高溫合金板鍛造工藝

高溫合金板鍛造工藝

冷軋是指在常溫狀態下對材料進行鍛造，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， 亞穩態的奧氏體籌備會發生應變誘導馬氏體相變， 使得鋼的強度和硬度升高、塑性下降，產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，加工硬化效應越來越明顯，材料變得越來越硬。常規熱處理狀態下的 鎳基合金 高溫合金強度和硬度較低，塑性較好，利于鍛造。若對高溫合金不熱處理直接進行冷軋，可大幅降低材料生產成本。對熱處理態和熱軋態的高溫合金強度進行分析，確定試軋工藝參數， 并對試軋成品力學性能進行對比。

　高溫合金不熱處理直接冷軋的可行性分析

　1.1 力學性能分析

　在生產現場對熱軋態和熱軋熱處理態的 鎳基合金 哈氏合金卷取樣品，進行力學性能檢驗，結果對比。對比熱軋態和熱軋熱處理態 鎳基合金 的力學性能可見， 熱軋態與熱軋熱處理態相比，平均屈服強度高 80.9 MPa， 平均抗拉強度高 40.7 MPa，延伸率低 5.7%。

　從力學性能來看，熱處理前后熱軋 鎳基合金 板的強度差異不大，熱軋未熱處理態材料的硬化過程比熱處理狀態快一點，但并不明顯，對冷軋設備的負荷改變不大。

　金相籌備分析對熱軋態和熱軋熱處理態的 鎳基合金 進行取樣，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*回復再結晶。不熱處理的高溫合金也發生了部分回復。

　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，發生動態的晶粒回復和動態再結晶，使得熱軋變形過程中產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下持續一定時間，這個狀態下材料發生晶粒回復和再結晶，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力，可以消除一部分的加工硬化。帶鋼在熱軋空冷后，出現與熱處理處理后類似的特性。

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　綜合力學性能、加工硬化情況和金相籌備，認為目前現場的 鎳基合金 哈氏合金高溫合金，可以嘗試不經熱處理直接冷軋。

　冷軋試驗對未熱處理的 鎳基合金 高溫合金進行冷軋，冷軋機采用輥系多、剛性大的二十輥森基米爾軋機，鍛造過程中通過調整支撐輥的凸度以及一中間輥的軸向控制板形， 投用 ACG 系統控制材料厚度，同時適當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，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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　后續對冷軋后的兩種材料進行固溶熱處理，熱處理溫度在 1 050~1 150 ℃之間進行。固溶熱處理的目的是將析出的碳化物重新溶入奧氏體中，同時將冷軋后的條帶籌備回復再結晶。

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　對冷軋 固溶熱處理的材料進行力學性能檢測原料為熱軋態和熱軋熱處理態的冷軋成品延伸率、屈服強度、抗拉強度均達到標準，但熱軋態的延伸率略低，強度略高。

　對冷軋 固溶熱處理后材料熱軋態與熱軋熱處理態的材料經過冷軋固溶處理后，冷軋時被拉長的纖維籌備重新形核，發生再結晶，晶粒均已*恢復，但熱軋未熱處理材料的晶粒更細。

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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下直接冷軋時，熱軋態的等軸晶變為長方形纖維籌備，同時一部分的變形功以殘余應力和點陣畸變的形式被保留下來，形成再結晶驅動力， 所以熱軋未熱處理的鋼卷經冷軋后更容易進行固溶熱處理；而熱軋熱處理的鋼卷，晶粒會在固溶熱處理時進一步長大。所以熱軋未熱處理的材料在冷軋后固溶熱處理更容易發生，二是熱處理后晶粒更細化。

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

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

　鋼與使用鉻廢鋼爐次在入爐條件相當時，硅耗和石灰消耗基本相當，可達到替代作用。

　=3） 紅泥球。AOD 爐使用紅泥球與在電爐使用本質上是一樣的，都是利用生鐵、鉻鐵中的 Si 元素還原其中的 Fe、Cr、Ni 有價值的金屬。目前 AOD 小批量試驗測算的效益為 1 000 元/t，若能優化入爐條件，在冶煉過程溫度富余的情況下增加使用量，效益將進一步擴大。

　4） 高鎳鋼。AOD 爐使用高鎳鋼試驗結果和理論計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，影響硅耗升高 0.2 kg/t，石灰消耗升高1.0 kg/t，合計影響成本 377 元/爐，折算廢鋼和渣鋼的差價，效益較好。

　5） 高鉻鋼。可*替代鉻廢鋼使用，對指標影響不明顯，效益顯著。