CN113492151B

CN113492151B - 一种铁镍基合金热轧卷板的制造方法

Info

Publication number: CN113492151B
Application number: CN202110808201.4A
Authority: CN
Inventors: 李莎; 王贵平; 谷宇; 莫金强; 张威
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2023-03-17
Anticipated expiration: 2041-07-16
Also published as: CN113492151A

Abstract

本发明公开了一种铁镍基合金热轧卷板的制造方法，包括：(1)将铁镍基合金板坯装入加热炉中，依次经过加热炉的加热段和均热段处理，其中，加热段炉温为1200℃～1250℃，均热段炉温为1250℃～1290℃；(2)将经过加热的铁镍基合金板坯依次输入粗轧机组和精轧机组，进行五道次的粗轧和七道次的精轧，得到热轧卷板；(3)对热轧卷板进行冷却、卷取。

Description

一种铁镍基合金热轧卷板的制造方法

技术领域

本发明涉及铁镍基合金制造技术领域，具体地，本发明涉及一种铁镍基合金热轧卷板的制造方法。

背景技术

铁镍基合金因其具有优异的抗高温氧化、耐腐蚀等综合性能，在石油化工、能源、加热等领域均有广泛的应用。随着工业的迅速发展，铁镍基合金产品需求量也在不断增加。

由于铁镍基合金中含有较多的合金化元素，铸坯易产生溶质偏析，且高温形变抗力大，热变形激活能高，热加工过程中发生再结晶条件苛刻，同时合金化元素的添加以及复杂的第二相析出也使其脆性增大，合金热塑性差，热加工工艺窗口窄。因此，对于铁镍基合金卷板产品，传统上主要采用“模铸(开坯)或板坯连铸+炉卷轧机”进行轧制生产，而对于采用轧制效率更高的现代化热连轧机组轧制铁镍基卷板，具有生产效率高，卷板表面质量好的显著优势，但是热轧卷板极易出现边裂，严重影响成材率，甚至造成废品，造成较大的经济损失。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的铁镍基合金热轧卷板的制造方法。

具体来说，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种铁镍基合金热轧卷板的制造方法，包括：

(1)将铁镍基合金板坯装入加热炉中，依次经过加热炉的加热段和均热段处理，其中，加热段炉温为1200℃～1250℃，均热段炉温为1250℃～1290℃；

(2)将经过加热的铁镍基合金板坯依次输入粗轧机组和精轧机组，进行粗轧和精轧，得到热轧卷板；

(3)对热轧卷板进行冷却、卷取。

可选地，在步骤(1)中，铁镍基合金板坯在加热段和均热段的时间为(0.45～0.65)×D min，其中，D是铁镍基合金板坯的厚度，单位是毫米。

可选地，在步骤(1)中，加热炉的残氧量≤4％，混合煤气H₂S含量≤150mg/m³。

可选地，在步骤(2)中，在粗轧过程中，前两道次变形量为20～25％，应变速率为1.5～3.5s^-1；后续道次变形量为30～35％，应变速率为10.0～15.0s^-1。

可选地，在步骤(2)中，粗轧开轧温度为1150～1180℃，粗轧出口温度为1120～1150℃。

可选地，在步骤(2)中，在精轧过程中，总变形量≤85％，前两道次变形量为30～35％，应变速率为5～10s^-1；第三、第四道次变形量为20～25％，应变速率为15～25s^-1；后续道次变形量为10～20％，应变速率为30～50s^-1。

可选地，在步骤(2)中，精轧入口温度为≥1000℃，精轧出口温度为1000～1030℃。

可选地，在步骤(2)中，在粗轧机组和精轧机组之间设置热卷箱。

可选地，所述铁镍基合金是牌号为NS1101的合金。

相比于现有技术，本发明的铁镍基合金热轧卷板的制造方法至少具有如下有益效果：

通过对加热工艺、炉内气氛、粗轧以及精轧轧制工艺参数等进行合理匹配，有效解决了热连轧轧制铁镍基合金的卷板边裂问题，提高了成材率，降低了生产成本、提高了生产效率，实现了铁镍基合金热轧卷板产品的稳定批量生产。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

针对铁镍基合金热轧卷板生产过程中存在的缺陷以及由于工艺缺陷造成的产品质量问题，本发明的发明人对生产工艺进行了深入分析与研究，提出了一种铁镍基合金热轧卷板的制造方法，该制造方法主要是基于如下研究发现和发明构思：

采用“连铸板坯+热连轧机组”的制造工艺，根据合金热加工特性，通过合理设计铸坯加热制度，使得铸坯内部枝晶间偏析的溶质原子充分扩散，均一成分，改善铸坯原料热塑性；通过合理设计粗轧过程温度，合理匹配粗轧各道次的变形量和应变速率，确保铸态组织充分破碎，动态再结晶充分发生，确保粗轧完毕后，中间坯料具有均匀的近等轴晶组织，给精轧提供良好的组织基础；优化设计精轧各道次过程参数，给中间坯料提供合适的热变形条件，使其在热加工安全工艺窗口下热变形，有效防止热卷边部开裂。

具体地，本发明的铁镍基合金热轧卷板的制造方法尤其适合于牌号是NS1101的合金，按照重量百分比计，其元素组成如下：

C≤0.030％，Si≤0.50％，Mn≤0.70％，P≤0.025％，S≤0.001％，Cr 19.00％～23.00％，Ni 30.0％～35.0％，Al 0.15％～0.60％，Ti 0.15％～0.60％，Cu≤0.50％，N≤0.010％，其余为铁和不可避免的杂质。

具体地，本发明的铁镍基合金热轧卷板的制造方法包括如下步骤：

(1)板坯加热

本发明的制造方法对板坯没有特殊要求，符合上述元素组成的铁镍基合金板坯均可应用于本发明的制造方法中。作为一种优选的实施方案，可以采用“EAF+AOD+LF”方法冶炼铁镍基合金，然后对冶炼得到的铁镍基合金进行连铸，进而获得连铸板坯，例如，采用立式板坯连铸机设备进行板坯连铸，当然，也可以采用其它种类的连铸设备。板坯的厚度可以是160～180mm。

作为一种优选的实施方案，在对板坯进行加热之前，先对连铸板坯表面进行满面修磨，修磨掉表面缺陷，满面修磨的修磨率可以是3.0％～4.0％。

作为一种优选的实施方案，在对板坯进行加热时，将板坯装入加热炉中，依次经过加热炉的加热段和均热段处理。加热炉可以是步进式加热炉，当然，这只是示例性的，其它种类的加热炉也可以用于本发明中。加热炉的加热段的炉温为1200℃～1250℃，例如，1200℃、1210℃、1220℃、1230℃、1240℃或1250℃等。加热炉的均热段的炉温为1250℃～1290℃，例如，1250℃、1260℃、1270℃、1280℃或1290℃等。根据板坯的厚度来确定板坯在加热炉的加热段和均热段进行处理的时间，具体是(0.45～0.65)×D min，其中，D是铁镍基合金板坯的厚度，单位是毫米。至于加热段和均热段分别进行处理的时间，本领域技术人员根据实际生产情况作出合理选择。

作为一种优选的实施方案，加热炉中的气氛选择为残氧量≤4％(体积)，混合煤气H₂S含量≤150mg/m³。通过限定加热炉中的气氛，能够减轻连铸板坯表面氧化程度，防止铁麟压入，并且，能够避免低熔点硫化物在晶界析出，导致晶界脆化，降低合金热塑性。

发明人对该铁镍基合金的热加工特性进行了深入研究，从而设计了上述板坯加热制度。通过将加热炉的加热段和均热段的温度分别设置为1200℃～1250℃和1250℃～1290℃，并且将在加热段和均热段的时间设置为(0.45～0.65)×D min，从而使得板坯内部枝晶间偏析的溶质原子充分扩散，均一成分，进而改善了板坯原料热塑性。

(2)板坯轧制

在对板坯进行轧制之前，可以先对加热炉输出的板坯进行高压水除磷，所述除鳞压力控制在25～35MPa，主除鳞投入1道。随后，将板坯依次输入粗轧机组和精轧机组，进行轧制。

作为一种优选的实施方案，粗轧设置5或7个道次。优选地，粗轧设置5个道次，粗轧的开轧温度为1150℃～1180℃(例如，1150℃、1160℃、1170℃或1180℃等)，前两道次变形量为20％～25％(例如，20％、21％、22％、23％、24％或25％等)，应变速率控制在1.5～3.5s^-1(1.5s^-1、2.0s^-1、2.5s^-1、3.0s^-1或3.5s^-1等)；后三道次变形量为30％～35％(例如，30％、31％、32％、33％、34％、或35％等)，应变速率控制在10.0～15.0s^-1(10.0s^-1、11.0s^-1、12.0s^-1、13.0s^-1、14.0s^-1或15.0s^-1等)，粗轧出口温度为1120℃～1150℃(例如，1120℃、1130℃、1140℃或1150℃等)。

发明人经过深入研究，合理设计粗轧过程温度，并且合理匹配粗轧各道次的变形量和应变速率，从而确保铸态组织充分破碎，动态再结晶充分发生，确保粗轧完毕后，中间坯料具有均匀的近等轴晶组织，给精轧提供良好的组织基础。

作为一种优选的实施方案，精轧设置为7道次，精轧总变形量控制在≤85％，前两道次变形量为30％～35％(例如，30％、31％、32％、33％、34％或35％等)，应变速率控制在5～10s^-1(5.0s^-1、6.0s^-1、7.0s^-1、8.0s^-1、9.0s^-1或10.0s^-1等)；第三、第四道次变形量为20％～25％(例如，20％、21％、22％、23％、24％或25％等)，应变速率控制在15～25s^-1(15.0s^-1、16.0s^-1、17.0s^-1、18.0s^-1、19.0s^-1、20.0s^-1、21.0s^-1、22.0s^-1、23.0s^-1、24.0s^-1或25.0s^-1等)；第五至第七道次变形量为10％～20％，应变速率控制在30～50s^-1(30.0s^-1、31.0s^-1、32.0s^-1、33.0s^-1、34.0s^-1、35.0s^-1、36.0s^-1、37.0s^-1、38.0s^-1、39.0s^-1、40.0s^-1、41.0s^-1、42.0s^-1、43.0s^-1、44.0s^-1、45.0s^-1、46.0s^-1、47.0s^-1、48.0s^-1、49.0s^-1或50.0s^-1)。精轧入口温度为≥1000℃，精轧出口温度为1000℃～1030℃(例如，1000℃、1010℃、1020℃或1030℃等)。

发明人经过深入研究，优化设计精轧各道次过程参数，从而给中间坯料提供合适的热变形条件，使其在热加工安全工艺窗口下热变形，有效防止热卷边部开裂。

作为一种优选的实施方案，在粗轧和精轧机组间投入热卷箱，其目的是提高铁镍基合金整卷的温度均匀性，同时使轧后铸坯的变形组织有时间发生动态再结晶，为精轧提供良好的热塑性组织基础。

(3)冷却和卷取

将步骤(2)得到的热轧卷板投入层流冷却，卷取温度控制在650℃～700℃。

采用上述的本发明的制造方法，可制备宽度1000～1250mm，厚度5.0～6.0mm的铁镍基合金卷板。

通过对加热制度和粗轧与精轧的工艺参数进行优化，并借助于这些步骤和工艺之间的相互促进作用，从而实现了良好的卷板边部和表面质量。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1：

采用“EAF+AOD+LF”方法冶炼NS1101合金，然后采用立式板坯连铸机进行连铸，获得连铸板坯，板坯断面规格为1245×180mm。对连铸坯表面进行修磨，修磨量为3.0％，修磨后铸坯厚度为175mm。

采用步进式加热炉对连铸板坯进行加热和保温，加热段炉温为1230℃，均热段炉温为1270℃，加热段和均热段时间为95min。加热炉内氧含量为2.5％，H₂S含量为130mg/m³。

采用高压除磷设备除去铸坯表面氧化皮，除磷压力为25MPa，主除磷1道。

粗轧5道次，开轧温度为1160℃，其中各道次变形量和应变速率依次为：23％/1.9s^-1，25％/3.3s^-1，33％/10.9s^-1，33％/14.1s^-1，30％/12.9s^-1，粗轧出口温度为1140℃，粗轧后坯料厚度为31.5mm。

粗轧和精轧机组间投入热卷箱。

精轧7道次，精轧总变形量为81％，精轧入口温度为1015℃，其中各道次变形量和应变速率依次为：33％/5.1s^-1，31％/9.1s^-1，25％/15.1s^-1，20％/21.9s^-1，15％/30.3s^-1，11％/35.4s^-1，10％/44.3s^-1，精轧出口温度为1000℃。

精轧完毕投入层流冷却，卷取温度为670℃。

连续轧制5卷NS1101合金热卷，成品厚度为6.0mm，经检测，热卷无边裂，表面质量良好。经热处理后，热轧板的晶粒度为6级，组织为单一奥氏体，组织性能均匀。

实施例2：

采用“EAF+AOD+LF”方法冶炼NS1101合金，然后采用立式板坯连铸机进行连铸，获得连铸板坯，板坯断面规格为1238×180mm。对连铸坯表面进行修磨，修磨量为3.5％，修磨后铸坯厚度为172mm。

采用步进式加热炉对连铸板坯进行加热和保温，加热段炉温为1230℃，均热段炉温为1280℃，加热段和均热段时间为100min。加热炉内氧含量为2.3％，H₂S含量为135mg/m³。

采用高压除磷设备除去铸坯表面氧化皮，除磷压力为27MPa，主除磷1道。

粗轧5道次，开轧温度为1150℃，其中各道次变形量和应变速率依次为：23％/1.8s^-1，25％/3.0s^-1，34％/11.1s^-1，34％/14.2s^-1，32％/13.2s^-1，粗轧出口温度为1130℃，粗轧后坯料厚度为30mm。

粗轧和精轧机组间投入热卷箱。

精轧7道次，精轧总变形量为83％，精轧入口温度为1010℃，其中各道次变形量和应变速率依次为：32％/5.1s^-1，33％/9.4s^-1，23％/15.4s^-1，21％/21.7s^-1，19％/35.4s^-1，18％/46.8s^-1，11％/48.8s^-1，精轧出口温度为1010℃。

精轧完毕投入层流冷却，卷取温度为670℃。

连续轧制6卷NS1101合金热卷，成品厚度为5.0mm，经检测，热卷无边裂，表面质量良好。经热处理后，热轧板的晶粒度为5.5级，组织为单一奥氏体，组织性能均匀。

实施例3：

采用“EAF+AOD+LF”方法冶炼NS1101合金，然后采用立式板坯连铸机进行连铸，获得连铸板坯，板坯断面规格为1238×160mm。对连铸坯表面进行修磨，修磨量为4.0％，修磨后铸坯厚度为153mm。

采用步进式加热炉对连铸板坯进行加热和保温，加热段炉温为1250℃，均热段炉温为1280℃，加热段和均热段时间为90min。加热炉内氧含量为2.5％，H₂S含量为138mg/m³。

采用高压除磷设备除去铸坯表面氧化皮，除磷压力为29MPa，主除磷1道。

粗轧5道次，开轧温度为1160℃，其中各道次变形量和应变速率依次为：20％/1.8s^-1，22％/3.2s^-1，32％/10.4s^-1，31％/13.2s^-1，30％/12.9s^-1，粗轧出口温度为1130℃，粗轧后坯料厚度为31.5mm。

粗轧和精轧机组间投入热卷箱。

精轧7道次，精轧总变形量为83％，精轧入口温度为1020℃，其中各道次变形量和应变速率依次为：32％/5.1s^-1，33％/9.5s^-1，25％/16.4s^-1，24.4％/21.7s^-1，19％/36.5s^-1，16％/45.4s^-1，10％/49.1s^-1，精轧出口温度为1000℃。

精轧完毕投入层流冷却，卷取温度为680℃。

连续轧制5卷NS1101合金热卷，成品厚度为5.0mm，经检测，热卷无边裂，表面质量良好。经热处理后，热轧板的晶粒度为6级，组织为单一奥氏体，组织性能均匀

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种铁镍基合金热轧卷板的制造方法，其特征在于，包括：

(1)将铁镍基合金板坯装入加热炉中，依次经过加热炉的加热段和均热段处理，其中，加热段炉温为1200℃～1250℃，均热段炉温为1270℃～1290℃，铁镍基合金板坯在加热段和均热段的时间为(0.45～0.65)×D min，其中，D是铁镍基合金板坯的厚度，单位是毫米；其中，加热炉的残氧量≤4％，混合煤气H₂S含量≤150mg/m³；

(2)将经过加热的铁镍基合金板坯依次输入粗轧机组和精轧机组，进行5或7道次的粗轧和7道次的精轧，得到热轧卷板；

(3)对热轧卷板进行冷却、卷取；

其中，所述铁镍基合金的元素组成是：C≤0.030％，Si≤0.50％，Mn≤0.70％，P≤0.025％，S≤0.001％，Cr 19.00％～23.00％，Ni 30.0％～35.0％，Al 0.15％～0.60％，Ti0.15％～0.60％，Cu≤0.50％，N≤0.010％，其余为铁和不可避免的杂质；

其中，在步骤(2)中，粗轧开轧温度为1150～1180℃，粗轧出口温度为1120～1150℃，在粗轧过程中，前两道次变形量为20～25％，应变速率为1.5～3.5s^-1；后续道次变形量为30～35％，应变速率为10.0～15.0s^-1；

其中，在步骤(2)中，精轧入口温度为≥1000℃，精轧出口温度为1000～1030℃，在精轧过程中，总变形量≤85％，前两道次变形量为30～35％，应变速率为5～10s^-1；第三、第四道次变形量为20～25％，应变速率为15～25s^-1；后续道次变形量为10～20％，应变速率为30～50s^-1。

2.根据权利要求1所述的铁镍基合金热轧卷板的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，在粗轧机组和精轧机组之间设置热卷箱。