高溫合金板鍛造工藝

冷軋是指在常溫狀態(tài)下對材料進(jìn)行鍛造，使材料的厚度逐漸減薄的材料加工方法。冷軋的原料一般為熱軋熱處理后的鋼卷。鎳基合金 哈氏合金在冷軋過程中， 亞穩(wěn)態(tài)的奧氏體籌備會(huì)發(fā)生應(yīng)變誘導(dǎo)馬氏體相變， 使得鋼的強(qiáng)度和硬度升高、塑性下降，產(chǎn)生了明顯的加工硬化。隨著鍛造道次增多，鍛造總變形率加大，加工硬化效應(yīng)越來越明顯，材料變得越來越硬。常規(guī)熱處理狀態(tài)下的 鎳基合金 高溫合金強(qiáng)度和硬度較低，塑性較好，利于鍛造。若對高溫合金不熱處理直接進(jìn)行冷軋，可大幅降低材料生產(chǎn)成本。對熱處理態(tài)和熱軋態(tài)的高溫合金強(qiáng)度進(jìn)行分析，確定試軋工藝參數(shù)， 并對試軋成品力學(xué)性能進(jìn)行對比。

　高溫合金不熱處理直接冷軋的可行性分析

　1.1 力學(xué)性能分析

　在生產(chǎn)現(xiàn)場對熱軋態(tài)和熱軋熱處理態(tài)的 鎳基合金 哈氏合金卷取樣品，進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，結(jié)果對比。對比熱軋態(tài)和熱軋熱處理態(tài) 鎳基合金 的力學(xué)性能可見， 熱軋態(tài)與熱軋熱處理態(tài)相比，平均屈服強(qiáng)度高 80.9 MPa， 平均抗拉強(qiáng)度高 40.7 MPa，延伸率低 5.7%。

　從力學(xué)性能來看，熱處理前后熱軋 鎳基合金 板的強(qiáng)度差異不大，熱軋未熱處理態(tài)材料的硬化過程比熱處理狀態(tài)快一點(diǎn)，但并不明顯，對冷軋?jiān)O(shè)備的負(fù)荷改變不大。

　金相籌備分析對熱軋態(tài)和熱軋熱處理態(tài)的 鎳基合金 進(jìn)行取樣，拋光并使用HCl-FeCl3 溶液侵蝕，金相籌備。由圖可見，熱處理后的高溫合金晶粒已*回復(fù)再結(jié)晶。不熱處理的高溫合金也發(fā)生了部分回復(fù)。

　鎳基合金哈氏合金熱軋板工藝-1.png

　鎳基合金 哈氏合金在熱軋過程中，發(fā)生動(dòng)態(tài)的晶粒回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，使得熱軋變形過程中產(chǎn)生的加工硬化被不斷釋放。

　在熱軋完成后，由于鋼卷依舊帶有較高的溫度并在高溫狀態(tài)下持續(xù)一定時(shí)間，這個(gè)狀態(tài)下材料發(fā)生晶粒回復(fù)和再結(jié)晶，拉長的晶粒形核變成等軸晶，消除晶粒拉長形成的顯微籌備和殘余應(yīng)力，可以消除一部分的加工硬化。帶鋼在熱軋空冷后，出現(xiàn)與熱處理處理后類似的特性。

　鎳基合金哈氏合金熱軋板工藝-2.png

　綜合力學(xué)性能、加工硬化情況和金相籌備，認(rèn)為目前現(xiàn)場的 鎳基合金 哈氏合金高溫合金，可以嘗試不經(jīng)熱處理直接冷軋。

　冷軋?jiān)囼?yàn)對未熱處理的 鎳基合金 高溫合金進(jìn)行冷軋，冷軋機(jī)采用輥系多、剛性大的二十輥森基米爾軋機(jī)，鍛造過程中通過調(diào)整支撐輥的凸度以及一中間輥的軸向控制板形， 投用 ACG 系統(tǒng)控制材料厚度，同時(shí)適當(dāng)增加鍛造潤滑油的流量，以提高材料在鍛造過程中的冷卻效果。

　鍛造****道次時(shí)，投用6500 kN 壓力，比普通熱處理料的壓力高 300 kN，但變形率比普通熱處理料低 2%，后續(xù)的道次，鍛造壓力均比普通熱處理料高，但變形率偏低，同樣的鍛造總變形率，在鍛造力不大幅提高的條件下，不熱處理直接鍛造的卷比熱處理卷多一個(gè)鍛造道次，說明熱軋未熱處理料的變形抗力較大。

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　后續(xù)對冷軋后的兩種材料進(jìn)行固溶熱處理，熱處理溫度在 1 050~1 150 ℃之間進(jìn)行。固溶熱處理的目的是將析出的碳化物重新溶入奧氏體中，同時(shí)將冷軋后的條帶籌備回復(fù)再結(jié)晶。

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　對冷軋 固溶熱處理的材料進(jìn)行力學(xué)性能檢測原料為熱軋態(tài)和熱軋熱處理態(tài)的冷軋成品延伸率、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但熱軋態(tài)的延伸率略低，強(qiáng)度略高。

　對冷軋 固溶熱處理后材料熱軋態(tài)與熱軋熱處理態(tài)的材料經(jīng)過冷軋固溶處理后，冷軋時(shí)被拉長的纖維籌備重新形核，發(fā)生再結(jié)晶，晶粒均已*恢復(fù)，但熱軋未熱處理材料的晶粒更細(xì)。

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　兩種工藝中析出物的固溶、析出過程相同，但熱軋不熱處理狀態(tài)下直接冷軋時(shí)，熱軋態(tài)的等軸晶變?yōu)殚L方形纖維籌備，同時(shí)一部分的變形功以殘余應(yīng)力和點(diǎn)陣畸變的形式被保留下來，形成再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力， 所以熱軋未熱處理的鋼卷經(jīng)冷軋后更容易進(jìn)行固溶熱處理；而熱軋熱處理的鋼卷，晶粒會(huì)在固溶熱處理時(shí)進(jìn)一步長大。所以熱軋未熱處理的材料在冷軋后固溶熱處理更容易發(fā)生，二是熱處理后晶粒更細(xì)化。

　1）鎳基合金 熱軋未熱處理鋼卷可以直接進(jìn)行冷軋，但鍛造抗力比熱處理態(tài)材料要大。

　2）鎳基合金 熱軋未熱處理鋼卷冷軋后進(jìn)行固溶熱處理，晶粒可*恢復(fù)，且晶粒較細(xì)。

　鋼與使用鉻廢鋼爐次在入爐條件相當(dāng)時(shí)，硅耗和石灰消耗基本相當(dāng)，可達(dá)到替代作用。

　=3） 紅泥球。AOD 爐使用紅泥球與在電爐使用本質(zhì)上是一樣的，都是利用生鐵、鉻鐵中的 Si 元素還原其中的 Fe、Cr、Ni 有價(jià)值的金屬。目前 AOD 小批量試驗(yàn)測算的效益為 1 000 元/t，若能優(yōu)化入爐條件，在冶煉過程溫度富余的情況下增加使用量，效益將進(jìn)一步擴(kuò)大。

　4） 高鎳鋼。AOD 爐使用高鎳鋼試驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算對硅耗和石灰消耗都有一定的影響，每爐使用 3 t 高鎳鋼時(shí)，影響硅耗升高 0.2 kg/t，石灰消耗升高1.0 kg/t，合計(jì)影響成本 377 元/爐，折算廢鋼和渣鋼的差價(jià)，效益較好。

　5） 高鉻鋼。可*替代鉻廢鋼使用，對指標(biāo)影響不明顯，效益顯著。