CN114635023B - 一种马氏体耐热钢坯料的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种马氏体耐热钢坯料的生产方法，属于耐热钢热加工技术领域。本发明的生产方法包括如下工序：1)电渣锭均匀化热处理，为减小热应力，设计了专用的台阶型加热曲线；2)电渣锭锻造加热；3)采用镦粗装置，进行三次以上的镦粗+拔长锻造；4)退火热处理；5)调质热处理。本发明提供的一种马氏体耐热钢坯料生产方法，通过均匀化热处理、加热工艺、锻造工艺、退火工艺及调质热处理工艺，可以得到组织均匀，性能优良，焊接工艺良好的马氏体耐热钢G115坯料。

Description

一种马氏体耐热钢坯料的生产方法

技术领域

本发明属于热加工技术领域，主要涉及一种新型马氏体耐热钢(G115)坯料的生产方法。

背景技术

火力发电是我国能源结构的重要组成部分，火电机组参数的提高直接关系到节能减排。火电机组的参数最主要的就是蒸汽的温度和压力，目前我国主力火电机组的参数是600℃超超临界机组，其装机容量在全球排名第一，但该参数的机组已经不能满足我国对绿水青山的美丽中国环境的高质量要求，迫切需要发展新一代高参数先进超超临界机组。因此630℃超超临界机组的建设就迫切的提上了日程，比如大唐集团的郓城630℃超超临界示范电站已经获得国家能源局的审批。630℃超超临界机组对材料的高要求主要体现在高温持久强度、长时高温时效后组织的稳定性、抗高温蒸汽的氧化性能等。鉴于现有的600℃超超临界机组的耐热钢P92的性能已经不能满足630℃超超临界机组的要求，在此种情况下，更高性能的9Cr-3W-3CoVNbCuBN的新型马氏体耐热钢就应用而生，该马氏体耐热钢的牌号为G115，是一种新型马氏体耐热钢，采用了复合强化的设计理念，具有优异的高温持久强度、长时高温时效后组织的稳定性和抗氧化性能，其综合性能远远优于P92；但优异的性能也带来了一定的加工难度，传统的类似P92的热加工和热处理工艺，已完全不能适用于G115，所以本发明提出了一种全新的马氏体耐热钢G115坯料的生产方法。

现有技术中也有涉及G115的相关研究，具体情况如下：

中国专利号CN103045962B是G115的发明专利，主要涉及G115的成分设计、强化理念、制造方法、性能特点等方面，未涉及G115管坯/锻件的生产方法。

中国专利CN108998650A涉及630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管制造方法，该专利只涉及G115大口径厚壁无缝钢管的制管工艺，并无管坯生产工艺，北方重工也是G115研发团队成员之一，主要利用宝武特冶(原宝钢特钢)生产的G115管坯，在其3.6万吨挤压机上完成挤压制管的生产工序。

中国专利CN108950148A涉及一种提高G115大口径厚壁管径向组织和性能均匀性的方法，但并未涉及G115管坯/锻件的生产方法。

中国专利CN106119488A涉及一种P91合金钢的锻造加热工艺，不涉及与G115锻造及加热相关的工艺方法，对G115的锻造工艺并无参考价值。

上述现有技术中所生产的G115马氏体耐热钢，在组织均匀性、拉伸和冲击性能、焊接热影响区显微缺陷解决等方面，都存在一些问题，无法满足实际相关企业标准和行业标准，尚不能在630℃超超临界示范电站工程中应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种马氏体耐热钢G115坯料的生产方法，首次全面解决大规格G115管坯/锻件工业化大生产和工程应用中遇到的一系列问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种马氏体耐热钢坯料的生产方法，包含如下步骤：

S1、对马氏体耐热钢电渣锭进行均匀化热处理；

S2、将步骤S1得到的产物进行锻造加热；

S3、将步骤S2得到的产物在6000吨进行快锻机中进行锻造；

S4、将步骤S3得到的产物进行退火热处理；

S5、将步骤S4得到的产物进行调质热处理，得到所述马氏体耐热钢坯料。

作为优选方案，步骤S1中所述的均匀化热处理具体包括如下操作：

在马氏体耐热钢电渣锭的表面喷涂防氧化涂料后，以50～80℃/h的速率升温至600～650℃，保温5～8h，继续以50～80℃/h的速率升温至1000～1050℃，保温3～5h，继续以50～80℃/h的速率升温至1200～1250℃，保温不少于80h，保温结束后，炉冷至700～1000℃。

作为优选方案，步骤S2中所述的锻造加热具体包括如下操作：

将步骤S1得到的产物以50～100℃/h的速率加热至1140～1180℃，保温时间不低于0.5min/mm。

作为优选方案，所述步骤S3中，将快锻机的上砧和下砧预热至砧面温度不低于500℃后，至少镦粗拔长3火次，控制开锻温度为1050～1100℃，终锻温度为850～900℃。

作为优选方案，所述步骤S3中，每火次镦粗过程中，以18～20mm/s的压下速度进行镦粗，镦粗至电渣锭原高度的1/2后，以每次50～70mm的压下量开始拔长，以每次压下量增加10～15mm的幅度增大压下量至100～120mm，压下5～8次，拔长至900～1000mm八角，在1140～1180℃下进行回炉加热，保温时间≥3小时，最后一火次镦粗后摔圆成材，在850～900℃下终锻。

作为优选方案，所述步骤S3中，每火次镦粗过程中，以18～20mm/s的压下速度进行镦粗，镦粗至电渣锭原高度的1/2后，以每次50～70mm的压下量开始拔长，以每次压下量增加10～15mm的幅度增大压下量至100～120mm，压下5～8次，拔长至900～1000mm八角，在1140～1180℃下进行回炉加热，保温时间≥3小时，最后一火次镦粗后采用错砧锻造，在850～900℃下终锻。

作为优选方案，所述步骤S4中所述的退火热处理具体包括如下操作：

将所述步骤S3得到的产物在锻造完成2h内进行退火，退火温度控制为750～850℃，退火时间不低于1.5min/mm，退火结束后，炉冷至100℃以下，随炉冷却，出炉空冷。

作为优选方案，所述步骤S5中所述的调质热处理具体包括如下操作：

将所述步骤S4得到的产物以50～80℃/h的速率，升温至900～1000℃，保温至少2h后，继续以50～80℃/h的速率升温至1050～1090℃，进行正火，正火时间不低于0.6min/mm；

将正火后的产物以50～80℃/h的速率升温760～790℃，进行回火，回火时间不低于1.6min/mm。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的G115管坯/锻件的生产方法，是一种能够在工业化大生产中成功实施的方法，根据上述方法生产的G115管坯和锻件，有效的消除了大规格管坯和锻件的宏观偏析和富钨相的微观大块偏聚，得到组织均匀，性能优良，焊接工艺良好的G115管坯和锻件，其各项性能指标均满足企业标准《Q/OAPD 2753—2017电站用新型马氏体耐热钢08Cr9W3Co3VNbCuBN(G115)管坯与型材》的要求，并用此方法生产的管坯经制管加工后，可以满足企业标准《Q/OAPD 2253—2017电站用新型马氏体耐热钢08Cr9W3Co3VNbCuBN(G115)无缝钢管》和行业标准《CSTM00017-2017电站用马氏体耐热钢08Cr9W3Co3VNbCuBN(G115)无缝钢管》的要求，经过用户和相关科研院所的全面性能评估和焊接评估，性能合格，最主要的是解决了早期G115生产方法生产的G115存在焊接热影响区显微缺陷的问题，具备了在630℃超超临界示范工程应用的条件。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例1中电渣锭均匀化热处理曲线示意图；

图2为本发明实施例1中锻造加热曲线示意图；

图3为本发明实施例1中管坯退火热处理曲线示意图；

图4为本发明实施例4中锻件调质热处理正火曲线示意图；

图5为本发明实施例4中锻件调质热处理回火曲线示意图；

图6为本发明实施例1中低倍组织照片；

图7为本发明实施例1中金相组织照片；

图8为本发明实施例1中扫描电镜形貌照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

一种马氏体耐热钢G115管坯/锻件的生产方法，包括以下工艺流程：

一、电渣锭均匀化热处理；

二、电渣锭锻造加热；

三、6000吨快锻机锻造；

四、锻后退火热处理；

五、锻件的调质热处理；

根据本发明的G115马氏体耐热钢管坯/锻件的生产方法，优选的是，步骤一所述电渣锭均匀化热处理包括如下工艺过程：

a.喷涂防氧化涂料，高温均匀化温度高、时间长，会造成厚达10mm的氧化层，影响成材率，喷涂防氧化涂料后，氧化层会降至5mm以下；

b.钢锭装炉，随炉升温，升温速度50～80℃/h；

c.升温至600～650℃，保温5～8小时，使表面和心部温度均匀，防止热应力过大；

d.继续按照50～80℃/h的升温速度升温至1000～1050℃，保温3～5小时，使表面和心部温度进一步均匀，防止热应力过大；

e.继续按照50～80℃/h的升温速度升温至均匀化热处理的目标温度1200～1250℃，保温时间≥80小时(按不同规格的锭型，保温时间可以加长，但不得小于80小时)；

f.为保证温度的均匀性和准确性，每一批料或新的炉子第一次处理时，须装入跟踪热电偶，监测坯料不同位置的实际温度和钢温与炉温的对比；

g.保温结束后，停炉冷却(关闭烧嘴，不打开炉门)，炉冷至700～1000℃；

根据本发明的G115马氏体耐热钢管坯/锻件的生产方法，优选的是，步骤二所述电渣锭锻造加热包括如下工艺过程：

a.升温速度为50～100℃/h；

b.加热温度1140～1180℃；

c.保温时间根据钢锭规格确定(保温时间≥0.5min/mm)，保证钢锭心部温度均匀；

根据本发明的G115马氏体耐热钢管坯/锻件的生产方法，优选的是，步骤三所述6000吨快锻机锻造包括如下工艺过程：

a.上下砧预热，采用加热至800℃以上的废钢，紧贴上下砧，预热≥20分钟，保证砧面温度≥500℃；

b.开锻温度1050～1100℃，终锻温度850～900℃；

c.第一火镦粗，在6000吨快锻机采用特制的镦粗装置(宝钢特钢专利号CN107552699A，一种大型镦粗装置的制造方法)，镦粗至电渣锭原高度的1/2；其中此特制的镦粗装置是带柄的盘状装置，厚度500～700mm，重量约20吨，可以保证镦粗时钢锭上下表面平整，受力均匀(不用移动钢锭，可以一次性完成对13.5吨钢锭的镦粗)，不出现弯曲、倾斜等缺陷；

d.镦粗压下速度为15～25mm/s；

e.拔长至与电渣锭直径接近的八角，其长度为镦粗后长度的1.8～2.5倍，如Φ1000的电渣锭，则拔长至980mm八角；

f.管坯/锻件须反复镦粗拔长三次以上，以便充分破碎大块的富钨相，消除焊接热影响区显微缺陷；

g.每次回炉加热温度1140～1180℃，保温时间≥3小时(具体时间根据中间坯规格确定)；

h.管坯摔圆至成品规格，尺寸公差(-10mm，+20mm)；

i.锻件需镦粗拔长以后，按照图纸设计规格锻造成规定形状，对于单边阶梯型的锻件，须采用错砧锻造的方式进行锻造；

j.最后一火摔圆成材，变形量较小，终锻温度可以放宽至850℃。

根据本发明的G115马氏体耐热钢管坯/锻件的生产方法，优选的是，步骤四所述锻后退火热处理包括如下工艺过程：

a.锻造完成后，2小时内进退火炉；

b.退火温度750～780℃；

c.保温时间根据锭型大小确定(按照不小于1.5min/mm确定退火时间)；

d.保温结束后，炉冷至100℃以下(关闭烧嘴，不打开炉门，随炉冷却)，出炉空冷。

根据本发明的G115马氏体耐热钢管坯/锻件的生产方法，优选的是，步骤e所述锻件的调质热处理包括如下工艺过程：

a.锻件的调制热处理包括正火和回火两道工序；

b.正火升温速度为50～80℃/h，升温至900～1000℃保温≥2小时，然后继续以50～80℃/h的升温速度升温至正火目标温度1050～1090℃，保温时间根据工件最大截面确定(按照不小于0.6min/mm确定正火时间)，出炉后风冷；

回火升温速度为50～80℃/h，升温至回火目标温度760～790℃，回火时间根据工件最大截面确定(按照不小于1.6min/mm确定回火时间)，出炉后空冷。

实施例1

采用Φ1200的电渣锭，先在表面均匀喷涂防氧化涂料，晾干以后装炉，按照图1均匀化热处理曲线装炉加热，以60～70℃/h的升温速度升温至640～660℃，保温6小时，以70～80℃/h的升温速度升温至990～1010℃，保温4小时，以70～80℃/h的升温速度升温至1230～1250℃，保温90小时，炉冷至800℃，不出炉。

在800℃保温12小时后，开始升温，按照图2所示的锻造加热曲线加热。升温速度为80～90℃/h，升温至1160±10℃，保温10小时，出炉锻造第一火。

出炉锻造前用温度为900℃的废钢对6000吨快锻机上下砧预热20分钟，预热结束后测得砧面温度为550℃。第一火镦粗，在6000吨快锻机采用特制的镦粗装置(中国专利CN107552699A，一种大型镦粗装置的制造方法)，镦粗至电渣锭原高度的1/2，镦粗压下速度为18～20mm/s，开始镦粗时测得温度为1080℃(氧化皮掉落后测的真实钢温)，镦粗完成后，开始拔长，开始的压下量控制在每次50～70mm，然后逐渐增大压下量至100～120mm，拔长至1000mm八角，长度2.2m。终锻温度900℃。回炉加热，保温温度1150～1170℃，保温3小时。

第二火与第一火采用同样的工艺，镦粗至原高度的1/2，拔长至1000mm八角，终锻温度900℃。回炉加热，在1150～1170℃保温3小时，出炉锻造第三火。

第三火镦粗至原高度的1/2，拔长至920mm八角，再摔圆至Φ900(-10mm，+20mm)管坯。终锻温度850℃。

锻造完成后1.5小时进退火炉退火，按照图3所示的退火热处理曲线进行加热，退火温度760～780℃，保温时间25小时，炉冷至100℃，共用时50小时，出炉空冷。

管坯的低倍检验结果见表1，夹杂物见表2，晶粒度见表3。图6、图7、图8。图6为管坯的低倍组织照片，由图可见，该管坯宏观组织均匀致密，无中心偏析、锭型偏析、点状偏析和其它目视可见的缺陷；图7为管坯的100倍金相组织照片，由图可见，该管坯为典型回火马氏体组织，原奥氏体晶粒度3.5～4.5级，微观组织均匀；图8为管坯的扫描电镜二次电子相形貌照片，可见无明显的析出相聚集，组织均匀。

实施例2

采用Φ1000的电渣锭，先在表面均匀喷涂防氧化涂料，晾干以后装炉，进行均匀化热处理，以70～80℃/h的升温速度升温至640～660℃，保温5小时，以70～80℃/h的升温速度升温至1010～1030℃，保温3小时，以70～80℃/h的升温速度升温至1220～1240℃，保温85小时，炉冷至900℃，不出炉。

在900℃保温10小时后，开始升温，升温速度为90～100℃/h，升温至1150～1170℃，保温9小时，出炉锻造第一火。

出炉锻造前用温度为900℃的废钢对6000吨快锻机上下砧预热20分钟，预热结束后测得砧面温度为560℃。第一火镦粗，在6000吨快锻机采用特制的镦粗装置(中国专利CN107552699A，一种大型镦粗装置的制造方法)，镦粗至电渣锭原高度的1/2，镦粗压下速度为20～22mm/s，开始镦粗时测得温度为1070℃(氧化皮掉落后测的真实钢温)，镦粗完成后，开始拔长，开始的压下量控制在每次50～70mm，然后逐渐增大压下量至100～120mm，拔长至900mm八角，长度2.3m。终锻温度900℃。回炉加热，保温温度1150～1170℃，保温3小时。

第二火与第一火采用同样的工艺，镦粗至原高度的1/2，拔长至900mm八角，终锻温度900℃。回炉加热，在1160±10℃保温3小时，出炉锻造第三火。

第三火镦粗至原高度的1/2，拔长至900mm八角，再摔圆至Φ850(-10mm，+20mm)管坯。终锻温度850℃。

锻造完成后1.5小时进退火炉退火，退火温度750～770℃，保温时间22小时，炉冷至100℃，共用时47小时，出炉空冷。

管坯的低倍检验结果见表1，夹杂物见表2，晶粒度见表3。

实施例3

采用Φ900的电渣锭，先在表面均匀喷涂防氧化涂料，晾干以后装炉，进行均匀化热处理，以70～80℃/h的升温速度升温至640～660℃，保温5小时，以70～80℃/h的升温速度升温至1010～1030℃，保温3小时，以70～80℃/h的升温速度升温至1210～1230℃，保温80小时，炉冷至900℃，不出炉。

在900℃保温8小时后，开始升温，升温速度为90～100℃/h，升温至1160～1180℃，保温8小时，出炉锻造第一火。

出炉锻造前用温度为900℃的废钢对6000吨快锻机上下砧预热20分钟，预热结束后测得砧面温度为550℃。第一火镦粗，在6000吨快锻机采用特制的镦粗装置(中国专利CN107552699A，一种大型镦粗装置的制造方法)，镦粗至电渣锭原高度的1/2，镦粗压下速度为22～24mm/s，开始镦粗时测得温度为1080℃(氧化皮掉落后测的真实钢温)，镦粗完成后，开始拔长，开始的压下量控制在每次50～70mm，然后逐渐增大压下量至100～120mm，拔长至900mm八角，长度2.0m。终锻温度900℃。回炉加热，保温温度1160～1180℃，保温3小时。

第二火与第一火采用同样的工艺，镦粗至原高度的1/2，拔长至900mm八角，终锻温度900℃。回炉加热，在1160～1180℃保温3小时，出炉锻造第三火。

第三火镦粗至原高度的1/2，拔长至850mm八角，再摔圆至Φ820(-10mm，+20mm)管坯。终锻温度850℃。

锻造完成后1.5小时进退火炉退火，退火温度750±10℃，保温时间21小时，炉冷至100℃，共用时46小时，出炉空冷。

管坯的低倍检验结果见表1，夹杂物见表2，晶粒度见表3。

实施例4

采用Φ1000的电渣锭，先在表面均匀喷涂防氧化涂料，晾干以后装炉，进行均匀化热处理，以70～80℃/h的升温速度升温至640～660℃，保温5小时，以70～80℃/h的升温速度升温至1010～1030℃，保温3小时，以70～80℃/h的升温速度升温至1220～1240℃，保温85小时，炉冷至900℃，不出炉。

在900℃保温10小时后，开始升温，升温速度为90～100℃/h，升温至1150～1170℃，保温9小时，出炉锻造第一火。

出炉锻造前用温度为900℃的废钢对6000吨快锻机上下砧预热20分钟，预热结束后测得砧面温度为570℃。第一火镦粗，在6000吨快锻机采用特制的镦粗装置(中国专利CN107552699A，一种大型镦粗装置的制造方法)，镦粗至电渣锭原高度的1/2，镦粗压下速度为20～22mm/s，开始镦粗时测得温度为1100℃(氧化皮掉落后测的真实钢温)，镦粗完成后，开始拔长，开始的压下量控制在每次50～70mm，然后逐渐增大压下量至100～120mm，拔长至900mm八角，长度2.3m。终锻温度900℃。回炉加热，保温温度1150～1170℃，保温3小时。

第二火与第一火采用同样的工艺，镦粗至原高度的1/2，拔长至900mm八角，终锻温度900℃。回炉加热，在1150～1170℃保温3小时，出炉锻造第三火。

第三火镦粗至原高度的1/2，拔长至900mm八角，终锻温度900℃。回炉加热，在1150～1170℃保温3小时，出炉锻造第四火。

第四火进一步拔长并锻至厚度为700mm，宽度为1100mm的扁坯，终锻温度900℃。回炉加热，在1150～1170℃保温3小时，出炉锻造第五火。

第五火采用错砧锻造的方式，锻造单边台阶型锻件。终锻温度870℃。

锻造完成后1.5小时进退火炉退火，退火温度770±10℃，保温时间18小时，炉冷至100℃，共用时44小时，出炉空冷。

按照图4所示的锻件调质热处理正火曲线进行正火热处理，升温速度为60～70℃/h，升温至940～960℃保温2小时，再以70～80℃/h的升温速度升温至1070～1090℃，保温7小时，出炉风冷至室温。

按照图5所示的锻件调质热处理回火曲线进行回火热处理，升温速度为60～70℃/h，升温至760～780℃，保温19小时，出炉空冷至室温。

锻件的低倍检验结果见表1，夹杂物见表2，晶粒度见表3，力学性能见表4。

表1各实施例的低倍检验结果

	一般疏松	中心疏松	锭型偏析	点状偏析	目视可见的其它缺陷
						实施例1	0.5	0	0	0	0
实施例2	0.5	0	0	0	0
						实施例3	0.5	0	0	0	0
实施例4	0.5	0	0	0	0

表2各实施例的夹杂物

表3各实施例的的晶粒度

表4各实施例4锻件的力学性能

特别说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (1)

1.一种马氏体耐热钢坯料的生产方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1、对G115马氏体耐热钢电渣锭进行均匀化热处理，

所述均匀化热处理具体包括如下操作：

在马氏体耐热钢电渣锭的表面喷涂防氧化涂料后，以50～80℃/h的速率升温至600～650℃，保温5～8h，继续以50～80℃/h的速率升温至1000～1050℃，保温3～5h，继续以50～80℃/h的速率升温至1200～1250℃，保温不少于80h，保温结束后，炉冷至700～1000℃；

S2、将步骤S1得到的产物进行锻造加热，

所述锻造加热具体包括如下操作：

将所述步骤S1得到的产物以50～100℃/h的速率加热至1140～1180℃，保温时间不低于0.5min/mm；

S3、将步骤S2得到的产物在6000吨快锻机进行快锻机中进行锻造，

所述步骤S3中，将快锻机的上砧和下砧预热至砧面温度不低于500℃后，镦粗拔长至少3火次，控制开锻温度为1050～1100℃，终锻温度为850～900℃，

所述步骤S3中，每火次镦粗过程中，以18～20mm/s的压下速度进行镦粗，镦粗至电渣锭原高度的1/2后，以每次50～70mm的压下量开始拔长，以每次压下量增加10～15mm的幅度增大压下量至100～120mm，压下5～8次，拔长至900～1000mm八角，在1140～1180℃下进行回炉加热，保温时间≥3小时，最后一火次镦粗后摔圆成材或采用错砧锻造，在850～900℃下终锻；

S4、将步骤S3得到的产物进行退火热处理，

所述的退火热处理具体包括如下操作：

将所述步骤S3得到的产物在锻造完成2h内进行退火，退火温度控制为750～850℃，退火时间不低于1.5min/mm，退火结束后，炉冷至100℃以下，随炉冷却，出炉空冷；

S5、将步骤S4得到的产物进行调质热处理，得到所述马氏体耐热钢坯料，

所述调质热处理具体包括如下操作：

将所述步骤S4得到的产物以50～80℃/h的速率，升温至900～1000℃，保温至少2h后，继续以50～80℃/h的速率升温至1050～1090℃，进行正火，正火时间不低于0.6min/mm；

将正火后的产物以50～80℃/h的速率升温760～790℃，进行回火，回火时间不低于1.6min/mm。