[发明专利]一种提高高铬高镍型双相耐热钢热加工塑性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金行业中一种双相钢的热加工工艺方法，具体地，涉及一种提高高铬高镍型双相耐热钢热加工塑性的方法，属于黑色金属材料制造加工技术领域。

背景技术

在高铬铁素体单相耐热钢的基础上，加入一定量的镍，得到一种新的奥氏体-铁素体双相耐热钢，该钢具有合适的铬、镍含量，其室温及高温性能均比原单相耐热钢得到较大的提高和改善，组织及尺寸的稳定性得到增强，特别是由于奥氏体对组织的隔离作用，裂纹的扩展得到有效抑制，热疲劳性能得到大幅度提高，因而是一种较理想的耐热材料。

高铬高镍双相耐热钢的化学成分如表1所示，铸态组织由γ基体(即奥氏体相)和第二相α相(即铁素体相)组成。由于铸态组织的枝晶偏析十分明显，枝晶干和枝晶间组织的差别很大(如图1a)，其枝晶间主要析出相为α相(如图1b)。同时，由于其Ni_eq/Cr_eq(即Ni当量和Cr当量之比)较低，该种成分特征决定了该钢种的平衡α相含量为25％左右。然而，在一般情况下，在强化程度不高的双相钢中，当第二相(即α相)的体积分数超过20％时，该双相钢中原始铸态组织的热加工塑性将显著下降，加之所述高铬高镍双相耐热钢中还含较高的Mo、Ti、Al等固溶强化元素和沉淀强化元素，导致其铸态组织的热塑性很差，致使所述钢种热加工难度较大。

表1高铬高镍双相耐热钢的化学成分

由于α相与γ基体的变形抗力、塑性、再结晶温度相差较大，变形过程中两相界面将产生复杂的多重应力，从而萌生裂纹，并沿这些界面迅速扩展。随第二相α相数量增多、尺寸增大、形貌的复杂化以及相互联接趋势的加大，产生热加工锻造裂纹的几率随之增大。所述锻造裂纹主要沿枝晶间扩展，偏聚于枝晶间互相联接的大块状α相是恶化热加工性能下降的主要原因。

同时，该高铬高镍双相耐热钢有极强烈的σ相，所述σ相为四方结构，在此类钢中σ相常为Fe(Cr，Mo)析出倾向，加之枝晶间Cr、Ti、Al等元素的偏析，其σ相析出倾向更大。根据热力学数据计算出σ相最高稳定温度高达1130℃以上。

多年来，国内相关厂家生产该双相耐热钢棒材过程中，因热加工裂纹造成棒材大量报废。尤其是终锻温度低于1000℃时，热塑性极差，且裂纹一旦产生，就迅速扩展。据统计，棒材收得率(包括短尺料)只有40％左右，有些小规格轧棒的成材率甚至在10％以下。

为解决上述问题，国内主要存在如下文献：

文献[魏振宇，吴玖.双相不锈钢论文集.北京：冶金工业出版社，1992：189]提及了双相不锈钢延长加热保温时间对消除热加工裂纹的重要性，但是并未提出解决此类问题的思路，更未具体给出方法或工艺及其原理。关于该类高铬高镍型双相耐热钢的组织转变行为及合理的热加工工艺尚未见文献报道，而这些正是解决该问题的关键。

公告号为CN1306582的“具有优异的低温韧性的超高强度双相钢”，涉及了使用高温均匀化方法改善以铁素体为基、细晶粒的板条马氏体及下贝氏体第二相强化的双相钢的微观组织，其均匀化主要是使钢坯中的所有铌及钒的碳化物和碳氮化物基本溶解，以及钢坯中形成细小的初始奥氏体晶粒，其主要目的不是为了提高热塑性或解决热加工成形性问题，而是为了后续热处理及性能作准备。在专利检索中，未发现有本发明中的高镍高铬类双相耐热钢及其他奥氏体-铁素体双相钢在热塑性方面或通过均匀化改善微观组织而提高热加工成形性能方面的内容。

文献[李爱民，马天军，金凯明，杨玉军，孙魁平，赵光普，焦兰英.GH202合金热加工塑性的研究.北京：钢铁研究学报，2003年7月，第15卷第7期]提及了均匀化处理制度，然而，该文献均匀化处理的目的主要是改善钢锭铸态组织元素微观偏析，特别是W、Mo、Cr、Ti元素的显微偏析，使枝晶和枝干元素分布趋于均衡，从而提高合金组织均匀性，同时也有利于热加工塑性的改善。这种目的的均匀化处理手段经常用于合金化程度较高的高温合金的铸锭成分均匀性改善，由于要使偏析元素在枝晶和枝干充分扩散均匀，一般时间都较长，工业生产中通常在30～60小时。

发明内容