NiCr20TiAl阀杆阀碟锻造工艺研究.pdf

?模具材料及热处理技术?
NiCr20iAI阀杆阀碟鍛造工艺研究
董士良,潘洪泗,王亚鹏2
1.上海宏钢电站设备铸镦有限公司(上海200240)
2.上海电气电站设备有限公司汽轮机厂(上海200240)
【摘要」分析了NiCr20iAl的材料及锻造工艺特性,结合NiCr20TAI以往锻造工艺和经验
教训,通过优化锻造工艺参数,获得良好的微观组织,提高了锻件的综合力学性能。
NiC20TAI阀杆阀碟的批量生产检验结果表明,采用优化的镀造工艺,锻件能满足技术要
求,从而成功实现NiCr20TA阀杆阀碟的国产化制造。
关键词:NiCr20YiA;汽轮机;阀杄碟
中图分类号:TG316文献标识码:B
Research on Forging Process for NICR20TIAL
Valve Stem and Valve Disc
[Abstract After analyzing material and forging process characters of NICR20TIAL, good
microstructure and better mechanical properties are obtained by optimizing forging
)roces
parameters and combining with forging experience of NICR20TIAL. Test results of series
production of valve stem and valve disc show that the materials meet the technical requirements
by optimized forging process, the localization of manufacture for NICR20TIAL valve stem and disc
is successful
Key words: NICR20TIAL; steam turbine; valve stem and disc
1引言
的批量生产要求,从而实现阀杆阀碟的国产化制造。
随着电站行业低排放、高效率要求的提高和汽轮
机技术的进步,超临界等高参数汽轮机机组对材料的2NiCr20iAl的材料特性
要求也越来越高,如阀门套中的密封环、阀碟阀杆等
经热处理后,NiCr20TiAI室温组织以奥氏体为基
重要零件,使用温度高达600-700℃。NiCr20TiAI合体,弥散分布各种强化相,如y'、MCa、MAC、TC、T
金是以镍一铬为基体,添加铝、钛形成γ'相弥散强化的(CN)(包括TN)及硼化物相,使合金在650~850℃具
高温合金,使用温度700-800℃。但NiCr20TiAl作为有良好的抗蠕变性能和抗氧化性能,高温合金
汽轮机阀门部套零件用材料,在国内尚属首次,在技NiCr20TAI的成分与力学性能见表1、表2,其中铬的
术引进时也没有现成的工艺可参考,按照以往生产高含量非常高,同时,为得到较高的硬度值,钛和铝的含
温合金锻件的经验编制锻造工艺,导致锻件报废的几量一般接近上限值。
率比较大,比如在密封环锻件试制过程中,发现锻件
的冲击性能不满足技术要,导致锻件报废。
表1NiCr20置iAl化学成分
通过分析NiCr20TiAl的材料及锻造工艺特性,并
C
Mn
Al
B
0.04-0.101≤1.00≤1.00≤0.010≤0.0101.00-1.80≤0.008
进行一系列的工艺试验,对锻造工艺进行优化,批量
C
生产的阀杆阀碟锻件检验结果表明,经过优化的锻造1802106550201001820?150135
工艺明显能提高NiCr20TA锻件质量,并能适应车间
88
《模具制造》2014年第2期
?模具材料及热处理技术
表2NiCr20TiAlカ学性能要求
表3首批密封环锻件力学性能
Rp0.2
Rm
Z
KVJ HBW
A
Z
HBW
N/Mm'
N/mm
%
N/mm?
KVA
N/mm
≥600
1,000-1,300
≥12≥12≥201305~405
≥60011,0001,300≥12
≥12
≥20
305~405
673
55
85
6.4
8.2
111111
309
3NiCr20YiAl的变形特点
663
1,023
13.6
14
101315
295
NiCr20TiA作为奥氏体高温耐热合金,其高温变
696
1.106
14.8
14.9131415309
形特点之一,是锻造工艺塑性低,变形抗力大。从图1
的材料拉伸曲线图可以看出,随着温度的提高,该材
料的塑性呈明显下降的趋势,而抗拉强度和屈服强度
下降不是很明显。由此可推断,与一般镍基合金不同
的是,NiCr20置iA高温塑性差,变形抗力大,这对热锻
成形造成一定困难。变形特点之二,随着合金中合金
化程度的提高,合金的初熔温度下降,再结晶温度及
强化相溶解温度提高。一方面作为加工温度的上限
应低于固溶温度;但另一方面,又要提高温度使硬化
相完全溶解,因而决定了加工温度的下限,使得
NiCr20TAI的锻造温度范围极其狭窄。NCr20TA另
图2首批密封环锻件热处理金相组织
一个特点是,其晶粒的大小主要取决于热加工时变形
程度、变形速度、变形温度等因素,锻后无法通过热处
阀杆的锻造主要通过二次镦拔成形,其变形程度
理来细化晶粒,因此,NC20rA的银造工艺是直接将主要取決于采用自由缎拔长工序成形的头部,即锻
影响其力学性能的主要因素。
造比以头部满足要求为准,锻造比≥3.5。
为满足晶粒度的要求,主要是控制锻造变形程
1200
度,即适当的锻造比。并应严格控制锻造与热处理过
1000
程中的加热温度。特别是通过预留锻件尺す的方法,
800
40
控制最后火次的锻造变形量。
适当降低最后火次的加热温度,以控制工艺规定
400
的终锻温度。
δ
锻件的试制:
200
阀杆锻件的制造将试制与实际生产结合,吸取密
封环锻造的经验,制定合理的工艺制度。
0200400600800
r(℃)
(1)原材料。原材料采用直径为380mm电渣锭,
图1NiCr20TA材料拉伸曲线图
材料原始技术证件应当齐全,并且根据规定进行材料
人库检验。
在密封环锻件的试制中,发现锻件的冲击性能低
(2)加热规范。为避免加热时钢锭因温度差而引
于技术要求(见表3),通过金相组织分析,原因在于锻
起应力过大,钢锭的进炉温度规定不高于300℃,并在
件晶粒粗大(见图2),导致韧性降低,所以获取均匀细
800-850℃时停留一段时间,待钢锭温度均匀后,再升
小的晶粒,是提高冲击性能的关键。
温加热至1,150℃,并不允许超温,如