CN110614338A - Gh4169合金钢圆棒的锻造方法 - Google Patents

Gh4169合金钢圆棒的锻造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种GH4169合金钢圆棒的锻造方法，属于金属材料的锻造加工技术领域。本发明通过合理控制锻造温度、送进速度、旋转角度、锤击频率以及锻造过程表面及心部温差等工艺参数，达到合理控制锻造过程中锻件心部轴向拉应力，增加心部等效应变，增加缩孔焊合率，降低锻件裂纹缺陷，提高锻件质量。同时由于心部等效应变的增加，锻件组织均匀性增加。经试验验证，本发明通过上述锻造方法，将GH4169合金探伤合格率从66.2％提升到78.5％，断面晶粒度差异由原来的3级减小到1.5级以下。本发明通过工艺参数控制，达到提高产品质量的目的，不用改变道次锻造比，无额外成本，具有较好的应用价值。

Description

GH4169合金钢圆棒的锻造方法
技术领域
本发明涉及一种GH4169合金钢圆棒的锻造方法，属于金属材料的锻造加工技术领域。
背景技术
GH4169合金钢是一种耐腐蚀性强的镍基变形高温合金，具有良好的抗氧化、高强度韧性以及良好的机械加工性能。广泛应用于航空发动机、挤压模具、燃气轮机等领域。因为其应用的领域相对高端，所以用户对产品的质量要求高。一般要求晶粒度差异在2级以内，对探伤裂纹等缺陷更是零容忍。GH4169合金钢由于其变形抗力大，合金成分含量高，容易造成较大的热应力及组织转变不均匀的问题，从而导致GH4169合金钢的成材率一直处于很低的水平。
对于GH4169合金钢的锻造质量问题的研究一直在进行。专利文献CN101036931A公开了一种GH4169合金盘形锻件在空气中的近等温锻造方法，其工艺过程为：加热GH4169合金原始棒料到995℃～1005℃后采用墩拔+冲孔+辗轧方法制作GH4169细毛坯，然后加热细晶毛坯到995～1005℃和锻模到950～965℃，同时加热细晶毛坯和锻模保持加热温湿度；在55MN～65MN的锻造压力和0.01s-1～0.05s-1的应变速率下锻模锻压细晶毛坯成形，获得盘形锻件，盘形锻件水冷处理。该方法获得晶粒细小、强度高、形状复杂的GH4169合金盘形锻件。
专利文献CN108160890A公开了一种抑制钢锭热锻墩粗时表面开裂的锻造方法，该方法在钢锭墩粗时中部腰鼓位置的直径大于钢锭端部直径的1.1倍后，将钢锭翻转90°，对钢锭的腰鼓进行轻压，单边压下量为钢锭中部腰鼓位置直径与钢锭端部直径之差的1/4到3/8。将钢锭腰鼓轻压一周，然后再将钢锭翻转90°，回到原来直立位置，继续墩粗。从而抑制钢锭表面开裂。
上述专利文献均未涉及GH4169合金钢在锻造加工圆棒材时的生产工艺，GH4169合金钢圆棒的成材率较低，锻件质量差的问题没有得到解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种GH4169合金钢圆棒的锻造方法，能有效降低GH4169合金圆棒锻造开裂缺陷率，降低中心疏松缩孔对锻材质量的影响，同时还能一定程度上改善锻材的组织均匀性，并提高GH4169合金钢圆棒的成材率。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：GH4169合金钢圆棒的锻造方法，其特征在于，包括如下步骤：
将外直径尺寸为350mm～500mm的圆形铸坯进行加热处理，要求加热后的铸坯整体温度均匀，铸坯表面温度和心部温度均控制在1090℃±20℃以内；
将上述加热后的铸坯出炉进行锻造，锻造工艺为一次加热六趟锻造，锻件成品尺寸为150mm～240mm；
铸坯出炉至第一趟开锻的时间间隔为180s～220s，优选为200s；
第一趟开锻的锻件表面温度控制为930℃±20℃，表面与心部温差控制在130℃～190℃，此处温差通过控制空冷时间达到；表面与心部温差优选按照目标值160℃进行控制；
第一趟锻造过程的送进速度控制在3.0m/s～4.5m/s，优选为3.0m/s；旋转送进角度控制在14.0度/锤～14.5度/锤，优选为14.5度/锤；旋转送进角度与锻造送进速度呈反相关控制，即锻造送进速度越大，旋转送进角度越小；锻造锤击频率控制在100次/分～150次/分；
通过控制旋转送进角度与锻造送进速度，使得第一趟锻造过程的锻造心部轴向理论拉应力小于60MPa；
通过控制旋转送进角度、锻造送进速度与锻造锤击频率，使得第一趟锻造结束时，锻件表面轴向理论温差低于80℃，锻件表面周向理论温差低于30℃；
通过控制锻造频率，使得第一趟锻造过程的锻件表面温升控制在30℃～50℃，心部温升控制在低于10℃；
第一趟锻造完成后，锻造第二趟至第六趟；
第二趟至第六趟的锻造过程中，每趟在开锻时与前一趟的时间间隔均控制在20s～30s，即第二趟开锻时与第一趟的时间间隔、第三趟开锻时与第二趟的时间间隔、第四趟开锻时与第三趟的时间间隔、第五趟开锻时与第四趟的时间间隔、第六趟开锻时与第五趟的时间间隔均控制在20s～30s；每趟的锤击频率均控制在90次/分～120次/分；锻造过程的送进速度控制在3.0m/s～4.5m/s；旋转送进角度控制在14.0度/锤～14.5度/锤。
进一步的是：铸坯进行加热前，进行铸坯质量检测，要求冶金质量合格，疏松缩孔缺陷尺寸不大于15mm。
进一步的是：第一趟锻造过程中，锻件最高温度不超过1120℃。
进一步的是：第二趟至第六趟的锻造过程中，每趟锻造送进速度较前一趟锻造送进速度增加4％～6％，但最大送进速度不大于5.0m/s；每趟的旋转送进角度均控制在14.0度/锤。
本发明的有益效果是：通过合理控制锻造温度、送进速度、旋转角度、锤击频率以及锻造过程表面及心部温差等工艺参数，达到合理控制锻造过程中锻件心部轴向拉应力，增加心部等效应变，增加缩孔焊合率，降低锻件裂纹缺陷，提高锻件质量。同时由于心部等效应变的增加，锻件组织均匀性增加。经试验验证，本发明通过上述锻造方法，将GH4169合金探伤合格率从66.2％提升到78.5％，断面晶粒度差异由原来的3级减小到1.5级以下。本发明通过工艺参数控制，达到提高产品质量的目的，不用改变道次锻造比，无额外成本，具有较好的应用价值。
附图说明
图1是本发明中实施例2与对比例2的低倍组织形貌对比示意图；
图2是本发明中实施例2与对比例2的电镜形貌对比示意图；
图3是本发明中实施例3与对比例3的金相组织对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
本发明包括如下步骤：
将外直径尺寸为350mm～500mm的圆形铸坯进行加热处理，要求加热后的铸坯整体温度均匀，铸坯表面温度和心部温度均控制在1090℃±20℃以内；铸坯整体温度通过加热温度及加热时间进行控制。此外，为保证锻件成品质量，锻造加热前，需进行铸坯质量检测，要求铸坯夹杂等冶金质量合格，疏松缩孔缺陷尺寸不大于15mm。
将上述加热后的铸坯出炉进行锻造，锻造工艺为一次加热六趟锻造，锻件成品尺寸为150mm～240mm。
铸坯出炉至第一趟开锻的时间间隔为180s～220s，优选为200s。
第一趟开锻的锻件表面温度控制为930℃±20℃，表面与心部温差控制在130℃～190℃，此处温差通过控制空冷时间达到；表面与心部温差优选按照目标值160℃进行控制；此处工艺参数控制的目的在于控制锻造节奏，现有技术的常规工艺中并未严格要求锻造节奏，本发明在此处以锻件表面与心部温差作为控制要求。
第一趟锻造过程的送进速度控制在3.0m/s～4.5m/s，优选为3.0m/s；旋转送进角度控制在14.0度/锤～14.5度/锤，优选为14.5度/锤；旋转送进角度与锻造送进速度呈反相关控制，即锻造送进速度越大，旋转送进角度越小；锻造锤击频率控制在100次/分～150次/分；
通过控制旋转送进角度与锻造送进速度，使得第一趟锻造过程的锻造心部轴向理论拉应力小于60MPa；通过控制旋转送进角度、锻造送进速度与锻造锤击频率，使得第一趟锻造结束时，锻件表面轴向理论温差低于80℃，锻件表面周向理论温差低于30℃。通过控制锻造频率，使得第一趟锻造过程的锻件表面温升控制在30℃～50℃，心部温升控制在低于10℃；并且第一趟锻造过程中，锻件最高温度不超过1120℃。温升为锻造发热造成，此处为通过控制锻造频率来控制温升，当温升过大时需要进行一定的降温处理。
第一趟锻造完成后，锻造第二趟至第六趟；由于消除偏析及缩孔基本在第一趟高温锻造完成，后续仅控制不产生异常组织，即控制表面温升。因而，锻造第二趟至第六趟，按正常生产节奏进行锻造，仅需注意控制表面温升，优选按如下方式实施：第二趟至第六趟的锻造过程中，每趟在开锻时与前一趟的时间间隔均控制在20s～30s，即第二趟开锻时与第一趟的时间间隔、第三趟开锻时与第二趟的时间间隔、第四趟开锻时与第三趟的时间间隔、第五趟开锻时与第四趟的时间间隔、第六趟开锻时与第五趟的时间间隔均控制在20s～30s；每趟的锤击频率均控制在90次/分～120次/分；锻造过程的送进速度控制在3.0m/s～4.5m/s；旋转送进角度控制在14.0度/锤～14.5度/锤。此外，第二趟至第六趟的锻造过程中，每趟锻造送进速度可较前一趟锻造送进速度增加4％～6％，但最大送进速度不大于5.0m/s；每趟的旋转送进角度均控制在14.0度/锤。
实施例与对比例
本发明中的实施例与对比例所用锻造机型号为45/50MN快锻机组，对工作压力大于25MN快锻机组均适用。
所采用的铸坯原料化学成分符合国家及行业相关标准即可，实施例与对比例的化学成分范围如表1所示，其余为Fe和不可避免的杂质。
表1GH4169合金化学成分
将不同尺寸的上述成分的铸坯加热到1090℃，断面温度均匀，出炉后200s内，按表2所示的工艺参数开始第一趟锻造。第二趟至第六趟锻造按照正常生产节奏，适当控制锤击频率控制表面温升即可。
表2锻造工艺参数
由表2可以看出，本发明将GH4169合金探伤合格率从66.2％提升到78.5％，断面晶粒度差异由原来的3级减小到1.5级以下。
此外，本发明中实施例2与对比例2的低倍组织形貌对比如图1所示，实施例2与对比例2的电镜形貌对比如图2所示；实施例3与对比例3的金相组织对比如图3所示。由此可以看出，本发明能有效降低GH4169合金圆棒锻造开裂缺陷率，降低中心疏松缩孔对锻材质量的影响，同时还能一定程度上改善锻材的组织均匀性。

Claims (7)

1.GH4169合金钢圆棒的锻造方法，其特征在于，包括如下步骤：
将外直径尺寸为350mm～500mm的圆形铸坯进行加热处理，要求加热后的铸坯整体温度均匀，铸坯表面温度和心部温度均控制在1090℃±20℃以内；
将上述加热后的铸坯出炉进行锻造，锻造工艺为一次加热六趟锻造，锻件成品尺寸为150mm～240mm；
铸坯出炉至第一趟开锻的时间间隔为180s～220s；
第一趟开锻的锻件表面温度控制为930℃±20℃，表面与心部温差控制在130℃～190℃，此处温差通过控制空冷时间达到；
第一趟锻造过程的送进速度控制在3.0m/s～4.5m/s；旋转送进角度控制在14.0度/锤～14.5度/锤；旋转送进角度与锻造送进速度呈反相关控制；锻造锤击频率控制在100次/分～150次/分；
通过控制旋转送进角度与锻造送进速度，使得第一趟锻造过程的锻造心部轴向理论拉应力小于60MPa；
通过控制旋转送进角度、锻造送进速度与锻造锤击频率，使得第一趟锻造结束时，锻件表面轴向理论温差低于80℃，锻件表面周向理论温差低于30℃；
通过控制锻造频率，使得第一趟锻造过程的锻件表面温升控制在30℃～50℃，心部温升控制在低于10℃；
第一趟锻造完成后，锻造第二趟至第六趟；
第二趟至第六趟的锻造过程中，每趟在开锻时与前一趟的时间间隔均控制在20s～30s，每趟的锤击频率控制在90次/分～120次/分；锻造过程的送进速度控制在3.0m/s～4.5m/s；旋转送进角度控制在14.0度/锤～14.5度/锤。
2.如权利要求1所述的GH4169合金钢圆棒的锻造方法，其特征在于：铸坯进行加热前，进行铸坯质量检测，要求冶金质量合格，疏松缩孔缺陷尺寸不大于15mm。
3.如权利要求1所述的GH4169合金钢圆棒的锻造方法，其特征在于：铸坯出炉至第一趟开锻的时间间隔为200s。
4.如权利要求1所述的GH4169合金钢圆棒的锻造方法，其特征在于：第一趟锻造过程中，锻件最高温度不超过1120℃。
5.如权利要求1所述的GH4169合金钢圆棒的锻造方法，其特征在于：第一趟锻造过程的送进速度控制在3.0m/s；旋转送进角度控制在14.5度/锤。
6.如权利要求1所述的GH4169合金钢圆棒的锻造方法，其特征在于：第一趟开锻的锻件表面与心部温差按照目标值160℃进行控制。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的GH4169合金钢圆棒的锻造方法，其特征在于：第二趟至第六趟的锻造过程中，每趟锻造送进速度较前一趟锻造送进速度增加4％～6％，但最大送进速度不大于5.0m/s；每趟的旋转送进角度均控制在14.0度/锤。
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