一种大直径奥氏体不锈钢棒材高晶粒度锻轧成形方法

1.本发明涉及奥氏体不锈钢棒材生产技术领域，具体是一种大直径奥氏体不锈钢棒材高晶粒度锻轧成形方法。


背景技术：

2.对于奥氏体不锈钢棒材，由于其材料特性，难以通过固溶等热处理工艺有效改善产品晶粒度。对于高晶粒度等级要求的棒材，须在锻造或轧制过程中达到较高的晶粒度等级。
3.锻造棒材可生产的直径规格范围大，但锻造作业生产效率低，且锻造过程中坯料变形不均匀，导致大规格棒材在经过锻造成形后，易出现整体晶粒度较高，但局部存在晶粒粗大、混晶等问题，导致产品无法满足要求。此外锻造棒材直线度不高，直径方向加工余量较大，材料利用率不高，加工费用高，且锻造棒材长度较短，一般仅能生产长度5m以下的棒材。
4.轧制棒材生产效率高，棒材直线度高，可轧长度大，余量控制精准，加工量少。但是由于受轧制生产特点限制，轧机对坯料主要产生表面变形，轧制穿透力小，轧制棒材表现出晶粒度沿截面直径分层变化的特征。轧制棒材从近表面向芯部，晶粒度逐渐降低，晶粒尺寸逐渐增大。对于直径较小，晶粒度要求较低的奥氏体不锈钢棒材，由于截面直径小，轧机轧制力可有效穿透至棒材芯部，棒材芯部亦可满足晶粒度要求。但对于大直径(直径d为φ150～200mm)、高晶粒度要求(全截面晶粒度≥5级)的奥氏体不锈钢棒材，轧制棒材表面晶粒度可满足要求，但芯部晶粒度难以达到要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种大直径奥氏体不锈钢棒材高晶粒度锻轧成形方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种大直径奥氏体不锈钢棒材高晶粒度锻轧成形方法，包括以下步骤：
8.s1、将钢坯加热至1200
±
20℃，保温2～4h；
9.s2、钢坯加热均匀后快速出炉，通过液压机对钢坯快速地连续实施两次镦粗和两次拔长，将坯料拔长为截面宽度为d1的方坯，锻造过程中每次镦粗和每次拔的锻压比均应≥2，经过两次镦粗和两次拔长后，钢坯充分有效地压实破碎铸态组织，钢坯内部晶粒得到第一次的整体细化；
10.s3、钢坯锻造结束后进行表面缺陷检查，并针对缺陷进行处理；
11.s4、方坯进炉，先将坯料加热至1000
±
10℃，保温时间2～3h；再将方坯快速加热至1250
±
10℃，保温时间0.5～1h；
12.s5、坯料快速出炉，送入粗轧机组进行粗轧轧制，每道次轧制量10～15mm，经过多次往复粗轧后，将坯料轧制成截面宽度为d2的方坯；
13.s6、将经过粗轧的方坯快速送至精轧机组，通过精轧机组的多组纵横交替的成形轧辊，每组轧机轧制变形量为15％～20％，将方坯一次轧制为直径为d的棒材，其中所述棒材直径d为φ150～200mm。
14.s7、棒材轧制完成后立即进行喷雾吹风冷却，使棒材快速降温，避免棒材晶粒因较高的余热发生粗化或混晶化。
15.作为本发明进一步的方案，在步骤s2中，所述d1＝(2.3～2.7)d。
16.作为本发明进一步的方案，在步骤s3中，当钢坯锻造结束后进行表面缺陷检查时，钢坯表面出现锻造裂纹、折皮缺陷时，进行表面打磨清理；钢坯表面出现裂纹缺陷时，采取碳弧气刨的方法清除缺陷，缺陷清除过程中，应注意避免形成较深的清理凹坑，清理凹坑的宽度与深度比值应控制在4～8。
17.作为本发明进一步的方案，在步骤s5中，所述d2＝(1.1～1.2)d。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过本发明提供的锻轧成形技术方案，可实现高晶粒度要求的大直径奥氏体不锈钢棒材的生产制造，特别是对于涉及截面直径d为φ150～200mm，晶粒度要求≥5级的不锈钢棒材，可同时解决锻造局部存在粗晶和轧制芯部晶粒度等级不足的缺点。
附图说明
19.图1为本发明实施例大直径奥氏体不锈钢棒材高晶粒度锻轧成形方法的示意简图。
20.图2为本发明实施例锻轧成形后大直径棒材取样全截面检测的晶粒度等级图。
21.图3为本发明实施例锻轧成形后大直径棒材晶粒形貌图。
具体实施方式
22.下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
23.一种大直径奥氏体不锈钢棒材高晶粒度锻轧成形方法，包括以下步骤：
24.s1、将钢坯加热至1200
±
20℃，保温2～4h；
25.s2、钢坯加热均匀后快速出炉，通过液压机对钢坯快速地连续实施两次镦粗和两次拔长，将坯料拔长为截面宽度为d1的方坯，所述d1＝(2.3～2.7)d，锻造过程中每次镦粗和每次拔的锻压比均应≥2，经过两次镦粗和两次拔长后，钢坯充分有效地压实破碎铸态组织，钢坯内部晶粒得到第一次的整体细化。本发明通过两次镦粗和两次拔长后，有效压实破碎钢坯铸态组织，同时提高钢坯整体晶粒度水平。经试验和生产验证，经过两次镦粗和两次拔长后，钢坯总体上晶粒度可达4～5级。将钢坯拔长至d1＝(2.3～2.7)d，确保后续轧制过程中约7～9的总轧制比，确保后续轧制过程的充足变形量，确保坯料经过轧制后进一步有效提高锻件晶粒度。
26.锻造方坯尺寸控制d1在(2.3～2.7)d的范围，确保轧制过程总轧比约7～9，一方面确保足够的变形量，有效提高棒材晶粒度，另一方面，对于d为φ150～200mm的大直径棒材，方坯尺寸亦不能过大，避免轧制过程中出现跳轧等情况，影响轧棒成形质量，或者出现轧不动等情况，导致粗轧轧制效率降低，时间延长，坯料降温，影响后续精轧成形。
27.s3、钢坯锻造结束后进行表面缺陷检查，并针对缺陷进行处理；
28.s4、方坯进炉，先将坯料加热至1000
±
10℃，保温时间2～3h；再将方坯快速加热至1250
±
10℃，保温时间0.5～1h。由于后续需要进行大轧制比轧制大直径棒材，坯料变形抗力高，通过加热保温，提高钢坯塑性，降低轧制设备负载要求。另外，在较低的温度水平上先进行坯料内部均热，提高坯料整体温度和塑性，在该温度水平下，晶粒长大速度很缓慢，晶粒不会发生明显长大；高温阶段快速短时加热，可迅速进一步提高坯料塑性，同时避免发生晶粒明显长大。且由于后续轧制会再次改善棒材晶粒度，影响可控。
29.s5、坯料快速出炉，送入粗轧机组进行粗轧轧制，每道次轧制量10～15mm，经过多次往复粗轧后，将坯料轧制成截面宽度为d2的方坯，所述d2＝(1.1～1.2)d。粗轧后坯料尺寸控制d2＝(1.1～1.2)d，一方面尽量使粗轧后坯料截面积与最终棒材截面积接近，降低精轧机组将钢坯从方坯成形成圆形截面的成形难度，降低设备载荷，提高轧制效率，另一方面，粗轧过程中方坯截面角部存在一定程度的难变形区，应变相对较少，为确保棒材全截面的晶粒度，需在精轧过程中产生≥30％的变形量，确保棒材全截面均有充足的应变，有效触发动态再结晶，提高棒材晶粒度等级
30.s6、将经过粗轧的方坯快速送至精轧机组，通过精轧机组的多组纵横交替的成形轧辊，每组轧机轧制变形量为15％～20％，将方坯一次轧制为直径为d的棒材，其中所述棒材直径d为φ150～200mm。
31.s7、棒材轧制完成后立即进行喷雾吹风冷却，使棒材快速降温，避免棒材晶粒因较高的余热发生粗化或混晶化。
32.在本发明实施例中，在步骤s3中，当钢坯锻造结束后进行表面缺陷检查时，钢坯表面出现锻造裂纹、折皮缺陷时，进行表面打磨清理；钢坯表面出现裂纹缺陷时，采取碳弧气刨的方法清除缺陷，缺陷清除过程中，应注意避免形成较深的清理凹坑，清理凹坑的宽度与深度比值应控制在4～8。
33.具体实施例如下：
34.作为本发明的一种实施例，请参阅图1，图1中尺寸为本发明实施案例中的技术参数，一种大直径奥氏体不锈钢棒材高晶粒度锻轧成形方法，包括以下步骤：
35.s1、下料材料为316h，规格为φ550
×
1300mm的钢坯。
36.s2、快速出炉，将钢坯快速地连续实施两次镦粗和两次拔长，锻造至尺寸为
□
450
×
1490mm的方坯。
37.s3、钢坯锻造结束后进行表面检查，如有锻造裂纹、折皮等缺陷，进行表面打磨或碳弧气刨清理，确保轧制前钢坯表面质量。
38.s4、方坯进炉，先加热至1000
±
10℃，保温时间2h，再快速加热至1250
±
10℃，保温时间0.5～1h。
39.s5、坯料快速出炉，送入粗轧机组进行来回粗轧轧制。每道次轧制量10～15mm，经过多次往复粗轧后，将坯料轧制成截面宽度为220mm的方坯。
40.s6、将经过粗轧的方坯快速送至精轧机组，通过精轧机组的多组纵横交替的成形轧辊，每组轧机轧制变形量为15％～20％，将方坯一次轧制为直径为φ190的棒材。
41.s7、棒材轧制完成后立即进行喷雾吹风冷却至室温。
42.按以上步骤实施锻轧成形后，对大直径奥氏体不锈钢棒材取样进行全截面晶粒度检测，分析结果显示棒材虽然仍存在一定程度的从表面到芯部晶粒度等级逐步降低的趋
势，但对于直径达φ190的大直径奥氏体不锈钢棒材，全截面晶粒度均达5～7级，晶粒度晶粒度等级高，晶粒形貌分布总体均匀，达到了本发明的技术目的。
43.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
44.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种大直径奥氏体不锈钢棒材高晶粒度锻轧成形方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将钢坯加热至1200
±
20℃，保温2～4h；s2、钢坯加热均匀后快速出炉，通过液压机对钢坯快速地连续实施两次镦粗和两次拔长，将坯料拔长为截面宽度为d1的方坯，锻造过程中每次镦粗和每次拔的锻压比均应≥2，经过两次镦粗和两次拔长后，钢坯充分有效地压实破碎铸态组织，钢坯内部晶粒得到第一次的整体细化；s3、钢坯锻造结束后进行表面缺陷检查，并针对缺陷进行处理；s4、方坯进炉，先将坯料加热至1000
±
10℃，保温时间2～3h；再将方坯快速加热至1250
±
10℃，保温时间0.5～1h；s5、坯料快速出炉，送入粗轧机组进行粗轧轧制，每道次轧制量10～15mm，经过多次往复粗轧后，将坯料轧制成截面宽度为d2的方坯；s6、将经过粗轧的方坯快速送至精轧机组，通过精轧机组的多组纵横交替的成形轧辊，每组轧机轧制变形量为15％～20％，将方坯一次轧制为直径为d的棒材，其中所述棒材直径d为φ150～200mm；s7、棒材轧制完成后立即进行喷雾吹风冷却，使棒材快速降温，避免棒材晶粒因较高的余热发生粗化或混晶化。2.根据权利要求1所述的一种大直径奥氏体不锈钢棒材高晶粒度锻轧成形方法，其特征在于，在步骤s2中，所述d1＝(2.3～2.7)d。3.根据权利要求1所述的一种大直径奥氏体不锈钢棒材高晶粒度锻轧成形方法，其特征在于，在步骤s3中，当钢坯锻造结束后进行表面缺陷检查时，钢坯表面出现锻造裂纹、折皮缺陷时，进行表面打磨清理；钢坯表面出现裂纹缺陷时，采取碳弧气刨的方法清除缺陷，缺陷清除过程中，应注意避免形成较深的清理凹坑，清理凹坑的宽度与深度比值应控制在4～8。4.根据权利要求1-3任一所述的一种大直径奥氏体不锈钢棒材高晶粒度锻轧成形方法，其特征在于，在步骤s5中，所述d2＝(1.1～1.2)d。

技术总结
本发明公开了一种大直径奥氏体不锈钢棒材高晶粒度锻轧成形方法，属于奥氏体不锈钢棒材生产技术领域，包括以下步骤：S1、将钢坯加热至1200


技术研发人员：黄健 董凯 王玉鑫 李荣斌
受保护的技术使用者：上海电机学院
技术研发日：2023.01.13
技术公布日：2023/7/22