CN116926450A

CN116926450A - 一种高Mo镍基耐蚀合金板材的短流程制备方法

Info

Publication number: CN116926450A
Application number: CN202310884143.2A
Authority: CN
Inventors: 王鑫潮; 谷宇; 王岩; 舒玮; 李莎; 韩东; 李吉东
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2023-07-18
Filing date: 2023-07-18
Publication date: 2023-10-24

Abstract

本发明提供了一种高Mo镍基耐蚀合金板材的短流程制备方法，包括如下步骤：(1)铸锭进行均匀化处理和加热保温处理；(2)采用55％以上的压下量对铸锭进行热轧处理，获得热轧板材；(3)热轧板材进行退火处理和酸洗处理。本发明的短流程制备方法具有显著提高生产效率、节约能源、减少碳排放的优点。

Description

一种高Mo镍基耐蚀合金板材的短流程制备方法

技术领域

本发明涉及镍基耐蚀合金板材生产制造技术领域，具体涉及一种高Mo镍基耐蚀合金板材的短流程制备方法。

背景技术

在能源、核电及环保等关乎国计民生的重点领域，对材料的各项使用性能提出了越来越高的要求。镍基耐蚀合金凭借其优良的耐蚀性能被应用于多种极端腐蚀环境中，使其成为了长久不衰的金属耐蚀材料。众多的镍基耐蚀合金中，高Mo镍基耐蚀合金凭借其在氧化性和非氧化性酸中均表现出优异的耐腐蚀性能，受到了国内外研究机构和生产企业的高度重视。

实际生产过程中，热加工指在高于再结晶温度的条件下对金属材料进行塑性加工变形，在此过程中金属材料发生动态软化现象，变形抗力相对较小，容易将铸锭加工成所需的形状和尺寸。镍基合金板材传统的生产工艺路径为真空冶炼→均匀化处理→锻造开坯→热轧成板→酸洗→板材成品，其中的热变形过程包括两个阶段，即是以锻造开坯为代表的初次热加工阶段，以及使用热轧机将锻坯轧制成热轧板为代表的二次热加工阶段。其中，初次热加工阶段每道次工程变形量约为30％，二次热加工阶段则根据产品规格要求设计合理的变形量。

但是，传统生产镍基合金工艺路径需要铸锭开坯+热轧成板两道工序的热加工生产，存在生产流程较长、生产效率及合金成材率较低、铸坯和锻坯的重复加热造成能源浪费等缺点和不足。

针对这些问题，目前继续提供一种低成本高效率生产高Mo镍基耐蚀合金板材的短流程制备方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种高Mo镍基耐蚀合金板材的短流程制备方法，将高Mo镍基合金铸锭直接热轧成板材，减少一道开坯工序，避免了因传统工艺流程长带来的多种困难和问题，可显著提高生产效率，节约能源，减少碳排放。

具体来说，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种高Mo镍基耐蚀合金板材的短流程制备方法，包括如下步骤：

(1)铸锭进行均匀化处理和加热保温处理；

(2)采用55％以上的压下量对铸锭进行热轧处理，获得热轧板材；

(3)热轧板材进行退火处理和酸洗处理。

可选地，所述铸锭以重量百分比计包括：C≤0.01％，Si≤0.08％，Mn≤1.0％，P≤0.04％，S≤0.03％，Cr 14.5％～16.5％，Mo 15.0％～17.0％，W3.0％～4.5％，Fe 4.0％～7.0％，余量为Ni和不可避免的杂质。

可选地，所述铸锭的直径是350mm。

可选地，在步骤(1)中，均匀化处理的温度是1180℃～1220℃，保温时间≥36小时。

可选地，在步骤(1)中，加热保温处理的温度≥1230℃，保温时间≥180分钟。

可选地，在步骤(2)中，热轧包括铸锭先在1150℃以上粗轧至25～55mm，然后在1000℃以上进行精轧。

可选地，在步骤(3)中，退火处理的温度是1180℃～1220℃，时间是48～52分钟。

一种采用上述的短流程制备方法制备的高Mo镍基耐蚀合金板材。

可选地，室温下，所述高Mo镍基耐蚀合金板材的延伸率≥45％、抗拉强度≥750MPa，屈服强度≥350MPa，硬度HRB≤95。

可选地，800℃条件下，所述高Mo镍基耐蚀合金板材的延伸率≥60％、抗拉强度≥500MPa，屈服强度≥175MPa。

由上述技术方案可知，本发明的高Mo镍基耐蚀合金板材的短流程制备方法，至少具有如下有益效果：

本发明通过选择合理的铸坯加热制度，通过热变形过程中的大变形，并且匹配合理的轧制速度和轧制过程中的温度等工艺措施，改善热塑性，降低裂纹产生的敏感性，减小或消除大尺寸析出相，为高Mo镍基耐蚀合金板材的组织控制提供了较好的组织基础。

将铸锭直接大变形热轧生产的短流程制备方法，不仅减少了一道开坯工序，极大地提高了生产效率，节约能源。最终获得高Mo镍基耐蚀合金板材为分布着孪晶的单一的奥氏体组织，具有卓越的高温及室温力学性能。

附图说明

图1显示了利用热力学计算软件Thermol-Calc进行计算得到的高Mo镍基耐蚀合金热力学平衡相图，其中，(a)是相图的原图，(b)是局部放大图。

图2是铸态高Mo镍基耐蚀合金的热加工图，其中，(a)、(b)、(c)和(d)分别对应铸态高Mo镍基耐蚀合金真应变量为0.2、0.4、0.6和0.8(对工程应变量分别约为20％、30％、45％和55％)时的热加工图。

图3是本发明实施例1所生产的高Mo镍基耐蚀合金热板组织形貌。

图4是本发明对比例1所生产的高Mo镍基耐蚀合金热板组织形貌。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

传统生产镍基合金工艺路径存在生产流程较长、生产效率及合金成材率较低、铸坯和锻坯的重复加热造成能源浪费等缺点和不足。近年来，随着大压力热轧机的逐步推广和应用，将合金铸锭直接热轧成板的短流程工艺成为新的可能，而目前对高Mo镍基耐蚀合金尚未有详细的研究应用。本发明提供了一种低成本高生产效率高Mo镍基耐蚀合金的短流程制备方法，是将高Mo镍基合金铸锭直接热轧成板材，减少一道开坯工序，避免了因传统工艺流程长带来的多种困难和问题，可显著提高生产效率，节约能源，减少碳排放。

为了达到上述目的，本发明的主要技术思路为：通过合理的生产工艺，将高Mo镍基耐蚀合金板材的传统二次热变形生产工艺缩短为一次热变形的短流程生产工艺，具体生产流程为真空冶炼→均匀化处理→直接热轧成板→酸洗→板材成品，在降低生产成本的基础上，实现效率的进一步提升。为了确保短流程工艺路径的顺利开发，最终获得高质量且稳定的热板产品，不仅需要对高Mo镍基耐蚀合金铸锭在直接热轧成板过程中的热变形行为进行详细研究，还要针对合金的成分特点，实现前后各工序的科学合理匹配。

本发明提供的短流程制备方法针对的是高Mo镍基耐蚀合金，成分如表1所示。

表1(单位：wt％)

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

W

Fe

Ni

≤0.01

≤0.08

≤1.0

≤0.04

≤0.03

14.5-16.5

15.0-17.0

3.0-4.5

4.0-7.0

余量

从表1可以看出，合金中大量添加了Mo、Cr等耐蚀元素，使合金具备优良的耐蚀能力。然而，与此同时不仅造成合金在凝固、冷却以及在高温环境中长期服役时容易析出大量第二相，严重损害了后续的生产、加工以及最终产品的使用性能，而且大量添加的合金元素使得固溶强化作用非常明显，增加了合金热加工及冷变形的生产难度，对设备能力和工艺控制水平提出了更高的要求。

高Mo镍基耐蚀合金真空冶炼完成后，铸锭中存在大量析出相。图1所示为利用热力学计算软件Thermol-Calc进行计算得到的高Mo镍基耐蚀合金热力学平衡相图。结果表明，合金由液相凝固获得单相奥氏体组织γ相；当温度降至1110℃左右时，奥氏体基体中首先析出M6C相，其含量随温度的降低虽有所增加但始终保持在0.4％以下；当温度降至1030℃以下时从奥氏体组织中析出大量μ相，含量随着温度的降低而不断增加；当温度进一步降至500℃时，μ相平衡含量可达25％以上，成为合金最主要的析出相。这些析出相使合金的热加工温度范围变窄，严重降低了合金的热加工性能，后续开坯过程中极易发生开裂缺陷，因此必须进行合理有效的均匀化处理。综合考虑了高Mo镍基耐蚀合金均匀化过程中元素偏析，析出相回溶以及高温氧化等因素，针对合金Φ350mm电渣锭合理的均匀化工艺参数为1200±20℃下保温36h。

由于对镍基耐蚀合金铸态组织热加工性能的研究较少，并且主要以模拟锻造开坯为主。锻造开坯每道次工程变形量约为30％(对应真应变约为0.36)，无法满足研究直接热轧成板的短流程制备工艺的需要。为此，本发明以高Mo镍基耐蚀合金均匀化处理后的铸坯为研究对象，采用Gleeble-3800热力模拟试验机，进行真应变量为0.8(对工程应变量约为55％)的热压缩试验，构建相应的热变形本构方程和热加工图，为直接热轧成板热加工工艺参数的制定与优化提供理论依据。图2所示为铸态高Mo镍基耐蚀合金真应变量分别为0.2、0.4、0.6和0.8(对工程应变量分别约为20％、30％、45％和55％)时的热加工图。从图中可以看出，失稳区均主要出现在低温高应变速率区域(1000℃/10s^-1)附近；当变形温度不断升高、应变速率不断降低时，失稳区逐渐缩小；当应变量较小时，失稳区面积较大，随着应变量的增加，失稳区面积逐渐缩小并逐渐趋于稳定。实际生产中在热轧初期应尽量采用高温低速轧制，随着变形量的增加轧制速率可逐渐加快，整个热轧过程对温度控制以及节奏匹配的要求极高。

基于发明人的上述研究，本发明提出了一种低成本高效率生产高Mo镍基耐蚀合金板材的短流程制备方法，包括以下步骤：(1)铸锭进行均匀化处理和加热保温处理；(2)采用55％以上的压下量对铸锭进行热轧处理，获得热轧板材；(3)热轧板材进行退火处理和酸洗处理。

在一种优选的实施方案中，本发明的短流程制备方法针对的是直径为350mm的铸锭。本发明的低成本高效率生产高Mo镍基耐蚀合金板材的短流程制备方法包括以下步骤：

(1)首先对铸锭进行均匀化处理，均匀化处理的温度是1180℃～1220℃，保温时间≥36小时。然后进行加热保温处理，加热保温处理的温度≥1230℃，保温时间≥180分钟。

(2)铸坯首先在1150℃以上使用低速率粗轧至25～55mm，之后在1000℃以上高速率进行精轧得到目标厚度热轧板材。

(3)热轧板材进行退火处理，退火处理的温度是1180℃～1220℃，时间是48～52分钟。然后进行酸洗，酸洗的具体操作可以参考现有技术中的相关方案，此处不作赘述。

借助于上述方法，最终获得高Mo镍基耐蚀合金板材为分布着孪晶的单一的奥氏体组织，具有卓越的高温及室温力学性能，室温下延伸率≥45％、抗拉强度≥750MPa，屈服强度≥350MPa，硬度HRB≤95；800℃条件下延伸率≥60％、抗拉强度≥500MPa，屈服强度≥175MPa。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。

首先对实施例中的测试方法进行说明如下：

合金板材的常温拉伸性能按照标准ASTM A370《钢产品力学性能试验方法和定义》进行检测；硬度性能按照标准ASTM E 18《金属材料洛氏硬度标准试验方法》检测洛氏硬度；板材的高温力学性能按照标准ASTM E21《金属材料高温拉伸试验的标准试验方法》进行检测。

实施例1：

本实施例的高Mo镍基耐蚀合金的成分如表2所示。

本实施例的铸锭是采用VIM+ESR二联法工艺生产的高Mo镍基耐蚀合合金铸锭，尺寸规格为Φ350mm×3000mm；

本实施例的高Mo镍基耐蚀合金板材的短流程制备过程如下：

(1)将铸锭在1200℃下保温36h进行均匀化处理，然后，将铸坯加热，温度控制1250℃，并保温210min；

(2)将经过步骤(1)处理的铸锭直接在1150℃以上热轧至50mm，之后在1000～1050℃下进行精轧得到厚度20mm的热轧板材；

(3)将热轧板材在1200℃进行退火热处理50min，酸洗后得到热轧板成品。

对比例1：

本对比例的高Mo镍基耐蚀合金的成分如表2所示。

本对比例的铸锭采用与实施例1相同的方法获得，尺寸规格与实施例1相同。

本对比例采用传统的锻造开坯+热轧成板工艺路径生产热轧板，制备过程如下：

(2)将经过步骤(1)处理的铸锭首先使用快锻机锻造成150mm厚板坯，整个锻造过程需保证铸锭温度保持在1000℃以上，若温度不足需回炉重新在1250℃下保温≥120min；

(3)将经过步骤(2)处理的板坯进行再次加热，温度控制1250℃，保温120min，并使用热轧机将板坯轧制成20mm厚的热轧板材；

(4)将热轧板材在1200℃进行退火热处理50min，酸洗后得到热轧板成品。

表2(单位：wt％)

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	W	Fe	Ni
											标准	≤0.01	≤0.08	≤1.0	≤0.04	≤0.03	14.5-16.5	15.0-17.0	3.0-4.5	4.0-7.0	余量
实施例1	0.007	0.04	0.52	0.008	0.002	15.22	15.56	3.35	6.24	余量
											对比例1	0.007	0.05	0.51	0.007	0.003	15.30	15.52	3.31	6.28	余量

分别对实施例与对比例热轧板进行高温、室温力学性能检测，以及金相组织分析，结果如表3与图3、图4所示。结合表3并参考图3和图4可以看出，本发明实施例1生产的高Mo镍基耐蚀合金热轧板与采用传统工艺路径生产的板材(即对比例1)均为包含大量着孪晶的单一的奥氏体组织，并使用截距法测得二者金相组织的平均晶粒尺寸，可知由于实施例单次变形量更大，使得最终热轧板晶粒较对比例更细小，高温及常温下强度与延伸率均略优于对比例。可见，本发明可以在不降低最终产品质量的前提下，缩短了生产流程，节约了生产时间，降低了成本，且产品性能更优良，从而提高了最终产品的竞争力。

表3

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高Mo镍基耐蚀合金板材的短流程制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)铸锭进行均匀化处理和加热保温处理；

(3)热轧板材进行退火处理和酸洗处理。

2.根据权利要求1所述的短流程制备方法，其特征在于，所述铸锭以重量百分比计包括：C≤0.01％，Si≤0.08％，Mn≤1.0％，P≤0.04％，S≤0.03％，Cr 14.5％～16.5％，Mo15.0％～17.0％，W 3.0％～4.5％，Fe 4.0％～7.0％，余量为Ni和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的短流程制备方法，其特征在于，所述铸锭的直径是350mm。

4.根据权利要求3所述的短流程制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，均匀化处理的温度是1180℃～1220℃，保温时间≥36小时。

5.根据权利要求3所述的短流程制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，加热保温处理的温度≥1230℃，保温时间≥180分钟。

6.根据权利要求3所述的短流程制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，热轧包括铸锭先在1150℃以上粗轧至25～55mm，然后在1000℃以上进行精轧。

7.根据权利要求3所述的短流程制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，退火处理的温度是1180℃～1220℃，时间是48～52分钟。

8.一种采用权利要求1～7任一项所述的短流程制备方法制备的高Mo镍基耐蚀合金板材。

9.根据权利要求8所述的高Mo镍基耐蚀合金板材，其特征在于，室温下，延伸率≥45％、抗拉强度≥750MPa，屈服强度≥350MPa，硬度HRB≤95。

10.根据权利要求8所述的高Mo镍基耐蚀合金板材，其特征在于，800℃条件下，延伸率≥60％、抗拉强度≥500MPa，屈服强度≥175MPa。