Nimonic80A合金热轧棒材生产工艺研究

摘要

Nimonic80A合金热轧棒材是东北特钢集团大连精密合金有限公司的一个出口新产品开发项目，该产品用于制造船用发动机气阀的转动部件。由于Nimonic80A合金在高温下具有良好的强度和非常优异的耐腐蚀性能以及抗氧化性能等优点，被广泛的应用于航空、航天、发电站和交通运输等高温热锻部件。近年来，随着国内外舰船制造业的发展，用于舰船发动机气阀的Nimonic80A合金棒材的需求量也在不断增加。我公司作为我国的第一个精密合金科研生产基地，在新产品生产工艺方面进行不断的摸索。
　　Nimonic80A合金是一种镍基超高温合金，具有很高的耐热性能，由于高温下强度高，变形抗力很大，自然就增加了锻造成型的难度。舰船用Nimonic80A合金棒材与其它用途的Nimonic80A合金棒材的主要区别为其室温拉伸强度要求更高、高倍晶粒度要求更细，因此要生产出合格的热轧棒材非常困难。Nimonic80A合金塑性低、变形抗力大、锻造温度范围窄，工艺过程复杂，锻造十分困难，本项目重点解决锻造难题，这对我公司开拓高温合金生产能力，提高产品质量具有重要意义。
　　本项研究的目的是对冶炼影响因素、锻造工艺、轧制工艺和固溶处理工艺进行研究，通过研究冶炼因素对锻造的影响，改善锻造工艺方法，并控制锻造后的固溶处理工艺，来提高Nimonic80A合金产品的性能，以及获得所需要的材料内部组织。重点深入研究锻造时的难点和主要影响因素，找到适用的锻造工艺。通过研究锻造加热温度、变形程度与组织结构变化关系，解决棒材锻造难度大、易开裂和力学性能低的问题。与此同时，利用有限元模拟技术，模拟了370mm钢锭锻造75×75mm方坯的过程。基于物理冶金技术，对Nimonic80A合金进行单道次热压缩实验，得到了其动态再结晶模型，结合有限元模型进一步对Nimonic80A合金75×75mm方坯轧制Φ20mm棒材轧制过程进行多场耦合数值模拟的初步探索。
　　通过对新材料做试制和研究，摸索出可行的生产工艺，生产出高性能产品，增强产品在国内外市场的竞争力，使我公司生产的Nimonic80A合金热轧棒材各项性能符合国内外船用发动机气阀用钢要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 Nimonic80A合金的发展过程

1．3 Nimonic80A合金的物理特性

1．4 Nimonic80A合金的机械特性

1．5 Nimonic80A合金的耐腐蚀性

1．6 本课题研究的目的、内容及工艺路线

1．6．1 本课题研究的目的及意义

1．6．2 本课题研究的主要内容

1．6．3 本课题研究的工艺路线

1．6．4 船用Nimonic80A合金棒材技术要求

2 冶炼工艺研究

2．1 真空感应炉冶炼

2．1．1 真空感应炉熔炼原理

2．1．2 Nimonic80A合金真空感应炉冶炼工艺研究

2．1．3 Nimonic80A合金真空感应炉冶炼工艺改进

2．2 电渣重熔

2．2．1 电渣重熔原理

2．2．2 Nimonic80A合金电渣重熔工艺研究

3 锻造工艺研究

3．1 工艺参数对高温合金锻造质量的影响

3．1．1 高温合金的加热和变形温度

3．1．2 变形温度的影响

3．1．3 变形程度的影响

3．1．4 锻后冷却的影响

3．2 Nimonic80A合金锻造工艺研究

3．2．1 加热温度对热塑性的影响

3．2．2 变形程度对晶粒度的影响

3．3 Nimonic80A合金锻造过程数值模拟

3．4 Nimonic80A合金锻造工艺改进

4 热轧工艺研究

4．1 Nimonic80A合金热轧工艺研究

4．1．1 热轧加热温度

4．1．2 热轧及精锻与自由锻造各项工艺对比情况

4．2 Nimonic80A合金轧制过程有限元模拟

4．2．1 热轧过程中的奥氏体晶粒回复和动态再结晶

4．2．2 Nimonic80A合金Gleeble热／力模拟实验

4．2．3 轧制过程有限元模型及结果分析

5 固溶处理工艺研究

5．1 固溶处理原理

5．2 Nimonic80A合金固溶处理工艺研究

5．3 Nimonic80A合金固溶处理工艺改进

6 成品的物理性能

6．1 Nimonic80A合金成品热轧棒材力学性能

6．2 Nimonic80A合金成品热轧棒材金相组织

6．3 Nimonic80A合金成品热轧棒材用户反馈

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢