CN109985926A - 镍基gh4080a合金盘条的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于特种合金材料的加工及其制造技术领域，具体涉及一种镍基GH4080A合金盘条的生产方法。包括如下步骤：配料→真空感应冶炼→电渣重熔→热处理→锻造开坯→方坯修磨→热处理→轧制线材→在线固溶→精整，本申请用了真空感应熔炉和电渣重溶炉冶炼工艺手段获得电渣锭，电渣重熔采用了适宜的渣系配比以及熔炼氩气保护方法，有效解决了材料中易氧化元素Al、Ti的烧损问题，并显著提高了材料的纯净度，感应电极的Al、Ti保留率由以往的80%左右提高到了96%以上，材料性能提高，达标成品率高，原料成本投入少，生产过程易控制，高温性能好，表面成型好，成材率高，修磨去重量少，可控性好。
Description
技术领域
本发明属于特种合金材料的加工及其制造技术领域，具体涉及一种镍基GH4080A合金盘条的生产方法。
背景技术
近年来，随着内燃机向大功率、低能耗、长寿命、低成本的方向发展，进而对气门材料，尤其是排气门材料，提出了更高的要求，需要良好的高温力学性能、高温抗氧化、耐腐蚀、耐磨性、组织稳定性以及良好的加工性能。
GH4080A在国家标准GB/T 12773-2008《内燃机气阀用钢及合棒材》中化学成分规定如下：C%：0.04-0.10，Si%≤1.0，Mn%≤1.00，P%≤0.020, S%≤0.015,Cr%:18.00-21.00,Cu%≤0.20,Al%:1.00~1.80,Ti%:1.80-2.70,Fe%≤3.00，Co%≤2.00，B≤0.008，Ni%:余量，它以镍-铬为基体，添加Al、Ti形成γ′相弥散强化的高温合金，使用温度700～800℃，在650～850℃具有优良的抗蠕变性能和抗氧化性能,在高温使用时比21-4NWNb具有明显优势，适合制造螺栓、排气阀，主要应用于高档汽车、船舶、坦克等汽油机和柴油机的排气阀等。
由于该材料合金元素含量高，高Al、高Ti，材料热加工温度区间小，整个生产制造难度大，电渣锭与真空感应棒表面质量比较差，中心收孔很深，成材率低，偏析严重，热加工工艺控制稍有不当很容易出现开裂（面裂、角裂）等缺陷，导致产品报废，电渣锭与真空感应棒易不达标，原料投入量大，成本高。目前国内该材料盘条仅有少数产家能生产，而且产品成材率低、成本高、盘重小且质量不稳定。由于GH4080A材料本身的特性，目前市场上也只能生产盘重小的小盘卷，使得生产过程中尽可能地可控，盘重越大制造难度越大，过程变形难控制，整个工艺过程中可控性差，成品率越低。因此很难向市场大批量供货，无法满足国内对高端气阀用钢的需求。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种特种合金材料的加工及其制造技术领域。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种镍基GH4080A合金盘条的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：
一、进行配料：配料包括增碳剂、金属铬原料、金属镍原料、金属铝原料、金属钛原料、硼铁原料
二、真空感应冶炼：将金属铬、金属镍装入真空感应熔炉，增碳剂随炉加入，精炼温度1510～1550℃，精炼时间≥60min；精炼结束后且金属铝、金属钛熔化完全后充Ar加硼铁；测温出钢，出钢温度≥1500℃，浇铸制得真空感应棒；
三、电渣重熔：首先对真空感应棒进行修磨，清除表面缺陷形成感应电极，然后将感应电极与辅助电极焊接在一起装入电渣重熔炉，进行电渣重熔，投入的预熔渣系成分包括CaF2、Al2O3、Cao、MgO，重熔得到电渣锭；
四、热处理：将电渣锭送入加热炉进行热处理，加热炉中预热段温度≤700℃，加热段温度1130-1180℃，加热时间≥20小时，电渣锭内外温差控制到≤20℃；
五、锻造工艺：对热处理后的电渣锭进行锻造，锻造每次下压量控制在30～60（mm），锻造得到方坯。
六、方坯修磨：对方坯进行修磨，然后再进行全PT检验，确保坯料表面无缺陷；
七、热处理：在步进式加热炉中加热，步进式加热炉的预热段≤850℃、加热段温度1140-1180℃、均热段温度1180-1210℃，方坯内外温差控制到≤20℃，加热时间≥3小时；
八、轧制线材：在粗轧机中进行粗轧得到粗轧方坯；对粗轧方坯进行剪头尾后直接进入在线感应加热***，对坯料表面进行温度补偿，感应加热温度设定1080℃-1100℃；然后进入连轧轧制盘条，盘条最后过减定径机；
九、在线固溶：连轧后制得的盘条在轨道上直接送入在线固溶炉，固溶温度1020℃-1060℃，出炉后冷却，集卷。
作为优选，所述步骤一中出钢前还需要进行取样分析微调整主要元素C、Cr、Al、Ti、B的比例，调整到规定比例。
作为优选，所述步骤二中预熔渣系配比为CaF2:Al2O3:Cao:MgO=60:20:10:10；重熔电流7000-7500A，电压35-40V，重熔时间300-360分钟。
作为优选，所述步骤五中电渣锭的开锻温度保证≥1000 ℃，终锻温度保证≥900℃，或电渣锭温度低于900度时则重新回送到步骤四中的加热炉进行加热，同样保证电渣锭内外温差控制到≤20℃，出炉后重新锻的开锻温度同样保证≥1000 ℃。开锻温度即电渣锭初开始锻造的温度，终锻温度即锻造结束的温度，该两组温度控制得当即能较好地控制电渣锭在整个锻造过程中的稳定性，保证锻造质量，锻造成品率高，可控制好。
作为优选，所述步骤五中锻造得到150mm×150mm方坯。
作为优选，所述步骤三和步骤六中对感应锭和方坯修磨为对表面进行全面处理打磨成光亮的全白修磨表面。
作为优选，所述步骤七中方坯的开轧温度≥1100℃，粗轧成品得到97mm×97mm的粗轧方坯。
作为优选，所述步骤七中进入连轧轧制不同规格盘条时高线轧制速度为12-71m/s，盘条从连轧机中出来后的终轧温度控制在1010℃-1050℃。终轧温度控制在1040℃，上述终轧温度保证了热轧态晶粒度均匀。
作为优选，所述步骤九中固溶温度为1020℃-1060℃，固溶时间6-10分钟。采用在线固溶炉技术，来有效控制晶粒级别及极差问题，提高了生产效率并降低了固溶成本。相对于目前离线固溶工艺，生产高效，性能稳定，成本低廉。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.采用了真空感应熔炉和电渣重溶炉冶炼工艺手段获得电渣锭，电渣重熔采用了适宜的渣系配比以及熔炼氩气保护方法，有效解决了材料中易氧化元素Al、Ti的烧损问题，并显著提高了材料的纯净度，感应电极的Al保留率由以往的80%左右提高到了96%以上，感应电极的Ti保留率由以往的80%左右提高到了98%以上，材料性能提高，达标成品率高，原料成本投入少，生产过程易控制，高温性能好，表面成型好，成材率高，修磨去重量少，可控性好。
2.由于盘重大，相应的坯料长度长，坯料在进入连轧机组轧制过程中，头尾温差很大，轧制时材料易开裂，易堆钢，本申请的盘条轧制工艺采用了在线感应加热技术，对坯料表面进行温度补偿，解决了轧制过程表面温度低材料开裂问题，再应用减定径机控制，盘条尺寸精度控制到±0.15mm，有效提升了盘条尺寸精度，为盘条后续磨屑加工环节创造有利条件，减少磨屑量和加工费用，提高产品磨光棒材成材率。
3.通过对电渣锭设计特殊热处理工艺，显著提高了铸坯的整体塑性，改善材料热加工性能。制定了科学合理的GH4080A锻造开坯及盘条轧制工艺，解决了该材料加工开裂、轧制困难等问题，确保了产品的各项指标良好，生产出盘重在1.2吨左右盘条，解决了该材料目前国内不能生产大盘重盘卷技术空白。
4.本申请上述步骤不可分割、配合紧密才使得GH4080A大盘条的整个生产过程中可控制好、生产效率高、成本投入少、锻造比较稳定、成品率高，且得到的GH4080A大盘重盘条具有良好的组织、性能及纯净度等。
具体实施方式
以下是对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例一：
实例：生产镍基GH4080A合金 φ6.5mm盘条。其工艺流程为：配料→真空感应冶炼→电渣重熔→热处理→锻造开坯→方坯修磨→热处理→轧制线材→在线固溶→精整→检验。
具体内容如下：
1、进行配料：配料包括增碳剂、金属铬原料、金属镍原料、金属铝原料、金属钛原料、硼铁原料；公知上述原料中本身会带有一些Si、Mn、P、S、、Cu、 Fe、Co。
2、真空感应冶炼：金属铬、金属镍装炉，增碳剂随炉加入，精炼温度把握在1510～1550℃（出钢的过程中温度也有所浮动，把握在这个区间即可），精炼时间60min；精炼结束后金属铝、金属钛，化清后充Ar加硼铁；取样分析微调成分将主要元素C、Cr、Al、Ti、B调整到位；然后测温出钢，出钢温度≥1500℃（温度可能稍许不均，但保证各位置测得的温度不小于1500即可），出钢钢水测得成分为：C%:0.058，Si%:0.03，Mn%:0.01，P%:0.004， S%:0.0016，Cr%:19.25，Ni%:76.04，Cu%:0.01，Al%:1.51，Ti%:2.44，Fe%:0.28，Co%:0.01，B%:0.0033，浇铸得到重约1.45吨的感应锭。
3、电渣重熔：首先对感应锭进行全白修磨，清除表面缺陷得到感应电极，然后将感应电极与辅助电极焊接在一起，使用预熔渣进行电渣重熔，采用固渣起弧方式，使用氩气保护方式，重熔电流7000A-7500A，电压35-40V，重熔时间336分钟后得到约1.38吨电渣锭，经电渣后主要成分为：C%:0.058，Si%:0.03，Mn%:0.01，P%:0.004, S%:0.0016，Cr%:19.34，Ni%:76.14 Cu%:0.01，Al%:1.46，Ti%:2.40，Fe%:0.26，Co%:0.01，B%：0.0033。
4、热处理：将电渣锭送入加热炉进行热处理，加热炉中预热段温度≤700℃，加热段温度1130-1180℃，加热时间20小时，电渣锭内外温差控制到≤20℃；
5、锻造开坯：电渣锭的开锻温度≥1000 ℃，终锻温度≥900 ℃，电渣锭温度会有浮动且空间上有温差保证上述温度范围即可。锻造每次下压量控制在30～60（mm），锻造得到150mm×150mm方坯，长度约7350mm重量约1.35吨的坯料。电渣锭在锻造过程中温度低于900度时则重新回送到步骤四中的加热炉进行加热，同样保证电渣锭内外温差控制到≤20℃，出炉后重新锻的开锻温度同样保证≥1000 ℃。
6、方坯修磨；对方坯进行全白修磨，然后再进行全PT检验，确保坯料表面无缺陷，同时对方坯进行超声波检验合格后，进行切除头尾，得到尺寸为148mm×148mm，长度约7000mm的方坯转入高线轧制。
7、热处理：在步进式加热炉中加热，步进式加热炉的预热段≤850℃、加热段温度1140-1180℃、均热段温度1180-1210℃，方坯内外温差控制到≤20℃，加热时间3.5小时；
8、轧制线材：在粗轧机中进行粗轧，开轧温度1100℃，得到97mm×97mm粗轧方坯，将97mm×97mm粗轧方坯剪切头后送入在线感应加热***，对坯料表面进行温度补偿，感应加热温度设定1100℃，然后进入连轧，高线轧制速度47m/s，盘条过减定径机，尺寸精度控制±0.15mm，终轧温度控制在1040℃，最后吐丝后盘条平铺在轨道上直接进入在线固溶炉。
9、盘条固溶：采用在线固溶处理技术，固溶温度1040℃，固溶时间6.64分钟，出炉后快速水冷，然后收集卷，在打包。最后得到φ6.5mm盘条，产品性能结果如下：
实施例二：
实例：生产镍基GH4080A合金φ5.5mm盘条。其工艺流程为：配料→真空感应冶炼→电渣重熔→热处理→锻造开坯→方坯修磨→热处理→轧制线材→在线固溶→精整→检验。
具体内容如下：
1、配料：配料包括增碳剂、金属铬原料、金属镍原料、金属铝原料、金属钛原料、硼铁原料；
2、真空感应冶炼：金属铬、金属镍装炉，增碳剂随炉加入，精炼温度1510～1550℃，精炼时间≥60min；精炼结束后金属铝、金属钛，化清后充Ar加硼铁；取样分析微调成分将主要元素C、Cr、Al、Ti、B调整到位；然后测温出钢，出钢温度≥1500℃，出钢钢水成分为：C%:0.056，Si%:0.04，Mn%:0.01，P%:0.005， S%:0.0012，Cr%:19.28，Ni%:76.02，Cu%:0.01，Al%:1.52，Ti%:2.45，Fe%:0.28，Co%:0.01，B%:0.0036，浇铸重约1.45吨的感应锭。
3、电渣重熔：首先对感应锭进行全白修磨，清除表面缺陷得到感应电极，然后将感应电极与辅助电极焊接在一起，使用预熔渣进行电渣重熔，采用固渣起弧方式，使用氩气保护方式，重熔电流7000A-7500A，电压35-40V，重熔时间332分钟后得到约1.39吨电渣锭，经电渣后主要成分为：C%:0.056，Si%:0.03，Mn%:0.01，P%:0.005, S%:0.0012，Cr%:19.32，Ni%:76.08 Cu%:0.01，Al%:1.48，Ti%:2.42，Fe%:0.29，Co%:0.01，B%：0.0036。
4、热处理：将电渣锭送入加热炉进行热处理，加热炉中预热段温度≤700℃，加热段温度1130-1180℃，加热时间≥20小时，电渣锭内外温差控制到≤20℃；
5、锻造开坯：电渣锭的开锻温度≥1000 ℃，终锻温度≥900 ℃，锻造每次下压量控制在30～60（mm），锻造得到150mm×150mm方坯，长度约7350mm重量约1.35吨的坯料。
6、方坯修磨；对方坯进行全白修磨，然后再进行全PT检验，确保坯料表面无缺陷，同时对方坯进行超声波检验合格后，进行切除头尾，得到尺寸为148mm×148mm，长度约7000mm的方坯转入高线轧制。
7、热处理：在步进式加热炉中加热，步进式加热炉的预热段≤850℃、加热段温度1140-1180℃、均热段温度1180-1210℃，方坯内外温差控制到≤20℃，加热时间3小时。
8、轧制线材：在粗轧机中进行粗轧，开轧温度11800℃，得到97mm×97mm粗轧方坯，对粗轧方坯剪切头后进入在线感应加热***，对坯料表面进行温度补偿，感应加热温度设定1100℃，然后进入连轧，高线轧制速度69m/s，盘条过减定径机，尺寸精度控制±0.15mm，终轧温度控制在1010℃，最后吐丝后盘条平铺在轨道上直接进入在线固溶炉。
9、盘条固溶：采用在线固溶处理技术，固溶温度1060℃，固溶时间8分钟，出炉后快速水冷，然后收集卷。最后得到φ5.5mm盘条，产品性能结果如下：
本申请用了真空感应熔炉和电渣重溶炉冶炼工艺手段获得电渣锭，电渣重熔采用了适宜的渣系配比以及熔炼氩气保护方法，有效解决了材料中易氧化元素Al、Ti的烧损问题，并显著提高了材料的纯净度，感应电极的Al保留率由以往的80%左右提高到了96%以上，感应电极的Ti保留率由以往的80%左右提高到了98%以上，材料性能提高，达标成品率高，原料成本投入少，生产过程易控制，高温性能好，表面成型好，成材率高，修磨去重量少，可控性好。由于盘重大，相应的坯料长度长，坯料在进入连轧机组轧制过程中，头尾温差很大，轧制时材料易开裂，易堆钢，本申请的盘条轧制工艺采用了在线感应加热技术，对坯料表面进行温度补偿，解决了轧制过程表面温度低材料开裂问题，再应用减定径机控制，盘条尺寸精度控制到±0.15mm，有效提升了盘条尺寸精度，为盘条后续磨屑加工环节创造有利条件，减少磨屑量和加工费用，提高产品磨光棒材成材率。
通过对电渣锭设计特殊热处理工艺，显著提高了铸坯的整体塑性，改善材料热加工性能。制定了科学合理的GH4080A锻造开坯及盘条轧制工艺，解决了该材料加工开裂、轧制困难等问题，确保了产品的各项指标良好，生产出盘重在1.2吨左右大盘条，解决了该材料目前国内不能生产大盘重盘卷技术空白。
Claims (9)
1.一种镍基GH4080A合金盘条的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：
进行配料：配料包括增碳剂、金属铬原料、金属镍原料、金属铝原料、金属钛原料、硼铁原料；
真空感应冶炼：将金属铬、金属镍装入真空感应熔炉，增碳剂随炉加入，精炼温度1510～1550℃，精炼时间≥60min；精炼结束后且金属铝、金属钛熔化完全后充Ar加硼铁；测温出钢，出钢温度≥1500℃，浇铸制得真空感应棒；
电渣重熔：首先对真空感应棒进行修磨，清除表面缺陷形成感应电极，然后将感应电极与辅助电极焊接在一起装入电渣重熔炉，进行电渣重熔，投入的预熔渣系成分包括CaF2、Al2O3、Cao、MgO，重熔得到电渣锭；
热处理：将电渣锭送入加热炉进行热处理，加热炉中预热段温度≤700℃，加热段温度1130-1180℃，加热时间≥20小时，电渣锭内外温差控制到≤20℃；
锻造工艺：对热处理后的电渣锭进行锻造，锻造每次下压量控制在30～60（mm），锻造得到方坯；
方坯修磨：对方坯进行修磨，然后再进行全PT检验，确保坯料表面无缺陷；
热处理：在步进式加热炉中加热，步进式加热炉的预热段≤850℃、加热段温度1140-1180℃、均热段温度1180-1210℃，方坯内外温差控制到≤20℃，加热时间≥3小时；
轧制线材：在粗轧机中进行粗轧得到粗轧方坯；对粗轧方坯进行剪头尾后直接进入在线感应加热***，对坯料表面进行温度补偿，感应加热温度设定1080℃-1100℃；然后进入连轧制盘条，盘条最后过减定径机；
在线固溶：连轧后制得的盘条在轨道上直接送入在线固溶炉，固溶温度1020℃-1060℃，出炉后冷却，集卷。
2.根据权利要求1所述一种镍基GH4080A合金盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤一中出钢前还需要进行取样分析微调整主要元素C、Cr、Al、Ti、B的比例，调整到规定比例。
3.根据权利要求1所述一种镍基GH4080A合金盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤二中预熔渣系配比为CaF2:Al2O3:Cao:MgO=60:20:10:10；重熔电流7000-7500A，电压35-40V，重熔时间300-360分钟。
4.根据权利要求1所述一种镍基GH4080A合金盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤五中电渣锭的开锻温度保证≥1000 ℃，终锻温度保证≥900 ℃，或电渣锭温度低于900度时则重新回送到步骤四中的加热炉进行加热，同样保证电渣锭内外温差控制到≤20℃，出炉后重新锻的开锻温度同样保证≥1000 ℃。
5.根据权利要求4所述一种镍基GH4080A合金盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤五中锻造得到150mm×150mm方坯。
6.根据权利要求1所述一种镍基GH4080A合金盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤三和步骤六中对感应锭和方坯修磨为对表面进行全处理打磨成光亮的全白修磨。
7.根据权利要求5所述一种镍基GH4080A合金盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤七中方坯的开轧温度≥1100℃，粗轧成品得到97mm×97mm的粗轧方坯。
8.根据权利要求7所述一种镍基GH4080A合金盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤七中进入连轧制盘条时高线轧制速度为45-49m/s，盘条从连轧机中出来后的终轧温度控制在1010℃-1050℃。
9.根据权利要求1所述一种镍基GH4080A合金盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤九中固溶温度为1020℃-1060℃，固溶时间6-10分钟。
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