13Cr9Mo2Co1NiVNbNB钢锻件的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锻造工艺技术领域，具体地说，是一种新型铁素体不锈钢 (13Cr9Mo2ColNiVNbNB)锻件的制造方法。
【背景技术】
[0002] co2排放引起的环境问题日益为全世界所关注，而采用和发展超临界技术是目前 各国减少C02排放的一个重要的、行之有效的措施。提高蒸汽温度可使汽轮机的效率得到 有效提升，降低煤耗和C02排放。欧洲和日本为采用和发展超临界技术相继开发出了620~ 630°C超超临界耐热钢材料。我国现在也在设计、制造再热蒸汽温度为620°C的超超临界汽 轮机组。这方面，更高的蒸汽参数对电站用钢提出了更为苛刻的要求，只有获得具有足够蠕 变强度的合适的材料，如13Cr9M〇2C〇lNiVNbNB铁素体不锈钢，才能完成超超临界汽轮机组 的设计与制造，实现效率增长。
[0003] 13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢属含硼含氮钢，其能耐620°C高温、长时蠕变强度、具有良 好的抗氧化性能和工艺性能，能用于百万等级超超临界汽轮机组的重要零部件的生产和应 用。但是，13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢材的钢种成分复杂、合金元素众多、冶炼难度大，而且该材 料的裂纹倾向大，可焊性差，用其制造锻件的方法不易掌握。
[0004] 我国之前没有13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢材，对其锻造和热处理等生产制造工艺同 样是几乎不了解。而采用以前常规的生产制造工艺对13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢材进行生产 加工，造成锻件晶粒度粗大，不仅无法保证锻件内部的质量、锻件组织的均匀性，而且也无 法满足零部件应对长时间在高温、氧化、高负荷、交变应力等恶劣环境中运行而需要的常温 力学性能、金相组织、高温抗拉、持久性等各项性能要求。在用13Cr9M〇2C〇lNiVNbNB钢材制 造超超临界汽轮机组零部件，如阀碟、阀座、阀杆的过程中，造成了大量无谓的浪费。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锻件的 制造方法，用此方法可使利用13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢材制造超超临界汽轮机组零部件，如 阀碟、阀座、阀杆得以顺利完成：13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锭经充分锻造变形、锻后热处理及 性能热处理，使之锻件能够满足超超临界汽轮机组零部件技术规范的各项要求，且加工工 艺合理，锻件合格率高，避免了之前无谓的浪费。
[0006] 为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案。
[0007] 一种13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锻件的制造方法，其特征在于，包含以下步骤： (1) 原材料钢徒检验 对采用的13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锭进行原材料检验； (2) 钢锭加热 对13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锭进行加热，其处理步骤为： ①将钢锭置于<600°C的加热炉中保温，保温时间不少于2小时； ② 以彡50±10°C /小时的速度加热，使钢锭缓速加热至900±20°C，加热时间不少于6 小时； ③ 再以< 70±10°C /小时的速度加热，使钢锭缓速加热至1160±20°C，加热时间不少 于3. 8小时； ?在钢锭达到1160±20°C后进行保温，保温时间不少于3. 5小时； 通过加热处理使13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锭达到所要求的始锻温度； (3) 钢锭的开坯及下料 ① 将13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锭加热至奥氏体组织状态进行镦拔变形； ② 采用斩刀热斩切的方法按锻造工艺的规定对钢锭进行下料； (4) 锻造 ① 始锻温度为1160°C，终锻温度为850°C ;每次的加热时间彡1小时； ② 对锻坯进行2~3次镦拔，使锻造比达到工艺所需的彡3. 5 ; ③ 末二火次锻造，采用末二火次对锻坯进行分料，对各个截面预留多30%的变形量以 保证最后火次各截面的变形量； ?最后火次锻造，将锻坯温度控制在1180°C并保证热透； (5) 锻后热处理 对锻坯进行退火热处理，其步骤为： ① 将锻件热装炉至650°C ± 10°C，保温时间3~5小时； ② 升温速度不限，升温至860°C ± 10°C，均热后，保温3~4小时； ③ 打开炉门空冷至300°C ±10°C，保温5~8小时； ④ 升温速度不限，升温至650°C ±10°C，保温50小时； ⑤ 以< 50°C /小时的速度炉冷至400°C时，再以< 20°C /小时的速度炉冷至< 200°C 时，之后空冷至室温； (6) 锻件尺寸检验及标识 按锻造工艺规定检验锻件的各档尺寸并对锻件做标识； (7) -次粗加工及检验和标识 按一次粗加工工艺规定对锻件进行车削加工，检验各档尺寸并做标识； (8) 第一次超声波探伤（UT) 对一次粗加工后的锻件进行超声波探伤，超声波探伤按EN10308-3质量等级3的规定 进行； (9) 正回火热处理 对一次粗加工后的锻件进行正回火热处理，其步骤为： ① 锻件加热至l〇〇〇°C ±20°C后，保温彡6小时； ② 将锻件空冷至室温； ③ 将锻件再重新加热至700°C ±20°C，保温8小时； ④ 然后将锻件炉冷至室温； 通过正回火热处理可以得到细于6级以上的晶粒； (10) 力学性能热处理 对正回火热处理后的锻件进行力学性能热处理，其步骤为： ① 淬火，将锻件加热至1100°c ±20°C，保温4小时； ② 然后将锻件油冷至< 80°C ; ③ 一次回火，将锻件加热至570°C ±20°C，保温4小时； ④ 然后将锻件空冷至室温； ⑤ 二次回火，将锻件加热至700°C ±20°C，保温4小时； ⑥ 然后将锻件空冷至室温； (11) 二次粗加工及检验和标识 按二次粗加工工艺规定对锻件进行车削加工，检验各档尺寸并做标识； (12) 第二次超声波探伤（UT) 对二次粗加工后的锻件进行超声波探伤，超声波探伤按EN10308-3质量等级3的规定 进行； (13) 割取试样 按二次粗加工工艺规定割取力学性能试样； (14) 力学性能测试和金相组织检查 ① 常温力学性能测试：按粗加工图的要求在指定部位割取试样进行力学性能测试，测 试包括：屈服强度、抗拉强度、延伸率、收缩率、恰贝（V型缺口）冲击功、硬度等； ② 高温力学性能测试：测试高温瞬时力学性能和高温持久强度； ③ 金相组织检查：检查夹杂物和晶粒度； (15) 产品检验缴库 检验合格后，广品即告完成并缴库。
[0008] 进一步，采用本发明的制造方法锻造阀碟，在步骤（4)锻造的过程中，阀碟的杆部 应采用拔长工序，阀碟的头部应采用胎模进行局部镦粗。
[0009] 进一步，采用本发明的制造方法锻造阀座，在步骤（4)锻造的过程中，应采用马杠 扩孔工序，对阀座锻坯各截面进行充分的锻造变形，直至将阀座锻坯锻至设定的锻件尺寸。
[0010] 本发明13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锻件的制造方法的积极效果是： (1)提供了利用13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢材制造超超临界汽轮机组零部件，如阀碟、阀 座、阀杆的锻造方法，且加工工艺合理，锻件合格率高，避免了之前无谓的浪费。
[0011] (2)为我国设计、制造超超临界汽轮机组做了基础技术的储备，其经济效益非常明 显〇
[0012] (3)有利于我国超超临界汽轮机组的生产和应用，有利于我国0)2的减排。
[0013] (4 )有利于中国企业进入国际市场，提高中国产品在国际市场的竞争能力。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锻件的制造方法的流程框图。
[0015] 图2为步骤（2)钢锭加热的工艺规范图。
[0016] 图3为步骤（9)正回火热处理的工艺图。
[0017]图4为步骤（10)力学性能热处理的工艺图。
[0018] 图5为步骤（4)阀碟锻件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合附图给出本发明13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锻件的制造方法的具体实施方 式，但是应该指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。
[0020] 实施例1 一种13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锻件的制造方法，包含以下步骤(参见图1): (1)原材料钢徒检验 对采用的13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锭进行原材料检验，包括对化学成分的复验和钢锭 表面的检查。
[0021] (2)钢锭加热(参见图2) 对13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锭进行加热，其处理步骤为： ①将钢锭置于< 600°C的加热炉中保温，保温时间不少于2小时。
[0022] ②以彡50± 10°C /小时的速度加热，使钢锭缓速加热至900±20°C，加热时间不少 于6小时。
[0023] ③再以彡70±10°C /小时的速度加热，使钢锭缓速加热至1160±20°C，加热时间 不少于3. 8小时。
[0024] ④在钢锭达到1160±20°C后进行保温，保温时间不少于3. 5小时。
[0025] 通过"钢锭加热"处理使13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锭达到所要求的始锻温度。
[0026] (3)钢锭的开坯及下料 ①将13Cr9Mo2ColNiVNbNB钢锭加热至奥氏体组织状态进行镦拔变形。
[0027] ②采用斩刀热斩切的方法按锻造工艺的规定对钢锭进行下料。
[0028] (4)锻造 ①始锻温度为1160°C，终锻温度为850°C;每次的加热时间彡1小时。
[0029] ②对锻坯进行2~3次镦拔，使锻造比达到工艺所需的彡3. 5。
[0030] ③末二火次锻造，采用末二火次对锻坯进行分料，对各个截面预留彡30%的变形 量以保证最后火次各截面的变形量。
[0031] ?最后火次锻造，将锻坯温度控制在1180°C，可适当提高20°C并保证热透。
[0032] 若是锻造阀碟，阀碟的杆部应采用拔长工序，阀碟的头部应采用胎模进行局部镦 粗(参见图5)。
[0033] 若是锻造阀座，应采用马杠扩孔工序，对阀座锻坯各截面进行充分的锻造变形，直 至将阀座锻坯锻至设定的锻件尺寸。
[0034] (5)锻后热处理 对锻坯进行退火热处理，其步骤为： ①将锻件热装炉至650°C ±10°C，保温时间3~5小时。
[0035] ②升温速度不限，升温至860°C ± 10°C，均热后，保温3~4小时。
[0036] ③打开炉门空冷至300°C ±10°C，保温5~8小时。
[0037]④升温速度不限，升温至65