[发明专利]一种细化电渣重熔护环钢粗大柱状晶组织的方法

说明书

本发明属于重型装备用护环钢生产技术领域，具体涉及一种细化电渣重熔护环钢粗大柱状晶组织的方法，具体包括先将电渣重熔护环钢铸态试样进行热压缩变形，该过程抑制动态再结晶的发生并储存大量畸变能，然后在热压缩变形温度下直接进行短时的亚动态再结晶/静态再结晶退火，实现晶粒组织的细化。本发明采用1000℃以下的低温、大应变热变形+退火工艺对高氮护环钢进行加工，该工艺可以在降低能耗的同时抑制动态再结晶产生，保证储存大量畸变能的晶粒在退火过程中依靠亚动态再结晶/静态再结晶机制进行细化，基于短时间内产生较高的形核率来改善晶粒细匀化效果，提高力学性能。

技术领域

本发明属于重型装备用护环钢生产技术领域，具体涉及一种细化电渣重熔护环钢粗大柱状晶组织的方法。

背景技术

随着国民经济的发展和人民生活水平的日益改善，对能源的需求越来越来大，尤其是对电力的需求只增不减。根据大量预测发现，到2030年我国的用电量会增加到11万亿kMh。针对我国“富煤、贫油、少气”的能源状况，加上近年来严重的雾霾天气都警醒和提示人们要在追求经济增长的同时兼顾环境保护。同时，重型装备制造业是国民经济的基础和支柱产业，对于我国工业转型具有重要意义。于是追求发电机组的高效率就成为重型装备技术开发者的研究焦点，我国的发电机组容量已经从300MW 向600MW、1000MW发展。护环作为发电机组的重要部件，在服役过程中承受高速旋转中的巨大离心力、周期运动的交变应力、复杂的装配应力以及结构应力。因此，随着发电机组功率的提高对护环的综合使用性能提出了更高的要求。

护环锻件目前采用Mn18Cr18N奥氏体不锈钢制造，为提高钢液的纯净度，护环用Mn18Cr18N奥氏体不锈钢一般是采用电渣重熔方法进行冶炼，但使用该方法生产的钢锭会产生粗大的柱状晶组织，为护环锻件的成形成性提出了挑战。护环的生产主要经过钢锭开坯-下料-镦粗-冲孔-芯轴拔长-液压胀形等工艺流程，但是原始粗大的柱状晶组织在护环成形过程中常出现晶粒粗大、不均匀等现象，导致护环钢的成形能力较差、成形后性能不足等现象，制约着我国发电机组功率的进一步提高。由于奥氏体不锈钢属于一种无相变钢，于是其综合力学性能主要通过动态再结晶和静态再结晶过程的细晶强化来实现。然而，传统方法是通过高温变形过程中的动态再结晶和冷变形后的静态再结晶两种方法来细化晶粒，其中高温变形会导致一些区域先发生动态再结晶形核，而一些应力较小的区域再结晶程度缓慢，这样会导致材料整体的混晶度较大，无法获得均匀细小的等轴晶粒，无法保证成品结构件的力学性能；而冷变形+静态再结晶工艺存在的问题是高氮奥氏体不锈钢冷变形抗力较大，对变形设备吨位要求较高。奥氏体不锈钢的再结晶温度在950℃以上，静态再结晶退火工艺所需时间较长，整个工艺冗长、复杂，能耗较高。

因此，目前没有关于电渣重熔高氮奥氏体护环钢粗大柱状晶组织细化的专利报道，细化其他常见奥氏体不锈钢晶粒的方法主要采用热变形或冷变形+退火工艺实现，这类工艺环节冗长、能耗较大，且无法获得细匀化程度较高的晶粒组织分布。为此，尝试采用不同的方法细化高氮奥氏体护环钢晶粒组织、提升锻件力学性能指标成为大型发电机组用护环锻件满足服役要求的关键环节，是目前急需解决的关键问题之一。

发明内容

本发明针对600-1000MW发电机组用护环锻件的晶粒细化问题，提供一种细化电渣重熔护环钢粗大柱状晶组织的方法，以缓解晶粒粗大以及晶粒尺寸不均匀的混晶现象，使其晶粒度等级和力学性能提高。本发明主要采用低温、高应变速率的大应变变形过程与再结晶退火过程的合理搭配，可缩短生产流程，达到细匀化晶粒组织和提高性能的目的。

针对高氮奥氏体不锈钢的粗大柱状晶组织开展晶粒细匀化技术研究，其高氮含量可以增加固溶强化效果，但会提高再结晶温度、通过拖拽效应降低再结晶过程中晶界移动速度。于是，本发明采用1000℃以下的低温、大应变热变形+ 退火工艺对高氮护环钢进行加工，该工艺可以在降低能耗的同时抑制动态再结晶产生，保证储存大量畸变能的晶粒在退火过程中依靠亚动态再结晶/静态再结晶机制进行细化，基于短时间内产生较高的形核率来改善晶粒细匀化效果，提高力学性能。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：