ES2969316T3 - Método de producción de material laminado de anillo de superaleación a base de Fe-Ni - Google Patents
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Abstract
Se proporciona un método de producción para un material laminado en anillo de aleación súper resistente al calor a base de Fe-Ni que es altamente circular, suprime el AGG y tiene una estructura de grano fino que tiene un número de tamaño de grano ASTM de al menos 8. Método para un material laminado en anillo de una aleación súper resistente al calor a base de Fe-Ni que tiene una composición de aleación 718. Como etapas de laminación de anillos para terminar una materia prima laminada en forma de anillo que tiene la composición mencionada anteriormente, el método de producción implica calentar la materia prima laminada en anillos a una temperatura de 900°C-980°C y realizar laminación de anillos de acabado en la materia prima laminada en anillos, calentando el material laminado en anillos de acabado a una temperatura de 980°C-1010°C, y usando un expansor de anillos para expandir el material laminado en anillos y corregir la elipticidad del mismo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método de producción de material laminado de anillo de superaleación a base de Fe-Ni
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método para producir un material laminado de anillo de una superaleación a base de Fe-Ni.
Antecedentes de la técnica
La aleación 718 es una superaleación que tiene excelentes propiedades mecánicas y, en consecuencia, se ha utilizado más ampliamente para partes de turbinas de motores de aeronaves. Debido a que se requiere una alta resistencia a la fatiga para partes giratorias formadas a partir de la Aleación 718 que se utiliza para motores de aviones, se requiere que la Aleación 718 que constituye las partes tenga una estructura de grano fino. Por ejemplo, en el caso de una parte giratoria en forma de anillo, normalmente se prepara un tocho a partir de un lingote, y luego éste se somete a forjado en caliente, laminado de anillo y forjado con troquel cerrado; y en la parte giratoria se crea una estructura de grano fino, para lo cual se utiliza un efecto de fijación de una fase delta. Por otro lado, desde el punto de vista del coste de producción, es deseable que una forma convertida mediante forjado con troquel cerrado sea una forma en la que el exceso de espesor de un producto se haga lo más delgado posible y, por esta razón, se requiere una circularidad especialmente alta para el material en forma de anillo para el forjado con troquel cerrado, que se suministra al forjado con troquel cerrado.
Sin embargo, cuando se prepara el material en forma de anillo para el forjado con troquel cerrado, si se realiza la corrección de circularidad para obtener un alto grado de circularidad, existe el caso en el que se produce el llamado crecimiento anormal del grano (en lo sucesivo denominado "AGG " en algunos casos), que es un fenómeno en el que, mientras el material se calienta posteriormente a una temperatura de forjado con troquel cerrado, los granos se vuelven rápidamente gruesos más allá de la fijación de la fase delta. Debido a la aparición del AGG, hay un caso en el que el tamaño del grano se vuelve más grueso 10 veces o más; y el grano no puede refinarse completamente en el paso de forjado con troquel cerrado y, como resultado, surge el problema de que quedan granos gruesos en el producto y las propiedades de fatiga se ven muy perjudicadas. Como método para evitar el AGG, en el Documento de Patente 1, por ejemplo, se describe que una condición es efectiva como condición de trabajo en caliente, que satisface la siguiente Expresión (1) o (2) entre una tensión efectiva y una rata de tensión efectiva.
[tensión efectiva] > 0 .1 3 9 x [rata de tensión efectiva (/se g )] '°30 (1)
[tensión efectiva] < 0 .0 17x[rata de tensión efectiva ( /se g )] '°34 (2)
Lista de documentos de referencia
Documento de patente
Documento de patente 1: JP 5994951 B
Resumen de la invención
Problema que va a resolver la invención
La invención descrita en el Documento de Patente 1 es excelente porque el AGG se puede prevenir mediante la condición representada por la Expresión (1) o (2), en el primer trabajo en caliente. Sin embargo, no es práctico desde el punto de vista de la capacidad de prensado aplicar la tensión efectiva que satisface la expresión (1) a toda la región del material en forma de anillo para el forjado con troquel cerrado, sólo mediante el paso de corrección de circularidad. Por otro lado, es difícil controlar la aplicación de la tensión efectiva que satisface la expresión (2) al material en forma de anillo para el forjado con troquel cerrado, porque la tensión que queda en el material laminado de anillo al final del laminado de anillo es no uniforme. Por lo tanto, aunque se han considerado formas de prevenir el AGG independientemente mediante cada uno de los dos pasos del paso de laminado de anillo y el paso de corrección de circularidad, ha sido difícil resolver el problema de la aparición de AGG durante el calentamiento del troquel cerrado para la temperatura de forjado.
Un objeto de la presente invención es proporcionar un método para producir un material laminado de anillo de una superaleación a base de Fe-Ni, que tenga una alta circularidad, pueda inhibir el AGG y pueda inhibir el crecimiento del grano.
Medios para resolver el problema
La presente invención se ha realizado a la luz del problema descrito anteriormente. Específicamente, la presente invención proporciona un método para producir un material laminado de anillo de una superaleación a base de Fe-Ni que tiene una composición que incluye, en % en masa, hasta 0.08 % de C, 50.0 a 55.0 % de Ni, 17.0 a 21.0 % de Cr, 2.8 a 3.3% de Mo, 0.20 a 0.80% de Al, 0.65 a 1.15% de Ti, 4.75 a 5.50% de Nb+Ta, hasta 0.006% de B, y el resto de Fe con impurezas inevitables, mediante laminado de anillo, comprendiendo el método:
un paso de acabado del laminado de anillo, como paso final del laminado de anillo, de calentar un material para el laminado de anillo en un intervalo de temperatura de 900 a 980°C, y expandir un diámetro del material para el laminado de anillo y también presionar el material para el laminado de anillo en una dirección axial del mismo usando un laminador de anillo que tiene un par de rodillos de laminado que incluyen un rodillo principal y un rodillo de mandril, y un par de rodillos axiales;
un paso de calentamiento para calentar un material laminado de anillo que se ha laminado mediante el paso de laminado de anillo de acabado, en un intervalo de temperatura de 980 a 1010°C; y
un paso de corrección de circularidad para mejorar la circularidad del material laminado de anillo que se ha calentado mediante el paso de calentamiento, mientras se expande el diámetro del material laminado de anillo usando un expansor de anillo que incluye un cono de expansión de tubos y un troquel de expansión de tubos,
en el que, en el paso de corrección de circularidad, una rata de expansión de diámetro para un diámetro exterior del anillo del material laminado de anillo es de hasta 0.8%; y en el que el método comprende además un paso intermedio de laminado de anillo, como paso previo al paso de laminado de anillo de acabado, de calentar el material para laminado de anillo a una temperatura superior a 980 °C y hasta 1010 °C, y expandir un diámetro del material para laminando de anillo que ha sido calentado a la temperatura, y también presionando el material para laminado de anillo en una dirección axial del mismo usando un laminador de anillo que tiene un par de rodillos de laminado que incluyen un rodillo principal y un rodillo de mandril, y un par de rodillos axiales.
Efectos de la invención
De acuerdo con la presente invención, se puede obtener el material laminado de anillo de la superaleación a base de Fe-Ni, que tiene una alta circularidad, inhibe el AGG e inhibe el crecimiento del grano. Por ejemplo, se puede mejorar la fiabilidad de las características de fatiga de las partes de turbinas y similares de los motores de aeronaves, para los que se utiliza este material laminado de anillo.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una fotografía de la microestructura de un material laminado de anillo al que se ha aplicado un método para producir el material laminado de anillo de la presente invención.
La FIG. 2 es una fotografía de la microestructura de un material laminado de anillo de un Ejemplo Comparativo en el que se ha producido un crecimiento anormal del grano.
Modo de realizar la invención
La característica más importante de la presente invención es prevenir el AGG optimizando las condiciones de un paso de laminado de anillo y un paso de corrección de circularidad de un material laminado de anillo. El AGG se produce en el tratamiento térmico después de que se ha aplicado una tensión baja hasta un estado inicial en el que no queda ninguna tensión. El concepto técnico de la presente invención para inhibir la aparición de AGG es el siguiente.
En un estado en el que la tensión se almacena suficientemente mediante laminado de anillo, la tensión almacenada en un material laminado de anillo se reduce lo más cerca posible de cero mediante recristalización estática debida al tratamiento térmico. Si la corrección de circularidad (aplicación de baja tensión) se realiza desde este estado, se puede evitar el AGG.
La composición de aleación prescrita en la presente invención se conoce como la de una aleación NCF718 (superaleación a base de Fe-Ni) de acuerdo con el documento JIS-G4901 y, en consecuencia, se omitirá la descripción de la composición. En lo sucesivo, la aleación NCF718 se denominará simplemente "Aleación 718". La composición de la Aleación 718 puede incluir elementos en un intervalo de hasta 0.35% de Si, hasta 0.35% de Mn, hasta 0.015% de P, hasta 0.015% de S y hasta 0.30% de Cu, además de cada elemento que se prescribe en la presente invención.
Pasos de laminado de anillo
En primer lugar, se describirá el "paso de laminado de anillo de acabado", que es característica de la presente invención. El "paso de laminado de anillo de acabado" es el paso final de los pasos de laminado de anillo.
Se prepara un material para laminado de anillo para el paso de acabado de laminado de anillo, que tiene una composición de Aleación 718, y el material para laminado de anillo se calienta en un intervalo de temperatura de 900 a 980°C. Luego, usando un laminador de anillos que tiene un par de rodillos de laminado compuestos por un rodillo principal y un rodillo de mandril, y un par de rodillos axiales, se realiza el laminado de anillo de acabado que expande un diámetro del material calentado para el laminado de anillo y también presiona el material para el laminado de anillo en su dirección axial.
La aparición de AGG en la Aleación 718 se confirmó como un fenómeno en el que cuando se introduce una tensión baja en la Aleación 718 que tiene una estructura de grano fino, los granos crecen notablemente más allá de la fijación durante el tratamiento térmico posterior. Como se describió anteriormente, es difícil controlar la introducción de una ligera tensión para evitar la aparición del AGG en el paso de corregir la circularidad del material laminado de anillo, porque la tensión permanece con una distribución en el material laminado de anillo en el momento en el que el laminado de anillo ha finalizado. Sin embargo, si el material laminado de anillo se lleva a un estado en el que se almacena suficiente tensión en el material laminado de anillo en el paso de laminado de anillo de acabado, y luego se recalienta, es posible reducir la tensión almacenada tanto como sea posible en todo el material laminado de anillo debido a la aparición de recristalización estática. De este modo, resulta posible, por ejemplo, controlar la aplicación de una tensión baja limitada en el paso de corrección de circularidad, y es posible evitar la aparición de AGG. Por consiguiente, en el paso de acabado de laminado de anillo, la temperatura de calentamiento del material para el laminado de anillo se fija en un intervalo de 900 a 980°C, y el material laminado de anillo se somete al laminado de anillo. De este modo, se inhibe la recristalización durante el laminado de anillo, se controla que el material laminado de anillo en el momento en que finaliza el laminado de anillo tenga una estructura no recristalizada o parcialmente recristalizada, y la tensión permanece en el material laminado de anillo. Si la temperatura de calentamiento excede los 980°C, se promueve la recristalización durante el laminado de anillo y la tensión no puede almacenarse suficientemente en el material laminado de anillo. Por otra parte, si la temperatura de calentamiento es inferior a 900°C, la recristalización se inhibe casi por completo, pero la carga de laminado se vuelve notablemente alta, lo que dificulta el laminado de anillo. En consecuencia, la temperatura de calentamiento del material para laminado de anillo se fija entre 900 y 980°C. El límite inferior de la temperatura de calentamiento es preferiblemente 910°C, y más preferiblemente 920°C. El límite superior de la temperatura de calentamiento es preferiblemente 970°C, y más preferiblemente 960°C.
El paso de laminado de anillo se puede repetir después del recalentamiento. En este caso, se puede aplicar un "paso de laminado de anillo intermedio" como paso previo al paso de laminado de anillo de acabado.
La razón por la que la temperatura de calentamiento en el paso de laminado de anillo intermedio se fija en un intervalo de más de 980°C a 1010°C o menos es para obtener una estructura recristalizada suficiente. En un intervalo de temperatura de 980°C o inferior, resulta difícil obtener una recristalización suficiente, y si la temperatura excede los 1010°C, los granos tienden a volverse gruesos. El límite inferior de la temperatura de calentamiento en el paso de laminado de anillo intermedio es preferiblemente 985°C, y es preferible realizar el paso de laminado de anillo a una temperatura mayor que en el paso de laminado de anillo de acabado en al menos 10°C. También es aceptable someter el material para laminado de anillo calentado a una temperatura de calentamiento del paso de laminado de anillo intermedio al laminado de anillo intermedio, y de ese modo crear una estructura de grano fino en el mismo debido a la recristalización promovida, y establecer una temperatura de calentamiento en el momento del laminado final (acabado) del anillo a un intervalo de temperatura de 900 a 980°C, y realizar el laminado de anillo final. En otras palabras, en un caso en el que el calentamiento y el laminado de anillo se realizan varias veces, es aceptable calentar el material para el laminado de anillo en un intervalo de temperatura de 900 a 980°C en el momento en que se realiza el laminado de anillo final (acabado).
Paso de calentamiento
Cuando la tensión permanece en el material laminado de anillo en el paso anterior de laminado de anillo, y la recristalización se genera en todo el material laminado de anillo mediante calentamiento en el paso de calentamiento posterior, resulta fácil controlar la aplicación de la tensión baja, que evita el AGG, en el paso de corregir la circularidad del material laminado de anillo. En consecuencia, el material laminado de anillo se calienta en un intervalo de temperatura de 980 a 1010°C antes del paso de corrección de circularidad. Si la temperatura es inferior a 980°C, no se promueve la recristalización y la tensión almacenada no se puede reducir lo suficiente. Por otro lado, si la temperatura excede los 1010°C, el riesgo de crecimiento del grano es alto y el material laminado de anillo puede volverse inadecuado en términos de la calidad interna de un material rugoso antes del forjado con troquel cerrado. El límite inferior de la temperatura de calentamiento es preferiblemente 985°C, y más preferiblemente 990°C. Además, el límite superior de la temperatura de calentamiento es preferiblemente 1005°C, y más preferiblemente 1000°C.
Paso de corrección de circularidad
El material laminado de anillo calentado en el paso de calentamiento anterior se somete a una corrección de circularidad que utiliza un expansor de anillo que incluye un cono de expansión de tubos y un troquel de expansión de tubos, expande un diámetro del material laminado de anillo calentado mientras presiona el troquel de expansión de tubos contra el lado del diámetro interior del material laminado de anillo, de este modo se corrige la elipticidad y se mejora la circularidad. En el paso de corrección de circularidad, se debe aplicar una tensión tan baja para evitar la aparición del AGG y, en consecuencia, es preferible realizar el paso a una rata de expansión del diámetro de hasta 0.8 % en el diámetro exterior del anillo. La rata de expansión del diámetro es más preferiblemente de hasta 0.6% y aún más preferiblemente de hasta 0.5%. La rata de expansión del diámetro se obtiene mediante [(D<exp>-D<rm>)/D<rm>]x100 [%] (donde D<exp>es un diámetro exterior del anillo después de la corrección de circularidad, y D<rm>es un diámetro exterior del anillo antes de la corrección de circularidad). Debido al paso de corrección de la circularidad, la circularidad del material laminado de anillo se puede controlar hasta 3 mm. A título informativo, la circularidad está determinada por (D<máx>- D<mín>)/2 [mm] (donde D<máx>es el valor máximo de un diámetro exterior del anillo después de la corrección de circularidad y D<mín>es el valor mínimo de un diámetro exterior del anillo después de la corrección de circularidad).
La corrección de circularidad se puede realizar en una pluralidad de pasos separados. En este caso, es aceptable aplicar el paso de calentamiento sólo para la corrección de la circularidad del acabado final; y realizar la corrección de circularidad sin recalentar, en corrección de circularidad antes de eso, o realizar la corrección de circularidad después de recalentar a baja temperatura, para no liberar la tensión almacenada que ha quedado en el anillo rodante. En el caso en el que el material laminado de anillo se recalienta a baja temperatura, la temperatura se fija en 960°C o menos, lo que evita una región de temperatura de envejecimiento de 600 a 760°C. La temperatura de recalentamiento es preferiblemente de 950°C o menor, y más preferiblemente de 940°C o menor.
Cuando el material laminado de anillo anterior de la presente invención se usa como material para forjado en caliente, y se le aplica calentamiento previo al forjado de 980 a 1010°C, se puede formar dicha microestructura para inhibir la aparición del AGG y el crecimiento del grano. El límite inferior de la temperatura de calentamiento antes del forjado es preferiblemente 985°C, y más preferiblemente 990°C. El límite superior de la temperatura de calentamiento es preferiblemente 1005°C, y más preferiblemente 1000°C.
Además, el material laminado de anillo tiene una alta circularidad y, en consecuencia, es adecuado como material para forjado en caliente para forjado con troquel cerrado.
Ejemplos
Ejemplo 1
Se obtuvo un material en forma de anillo para laminado de anillo que se preparó sometiendo un tocho, que tiene una composición química mostrada en la Tabla 1, que corresponde a la de una superaleación a base de Fe-Ni (Aleación 718), para forjado en caliente en un intervalo de temperaturas de 980 a 1010°C, y luego a perforación. Este material para laminado de anillo se calentó a una temperatura de calentamiento en un intervalo de más de 980°C a 1000°C o inferior, y se sometió a laminado de anillo intermedio. A continuación, el material laminado de anillo se calentó a una temperatura de calentamiento de 960°C y después se sometió al laminado de anillo de acabado; y se obtuvo un material laminado de anillo que tenía un diámetro exterior de aproximadamente 1300 mm, un diámetro interior de aproximadamente 1100 mm y una altura de aproximadamente 200 mm. El material laminado de anillo obtenido era ligeramente elíptico. La circularidad excedió aproximadamente 3 mm.
Una vez finalizado el laminado de anillo de acabado, el material laminado de anillo se calentó a una temperatura de calentamiento de 980°C. Luego, el material laminado de anillo se sometió a la corrección de circularidad de modo que la cantidad de expansión del diámetro estuviera en un intervalo de 5 a 10 mm, que utilizó un expansor de anillo que incluía un cono de expansión de tubos y un troquel de expansión de tubos. La rata de expansión del diámetro en este momento era del 0.3%. La circularidad de este material laminado de anillo fue de 1.5 mm después de la corrección de la circularidad. Después de la corrección de la circularidad, el material laminado de anillo se calentó para el forjado con troquel cerrado a 1000°C durante 3 horas, y se preparó un Ejemplo de la presente invención (No. 1). Para comparación, se prepararon Ejemplos Comparativos (Nos. 11 a 14) en los que las temperaturas de calentamiento de los materiales para el laminado que se someterán al laminado de anillo de acabado y las temperaturas de calentamiento de los materiales laminados de anillos que se someterán a la corrección de circularidad se cambiaron. Las temperaturas de calentamiento se muestran en la Tabla 2.
El laminador de anillos que se utilizó para producir el material laminado de anillo tiene la función de expandir el diámetro interior y el diámetro exterior del material para laminado de anillo, mediante el par de laminadores compuestos por el rodillo principal y el rodillo de mandril, y presionar el material para laminar el anillo en su dirección de altura (espesor) mediante el par de rodillos axiales.
Tabla 1
Después de que el material laminado de anillo se haya sometido a calentamiento para el forjado con troquel cerrado, se observaron con un microscopio óptico las microestructuras de todas las secciones transversales de los materiales laminados de anillos en direcciones radiales de los anillos en el Ejemplo de la presente invención y en los Ejemplos Comparativos. El número de tamaño de grano se midió de acuerdo con el método definido en ASTM E112 y los resultados se muestran en la Tabla 2. En No.1 de la presente invención, después de calentar a 1000°C, lo que supone el forjado con troquel cerrado, se obtuvo una estructura de grano fino que tenía un número de tamaño de grano ASTM de 8 o más. Al utilizar un material de grano fino uniforme de este tipo, se puede obtener una buena microestructura incluso después del forjado con troquel para formar un producto final. Por otra parte, en los números 11 a 14 de los Ejemplos Comparativos, se observó una gran cantidad de granos gruesos que tenían un tamaño de grano de 6 o menos. En los números 11, 13 y 14, la temperatura de calentamiento del laminado de anillo de acabado era alta, se producía recristalización durante el laminado y no se almacenaba una cantidad suficiente de tensión; y en consecuencia, no se produjo una recristalización suficiente mediante calentamiento antes de la corrección de circularidad. En el número 12, la temperatura de calentamiento del laminado de anillo de acabado era equivalente a la de la presente invención, y se almacenó suficiente tensión, pero se considera que la temperatura de calentamiento antes de la corrección de circularidad era baja y la recristalización era insuficiente. La FIG. 1 muestra una fotografía de la microestructura del Ejemplo de la presente invención, y la FIG. 2 muestra una fotografía de la microestructura del Ejemplo Comparativo No. 11.
Tabla 2
Como se describió anteriormente, se entiende que cuando se aplica el método de producción de la presente invención, se puede obtener un material laminado de anillo de una superaleación a base de Fe-Ni que tiene una alta circularidad, inhibe el AGG y tiene una estructura de grano fino que tiene un número de tamaño de grano ASTM de 8 o más. Como resultado, el material laminado de anillo anterior de la superaleación a base de Fe-Ni puede mejorar la confiabilidad de las características de fatiga de partes de turbinas y similares de motores de aeronaves.
Claims (1)
1. Un método para producir un material laminado de anillo de una superaleación a base de Fe-Ni que tiene una composición que incluye, en % en masa, hasta 0.08 % de C, 50.0 a 55.0 % de Ni, 17.0 a 21.0 % de Cr, 2.8 a 3.3 % de Mo, 0.20 a 0.80% de Al, 0.65 a 1.15% de Ti, 4.75 a 5.50% de Nb+Ta, hasta 0.006% de B, y el resto de Fe con impurezas inevitables, mediante laminado de anillo, comprendiendo el método:
un paso de acabado del laminado de anillo, como paso final del laminado de anillo, de calentar un material para el laminado de anillo en un intervalo de temperatura de 900 a 980°C, y expandir un diámetro del material para el laminado de anillo y también presionar el material para el laminado de anillo en una dirección axial del mismo usando un laminador de anillo que tiene un par de rodillos de laminado que incluyen un rodillo principal y un rodillo de mandril, y un par de rodillos axiales;
un paso de calentamiento para calentar un material laminado de anillo que se ha laminado mediante el paso de laminado de anillo de acabado, en un intervalo de temperatura de 980 a 1010°C; y
un paso de corrección de circularidad para mejorar la circularidad del material laminado de anillo que se ha calentado mediante el paso de calentamiento, mientras se expande el diámetro del material laminado de anillo usando un expansor de anillo que incluye un cono de expansión de tubos y un troquel de expansión de tubos,
en el que en el paso de corrección de circularidad, una rata de expansión del diámetro para un diámetro exterior de un anillo del material laminado de anillo es de hasta 0.8%; y
en el que el método comprende además un paso de laminado de anillo intermedio, como paso previo al paso de laminado de anillo de acabado, de calentar el material para laminar el anillo a un intervalo de temperatura superior a 980°C y hasta 1010°C, y expandir un diámetro del material para laminado de anillo que se ha calentado en el intervalo de temperatura y también presionando el material para el laminado de anillo en una dirección axial del mismo usando un laminador de anillo que tiene un par de rodillos de laminado que incluyen un rodillo principal y un rodillo de mandril, y un par de rodillos axiales.
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