高温合金棒材穿孔制备管材的工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种高温合金棒材穿孔制备管材的工艺，首先在900～1200℃下将高温合金锭进行锻造开坯制成棒坯，然后在加热温度为1000～1300℃，加热时间为10～60min的条件下进行棒坯感应加热，最后在三辊行星轧机的轧辊前端设置穿孔顶头，直接棒坯在轧制时穿成管材。本发明专利技术制备方法简单，步骤易于操作，棒坯穿孔轧制时采用频感应加热，工作效率高，无污染，穿孔管材壁厚均匀，内、外表面光滑，无裂纹，棒坯规格和材质适应范围广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高温合金棒材穿孔制备管材的工艺，属于管材加工

技术介绍
高温合金由于其有着优良的耐高温、耐腐蚀等性能，主要应用于航空航天、电力、汽车、冶金、玻璃制造、原子能等工业领域，随着高温合金材料的发展，新型高温合金材料的出现，高温合金的市场需求处于逐步扩大和增长状态，但高温合金由于加入了大量的合金元素(及微量元素)，特别是Mo和W元素的加入，在提高合金化程度和耐蚀性的同时，也使该合金具有较高的热变形抗力，而且使合金的成分不均匀性增大，易导致在凝固过程中产生较严重的枝晶偏析，加工前需要进行均匀化处理。同时，高温合金热加工比较困难，主要原因如下：(1)热变形温度范围窄高温合金所含固溶元素的熔点各不相同，故没有固定的熔点，热加工的上限温度即为合金的初熔温度，下限温度为再结晶温度。该合金所含合金元素的种类多、数量大，使合金的初熔温度降低，加入的大量的合金元素的固溶强化作用增强了原子间的结合力，降低其扩散能力，导致扩散激活能增加，合金的再结晶温度升高，从而使得热加工下限温度提高。由此可知，高温合金的热加工温度范围很窄，这是造成高温合金的热加工成形比较困难的原因之一。(2)热塑性低固溶强化作用在提高合金的高温强度的同时，会使合金的塑性有所降低。另外，合金中凝固偏析和低熔点共晶组织的存在也会降低合金的热加工塑性，因此，在热变形过程中极易发生开裂。(3)热导系数低：由于合金化元素的大量加入，显著降低了高温合金的热导系数。所以，该合金的热加工过程中，铸坯的加热制度需采用特殊措施，即采用分段加热的方法，而且装炉温度要低，每个温度阶段采用不同的升温速度，这样才能使铸锭内外温度逐渐均匀，否则会因热导系数低而受热不均造成热应力过大，导致铸锭热裂。由于该合金热加工比较困难，当采用传统的两辊斜轧和三辊斜轧穿孔工艺制备高温合金管材时，管材内表面出现大量微裂纹，并伴有大面积剥落，主要原因分析如下：(1)两辊斜轧穿孔工艺缺陷分析二辊式穿孔机穿孔时，两个等速同向回转的辊子对坯料施加的压力P1、P2以及和坯料的摩擦力F1、F2形成两个方向相反、大小相等的合力R1和R2(见图1)，因此，整个断面承受交变的剪切应力。这种交变应力的作用使剪切应力集中的坯料中心部疏松，形成撕裂的孔腔，进入孔腔的空气在高温下剧烈地氧化管材内表面，造成管材内表面不能压合的拆叠，同时扩大其固有缺陷，从而使管材报废。两辊斜轧穿孔是一种复杂的、不均匀的金属变形过程，在穿孔变形区各阶段横截面的变形强度沿直径分布的规律可以用图2所示。在穿孔准备区，和轧辊接触的管坯外表层变形剧烈，晶粒细化，靠近管坯中心的变形量小，晶粒粗大，变形强度沿直径方向呈U形分布，即U1区，随着直径压下量的增加，该区域延续这样一个过程。在W区，金属晶粒得到细化，当金属流经顶头表面时，受到顶头碾轧作用，管坯内表面金属发生剧烈变形，晶粒继续细化。同时，金属产生切向、纵向流动和扭转。于是，在内表层和中间过渡区产生纵向、切向和横向拉应力，金属在碾轧过程中，当这种拉应力超过金属的断裂强度时，便会在内表层和中间层之间产生内裂纹，内裂纹通常在U2区产生。(2)三辊斜轧穿孔工艺缺陷分析三辊穿孔法可以克服上述二辊式穿孔机的一些缺点，因为在三辊式穿孔机上，三个同向回转的轧辊对坯料周边施加的压力和它们与坯料的摩擦力产生的合力R1、R2和R3是不平行的，如图3所示，因此坯料断面不会承受很大的剪切应力，而坯料是三向受压，基本上处于静压平衡状态，减少了坯料中部形成撕裂的孔腔的可能性。这样就降低了对轧机调整和原料质量的要求，只是作用在顶头顶杆上的轴向推力有所增加。但三辊斜轧穿孔时不利于金属在穿孔区的变形和流动，而且，三辊斜轧穿孔机基本属于扩径穿孔，这加剧了坯料的扭转变形、纵向剪切和横向剪切变形，这些附加变形叠加的结果使钢管内、外表面产生裂纹等缺陷可能性增加，坯料本身缺陷扩展趋势加大。随着变形量的增加，横向变形加剧，金属被辗轧后反复弯曲的次数增加，金属变形抗力增加，塑性降低。此外，横向剪切、纵向剪切等各种附加变形增加。这些因素的综合影响，促使裂纹等缺陷的形成与扩展，对于热塑性低的高温合金更是加剧了裂纹的形成。因此，目前高温合金制备管坯时基本采用挤压或中间打孔两种方式，但该高温合金热强度大，挤压管坯时的挤压比很低或根本无法挤出合适的管坯；采用中间打孔的方式材料浪费严重，生产效率低，成本高，严重阻碍了该高温合金管材的大批量、工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决高温合金制备管坯时采用挤压或中间打孔方式时生产效率低材料浪费严重的问题，提供了一种制备方法简单，管材质量好的高温合金棒材穿孔制备管材的工艺，制备得到的穿孔管材壁厚均匀，内、外表面光滑，无裂纹。本专利技术采用如下技术方案：一种高温合金棒材穿孔制备管材的工艺，包括如下步骤：(1)锻造制取棒坯：对采用真空熔炼法制备的高温合金锭，在900～1200℃下进行锻造开坯，制成棒坯，并将棒坯表面抛光处理；(2)棒坯感应加热：采用三辊行星轧机对棒坯轧制前，采用中频感应加热炉对棒坯进行感应加热，加热温度为1000～1300℃，加热时间为10～60min；(3)三轧制穿管：采用三辊行星轧机对感应加热后的棒坯进行轧制，利用三辊行星轧机轧制时金属外层流动比内层快的特征，在三辊行星轧机的轧辊前端设置穿孔顶头，直接将高温合金棒坯在轧制时穿成管材，三辊行星轧机的主电机转速为700～1000转/分，副电机转速为150～400转/分。进一步的，所述步骤(1)中棒坯的直径为Φ40～80mm。进一步的，所述步骤(3)中管材的外径为30～60mm，壁厚为4～10mm。进一步的，所述高温合金为Hastelloy C-276高温合金。进一步的，所述穿孔顶头的直径为20～40mm，所述穿孔顶头的穿孔锥长度为25～75mm。进一步的，所述步骤(3)中三辊行星轧机在轧制时棒坯的进料速度0.5～2m/min，出料速度4～10m/min。本专利技术制备方法简单，步骤易于操作，棒坯穿孔轧制时采用频感应加热，工作效率高，无污染，轧制时单道次变形量大，大变形量和高摩擦功转变成大量的热量，促使穿孔时的高温合金管材产生动态再结晶，晶粒得到细化，提高了管材的轧制质量，穿孔管材壁厚均匀，内、外表面光滑，无裂纹等缺陷，为下一道冷轧薄壁高温合金管材造了良好条件，采用本专利技术的工艺棒坯规格适应范围广，外径规格40-80mm，穿孔后的管材规格外径为30-60mm，壁厚4-10mm，材质适用于各种高温合金，同时适用于其他多种难变形合金的穿孔。附图说明图1为本专利技术
技术介绍
中坯料在两辊穿孔机上的受力状态示意图。图2为本专利技术
技术介绍
中两辊斜轧穿孔机坯料变形状态示意图。图3为本专利技术
技术介绍
中坯料在三辊穿孔机上的受力状态示意图。图4为本专利技术中三辊行星轧机的轧辊和坯料示意图。图5为本专利技术中三辊行星轧机轧制时棒坯上一点的运动轨迹图。图6为本专利技术中三辊行星轧机穿管示意图。附图标记：轧辊1、棒坯2、顶头3。具体实施方式下面将结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。图4为三辊行星轧机的轧辊和坯料示意图，三辊行星轧机目前主要用于冷轧纯铜和铜合金管坯，有大压下量，高延伸率，变形速度快，变形程度高，单道次断面加工率大，能自动咬入、不需要导向装置、设备负荷平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温合金棒材穿孔制备管材的工艺，其特征在于：包括如下步骤：（1）锻造制取棒坯：对采用真空熔炼法制备的高温合金锭，在900～1200℃下进行锻造开坯，制成棒坯，并将棒坯表面抛光处理；（2）棒坯感应加热：采用三辊行星轧机对棒坯轧制前，采用中频感应加热炉对棒坯进行感应加热，加热温度为1000～1300℃，加热时间为10～60min；（3）三轧制穿管：采用三辊行星轧机对感应加热后的棒坯进行轧制，利用三辊行星轧机轧制时金属外层流动比内层快的特征，在三辊行星轧机的轧辊前端设置穿孔顶头，直接将高温合金棒坯在轧制时穿成管材，三辊行星轧机的主电机转速为700～1000转/分，副电机转速为150～400转/分。

【技术特征摘要】
1.一种高温合金棒材穿孔制备管材的工艺，其特征在于：包括如下步骤：（1）锻造制取棒坯：对采用真空熔炼法制备的高温合金锭，在900～1200℃下进行锻造开坯，制成棒坯，并将棒坯表面抛光处理；（2）棒坯感应加热：采用三辊行星轧机对棒坯轧制前，采用中频感应加热炉对棒坯进行感应加热，加热温度为1000～1300℃，加热时间为10～60min；（3）三轧制穿管：采用三辊行星轧机对感应加热后的棒坯进行轧制，利用三辊行星轧机轧制时金属外层流动比内层快的特征，在三辊行星轧机的轧辊前端设置穿孔顶头，直接将高温合金棒坯在轧制时穿成管材，三辊行星轧机的主电机转速为700～1000转/分，副电机转速为150～400转/分。2.如权利要求1所述的高温合金棒材...

【专利技术属性】
技术研发人员：王颜臣，浦益龙，梁贺，周向东，
申请(专利权)人：江苏隆达超合金航材股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32