高温合金板锻造工艺

高温合金板锻造工艺

冷轧是指在常温状态下对材料进行锻造，使材料的厚度逐渐减薄的材料加工方法。冷轧的原料一般为热轧热处理后的钢卷。镍基合金 哈氏合金在冷轧过程中， 亚稳态的奥氏体筹备会发生应变诱导马氏体相变， 使得钢的强度和硬度升高、塑性下降，产生了明显的加工硬化。随着锻造道次增多，锻造总变形率加大，加工硬化效应越来越明显，材料变得越来越硬。常规热处理状态下的 镍基合金 高温合金强度和硬度较低，塑性较好，利于锻造。若对高温合金不热处理直接进行冷轧，可大幅降低材料生产成本。对热处理态和热轧态的高温合金强度进行分析，确定试轧工艺参数， 并对试轧成品力学性能进行对比。

　高温合金不热处理直接冷轧的可行性分析

　1.1 力学性能分析

　在生产现场对热轧态和热轧热处理态的 镍基合金 哈氏合金卷取样品，进行力学性能检验，结果对比。对比热轧态和热轧热处理态 镍基合金 的力学性能可见， 热轧态与热轧热处理态相比，平均屈服强度高 80.9 MPa， 平均抗拉强度高 40.7 MPa，延伸率低 5.7%。

　从力学性能来看，热处理前后热轧 镍基合金 板的强度差异不大，热轧未热处理态材料的硬化过程比热处理状态快一点，但并不明显，对冷轧设备的负荷改变不大。

　金相筹备分析对热轧态和热轧热处理态的 镍基合金 进行取样，抛光并使用HCl-FeCl3 溶液侵蚀，金相筹备。由图可见，热处理后的高温合金晶粒已*回复再结晶。不热处理的高温合金也发生了部分回复。

　镍基合金哈氏合金热轧板工艺-1.png

　镍基合金 哈氏合金在热轧过程中，发生动态的晶粒回复和动态再结晶，使得热轧变形过程中产生的加工硬化被不断释放。

　在热轧完成后，由于钢卷依旧带有较高的温度并在高温状态下持续一定时间，这个状态下材料发生晶粒回复和再结晶，拉长的晶粒形核变成等轴晶，消除晶粒拉长形成的显微筹备和残余应力，可以消除一部分的加工硬化。带钢在热轧空冷后，出现与热处理处理后类似的特性。

　镍基合金哈氏合金热轧板工艺-2.png

　综合力学性能、加工硬化情况和金相筹备，认为目前现场的 镍基合金 哈氏合金高温合金，可以尝试不经热处理直接冷轧。

　冷轧试验对未热处理的 镍基合金 高温合金进行冷轧，冷轧机采用辊系多、刚性大的二十辊森基米尔轧机，锻造过程中通过调整支撑辊的凸度以及一中间辊的轴向控制板形， 投用 ACG 系统控制材料厚度，同时适当增加锻造润滑油的流量，以提高材料在锻造过程中的冷却效果。

　锻造****道次时，投用6500 kN 压力，比普通热处理料的压力高 300 kN，但变形率比普通热处理料低 2%，后续的道次，锻造压力均比普通热处理料高，但变形率偏低，同样的锻造总变形率，在锻造力不大幅提高的条件下，不热处理直接锻造的卷比热处理卷多一个锻造道次，说明热轧未热处理料的变形抗力较大。

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　后续对冷轧后的两种材料进行固溶热处理，热处理温度在 1 050~1 150 ℃之间进行。固溶热处理的目的是将析出的碳化物重新溶入奥氏体中，同时将冷轧后的条带筹备回复再结晶。

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　对冷轧 固溶热处理的材料进行力学性能检测原料为热轧态和热轧热处理态的冷轧成品延伸率、屈服强度、抗拉强度均达到标准，但热轧态的延伸率略低，强度略高。

　对冷轧 固溶热处理后材料热轧态与热轧热处理态的材料经过冷轧固溶处理后，冷轧时被拉长的纤维筹备重新形核，发生再结晶，晶粒均已*恢复，但热轧未热处理材料的晶粒更细。

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　两种工艺中析出物的固溶、析出过程相同，但热轧不热处理状态下直接冷轧时，热轧态的等轴晶变为长方形纤维筹备，同时一部分的变形功以残余应力和点阵畸变的形式被保留下来，形成再结晶驱动力， 所以热轧未热处理的钢卷经冷轧后更容易进行固溶热处理；而热轧热处理的钢卷，晶粒会在固溶热处理时进一步长大。所以热轧未热处理的材料在冷轧后固溶热处理更容易发生，二是热处理后晶粒更细化。

　1）镍基合金 热轧未热处理钢卷可以直接进行冷轧，但锻造抗力比热处理态材料要大。

　2）镍基合金 热轧未热处理钢卷冷轧后进行固溶热处理，晶粒可*恢复，且晶粒较细。

　钢与使用铬废钢炉次在入炉条件相当时，硅耗和石灰消耗基本相当，可达到替代作用。

　=3） 红泥球。AOD 炉使用红泥球与在电炉使用本质上是一样的，都是利用生铁、铬铁中的 Si 元素还原其中的 Fe、Cr、Ni 有价值的金属。目前 AOD 小批量试验测算的效益为 1 000 元/t，若能优化入炉条件，在冶炼过程温度富余的情况下增加使用量，效益将进一步扩大。

　4） 高镍钢。AOD 炉使用高镍钢试验结果和理论计算对硅耗和石灰消耗都有一定的影响，每炉使用 3 t 高镍钢时，影响硅耗升高 0.2 kg/t，石灰消耗升高1.0 kg/t，合计影响成本 377 元/炉，折算废钢和渣钢的差价，效益较好。

　5） 高铬钢。可*替代铬废钢使用，对指标影响不明显，效益显著。