圓管坯加熱至1150°C并保溫;保溫時間為每厘米厚度的坯料保溫廣3分鐘;
[0059]c)在加熱的中間圓管坯內、外表面均勻涂上玻璃潤滑劑,并在模具擠壓筒內壁涂上玻璃潤滑劑,將涂好潤滑劑的中間圓管坯放入擠壓筒內熱擠壓成毛管;熱擠壓過程中的中間圓管坯的溫度在115(T118(TC范圍內,且熱擠壓過程中控制擠壓比為21,擠壓速度為1OOmm/s ;
[0060]d) 將熱擠壓出的毛管采用水進行快速冷卻;
[0061]e)將冷卻后的毛管在1050-1100?進行固溶處理,固溶處理后保溫,且保溫時間為每毫米管坯厚度保溫廣3分鐘,然后采用水進行快速冷卻;
[0062]f)將固溶處理后的毛管進行氧化皮去除,獲得表面無缺陷的毛管;去除氧化皮時,將毛管置于氫氟酸和硝酸的混合水溶液中快速去除氧化皮和玻璃粉的混合物,并對毛管表面的折疊、裂紋和凹坑進行人工修磨;上述氫氟酸和硝酸的混合水溶液中,氫氟酸的重量百分比濃度為5~8%,硝酸的重量百分比濃度為10-15%。
[0063]3)成品管材的加工
[0064]a)對步驟2)獲得的表面無缺陷的毛管進行2道次開坯軋制,即從
【權利要求】
1.一種GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,包括如下步驟: 1)冶煉、鍛造: 將GH3600合金鑄錠采用真空感應冶煉和電渣重熔冶煉方法進行冶煉,然后鍛造成中間圓管坯;所述GH3600合金鑄錠的化學成分的重量百分比為:C:0.02、.05%,P≤0.015%,S^0.010%, Si ≤ 0.2%, Mn ≤ 1.0%, Cr:14.0 ~17.0%, Fe:6.0 ~10.0%, Cu ≤ 0.50%,Al≤0.35%, Nb:0.3-0.5%, Ti≤0.50%, Mg≤0.04%,其余為Ni及不可避免的雜質; 2)中間圓管坯熱擠壓成毛管: a)將步驟I)獲得的中間圓管坯先預熱至800-1000℃并保溫; b)將預熱的中間圓管坯加熱至1150-1180℃并保溫; c)在加熱的中間圓管坯內、外表面均勻涂上潤滑劑,并在模具擠壓筒內壁涂上潤滑劑,將涂好潤滑劑的中間圓管坯放入擠壓筒內熱擠壓成毛管; d)將熱擠壓出的毛管采用水進行冷卻; e)將冷卻后的毛管在105≤Tll50°C進行固溶處理,然后采用水進行冷卻; f)將固溶處理后的毛管進行氧化皮去除,獲得表面無缺陷的毛管; 3)成品管材的加工: a)將步驟2)獲得的表面無缺陷的毛管進行兩道次開坯冷軋,且每道次冷軋之后均采用再結晶退火對冷軋后的毛管管坯進行熱處理,之后先水冷,再去除氧化皮獲得冷軋熱處理的鋼管;其中,每道次開坯冷軋的變形量為55飛5%,冷軋時的送進量為4-5πιπι/次,且冷軋時采用牛油石灰進行潤滑;每次熱處理后的管材晶粒度控制在61級,熱處理溫度為9700C~1000°C,保溫時間為8~12分鐘; b)將步驟a)獲得的冷軋熱處理后的鋼管再進行一道次冷軋,冷軋后的管材在氫氣保護下進行退火熱處理,然后氣冷;其中,冷軋變形量控制在60-70%,冷軋時的送進量為3~4mm/次,且冷軋時采用軋機潤滑油進行潤滑;退火熱處理后的管材晶粒度控制在7、級,退火溫度為98≤Tl010°C,保溫時間為12~15分鐘; c)將步驟b)獲得的冷軋熱處理后的鋼管進行兩道次連軋,連軋后的管材在氫氣保護下進行退火熱處理,然后氣冷;其中每道次冷軋的變形量控制在40飛0%,冷軋時的送進量為2~3mm/次,且冷軋時采用軋機潤滑油進行潤滑;退火熱處理后的管材晶粒度控制在級,退火溫度為980-1010?,保溫時間為8~10分鐘; d)將步驟c)獲得的冷軋熱處理后的鋼管進行一道次拉拔,拉拔后的管材酸洗以去除表面潤滑劑,然后在真空下進行退火熱處理,之后隨爐冷卻;其中,拉拔的變形量控制在40^45% ;熱處理后的管材晶粒度控制在8、級,熱處理溫度為95≤T980°C,保溫時間為40~60分鐘; e)將步驟d)獲得的熱處理后的鋼管先進行兩道次連軋,再在真空下進行退火熱處理,之后隨爐冷卻;其中,每道次冷軋的變形量控制在20-30%,冷軋時的送進量為2~3mm/次,且冷軋時采用軋機潤滑油進行潤滑;熱處理后的管材晶粒度控制在8、級,熱處理溫度為95≤T980°C,保溫時間為40~60分鐘; f)將步驟e)獲得的熱處理后的鋼管進行最后一道次冷拔,冷拔后的管材用有機溶劑去除表面潤滑劑,在真空下進行退火熱處理,之后隨爐冷卻即可,獲得所述GH3600合金精細薄壁無縫管;其中,冷拔的變形量控制在20-30% ;熱處理溫度為96≤T985°C,保溫時間為50~80分鐘。
2.如權利要求1所述的GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,其特征在于,步驟I)中,所述合金鑄錠的直徑為05丨Omm,長度為1500_。
3.如權利要求1所述的GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,其特征在于,步驟I)中,所述中間圓管坯采用如下步驟的方法制得:先將冶煉好的鑄錠加熱到115(T117(TC并保溫5飛h,再采用2000或4000噸的快鍛壓機對其進行變形量為40~60%的鍛造變形,鍛造至中間規格,然后加熱至114(T115(TC并保溫2~3h,最后采用1300噸的徑鍛機鍛造至黑皮鍛棒,待空冷后車光為所述中間圓管坯。
4.如權利要求1所述的GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,其特征在于,步驟I)中獲得的中間圓管坯的表面光潔度Ra≤1.6 μ m。
5.如權利要求1所述的GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,其特征在于, 步驟2)中的a),預 熱后的中間圓管坯的保溫時間為每毫米厚度的坯料保溫0.5^1.5分鐘; 步驟2)中的b),加熱后的中間圓管坯的保溫時間為每厘米厚度的坯料保溫f 3分鐘; 步驟2)中的e),毛管固溶處理的保溫時間為每毫米管坯厚度保溫f 3分鐘。
6.如權利要求1所述的GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,其特征在于,步驟2)中的c),熱擠壓過程中的中間圓管坯的溫度在115(T118(TC范圍內;熱擠壓過程中控制擠壓比為5-25,擠壓速度為10(T200mm/s。
7.如權利要求1所述的GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,其特征在于,步驟2)中的C),所述潤滑劑采用玻璃潤滑劑。
8.如權利要求1所述的GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,其特征在于,步驟2)中的f),去除氧化皮時,將毛管置于氫氟酸和硝酸的混合水溶液中快速去除氧化皮和玻璃粉的混合物,并對毛管表面的折疊、裂紋和凹坑進行人工修磨;所述氫氟酸和硝酸的混合水溶液中,氫氟酸的重量百分比濃度為5、%,硝酸的重量百分比濃度為10-15%。
9.如權利要求1所述的GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,其特征在于,步驟3)中的a),采用氫氟酸和硝酸的水溶液對退火后的毛管管還進行氧化皮去除,然后進行高壓水沖洗;所述氫氟酸和硝酸的混合水溶液中,氫氟酸的重量百分比濃度為5~8%,硝酸的重量百分比濃度為10~15%,酸洗溫度為5(T80°C。
10.如權利要求1所述的GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,其特征在于,步驟3)中的d)和f),拉拔時,對鋼管先進行烘烤再檫MtjS2粉末和氯化石蠟的混合物進行濕拉。
11.如權利要求1所述的GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,其特征在于,步驟3)中每次熱處理后的鋼管的矯直彎曲度< 1.5mm/M,矯直后的鋼管表面不允許有矯癟、檫傷、麻點及影響質量的矯直痕跡。
12.如權利要求1所述的GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,其特征在于,步驟3)中的f),鋼管管材最后一道次冷拔后且熱處理前先用清洗液循環清洗,再采用壓縮空氣沖去水。
13.如權利要求1-12任一所述的GH3600合金精細薄壁無縫管的制造方法,其特征在于,獲得的GH3600合金精細薄壁無縫管,其顯微組織為等軸晶,晶粒度為擴10級;成品管材的室溫拉伸性能為:抗拉強度≥600MPa,屈服強度≥300MPa,延伸率≥40% ;成品管材900°C的拉伸性能為:抗拉強度≥70MPa,屈服強度≥45MPa,延伸率≥45%。
【文檔編號】C22F1/10GK103962411SQ201310039002
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月31日 優先權日:2013年1月31日
【發明者】歐新哲, 袁衛昌 申請人:寶鋼特鋼有限公司