高强度奥氏体镍-铁-铬合金与奥氏体不锈钢复合板封头的制作方法

技术领域

本发明涉及高强度奥氏体镍-铁-铬合金(N08810系列)+奥氏体不锈钢（如S31608牌号）复合板封头的制作，尤其是封头的制作工艺。      

背景技术

高强度奥氏体镍-铁-铬合金（典型的如N08810牌号）是一种固溶态高强度、抗高温氧化及抗高温渗碳的镍-铁-铬合金，合金的镍含量为30.%~35.0%，因而能耐氯化物的应力腐蚀开裂，并对σ相的析出不敏感。该合金具有优良的耐均匀腐蚀性能，在固溶处理状态下，N08810合金具有优良的抗蠕变和应力开裂的能力。N08810材料比不锈钢和其他有色材质对于强酸、强碱等强腐蚀性介质有更好的耐蚀性，且具有更高的使用温度。 最近几年此材料大量的应用于多晶硅行业冷氢化工段的生产设备中，特别是冷氢化反应器清一色的选择N08810纯材制造。 由于此材料的镍、铬含量较高，因此材料的价格也相对偏高，在满足现有生产工况的条件下可以尝试选择N08810+S31608（奥氏体不锈钢）复合板的方式进行制造冷氢化反应器可以大幅度的降低投资成本。但设备由原先单一N08810纯材改变为N08810+S31608复合板制造工序相对复杂，制造难度也会增大很多。封头是设备零部件中制造变形量相对较大的部件，往往制造难度也是最大。N08810+S31608封头的制作过程中，最常见的是在复合板封头内部r弧处复层N08810板材表面容易出现大量毛细裂纹。对于较浅的毛细裂纹可以抛光打磨去除，但对于较深的裂纹只能被动的将N08810复层打磨去除，再用堆焊的方式进行填充，返修方式十分复杂。               

发明内容

本发明目的是：为解决高强度奥氏体镍-铁-铬合金N08810+S31608复合板封头在制作过程中内R弧部分容易产生大量毛细裂纹的问题，本发明提供了一种高强度奥氏体镍-铁-铬合金与奥氏体不锈钢复合板封头的制作方法，典型的如N08810+S31608系列封头的制作方案。

本发明技术方案是：高强度奥氏体镍-铁-铬合金与奥氏体不锈钢复合板封头的制作方法，采用复合板封头压前进行放射状精抛光处理，中温热成型，热成型后再次进行固溶处理的工艺。压制过程具备的工艺条件：空炉升温到1000±75℃，封头圆板入炉，保证封头圆板入炉温度≥800℃，入炉后随炉加热到1100℃±15℃，保温一定时间（2～4h）后出炉趁热压制，趁热压制次数≥2次，压制过程中随时测量封头温度，当温度低于850℃时重新入炉加热，终压温度不得低于850℃。压制前必须清理模具表面，并对封头的模具进行适当的预热，预热温度150±30℃左右为宜。压制后的固溶工艺条件：空炉升温到1000℃，封头与封头防变型工装固定后入炉，保证封头入炉温度≥800℃，入炉后随炉加热到固溶温度1100℃±15℃（注：复层N08810材料的固溶温度为1150℃，基层S31608的固溶温度为1050℃，为保证复合板基层、复层的整体性能，所以固溶温度取二者的中间值1100℃），保温一定时间（2~4h）后出炉迅速水冷。固溶处理是封头压制后采用热处理的方式恢复复合板基复层材料原有的晶间组织结构以恢复其原有的机械性能和化学性能。热处理前复合板封头板表面必须清理干净，且PT、RT、UT检测合格。固溶处理采用密封性能较好的电、或燃气热处理炉中进行，炉内任何两点的温差不得≥10℃，固溶处理用的水槽与热处理炉距离要近；根据复合板封头板的总厚度及规格的不同确定固溶过程中保温时间的长短，封头出炉后迅速采用水冷。

本发明的有益效果是：复合板封头采用多次加热多次压制，及封头压制后封头在防变型工装适当约束状态下进行固溶处理的制作工艺，完全解决了复合板封头内部r弧处复层N08810板材表面容易出现大量毛细裂纹的问题，而且其它机械性能、化学性能均不受影响。封头成型后固溶处理是为了使基复层材料中各种相充分溶解，强化固溶体，改善板材的塑性、韧性及抗腐蚀性能，消除应力与软化材质，以便进行后续加工步奏。而且对复合板的复合部位影响小。

附图说明

图1是高强度奥氏体镍-铁-铬合金N08810+奥氏体不锈钢S31608复合板封头热处理温度——时间曲线（固溶处理的热处理工艺）。

具体实施方式

以下结合图1和具体实施方式对本发明进行说明。图1中t1封头入炉前空炉加热时间；t2封头入炉后随炉加热时间；t3封头在炉内保温时间；t4封头出炉后水中冷却时间；N08810+S31608复合板封头在原材料复验合格后，按工艺要求尺寸进行下料，需要拼接的封头板按工艺要求进行拼接，各种参数及检测要求必须满足工艺要求，拼接完成后对封头圆板进行校平处理，不平度≤4mm/m，对拼接焊缝及板材表面进行100%PT检测，按JB/T4730-2005Ⅰ级合格检验；对封头圆板进行100%UT检测，确保复合板基复层的结合率≥98%，且无单个未结合区域的面积≤20cm²；最后再对拼接焊缝进行100%RT检测，按JB/T4730-2005Ⅱ级合格检验。无损检测合格后，对拼接焊缝进行打磨，打磨后焊缝余高在0.5~1mm，保证封头压制后焊缝与母材平齐。封头圆板双面0.8倍直径以外的区域进行放射状机械抛光，抛光精度达到8目要求。抛光后再次对焊缝进行100%PT检测。按JB/T4730-2005Ⅰ级合格检验。

N08810+S31608复合封头具体的压制方法：在N08810+S31608复合板封头压制过程中，采用封头板预加热—热压—成型后固溶的工艺，N08810+S31608复合板封头压制前的圆板板面进行清理按工艺要求进行检测，检测合格后等待加热，另外热处理炉空炉加热到1000℃左右（有一定的温度范围），打开炉门将封头板放入热处理炉内加热，加热到1100℃±15℃按工艺要求保温一定时间，快速出炉热压。保证N08810+S31803封头的生产质量及使用性能：预加热是将复合板封头圆板按热处理工艺曲线加热1100℃±15℃；热压是将复合板封头圆板在850℃—1100℃范围内将封头采用模压的型式压制成型；成型后固溶处理是将压制成型后的封头按热处理曲线加热并冷却以恢复、改善基层、复层原材料力学性能及使用性能的制作工艺。加热及固溶前应将N08810+S31608复合板封头内外表面清理干净，压制前对模具表面清理并预加热。加热及固溶应在密封性能较好的电热及燃气炉中进行。对N08810+S31608复合板封头压制前的圆板板面进行清理按工艺要求进行检测，检测合格后等待加热，另外热处理炉空炉加热到1000℃，打开炉门将封头板放入热处理炉内加热，加热到1100℃±15℃按工艺要求保温一定时间，快速出炉热压。为了防止封头在加热过程中表面的过热及压制过程中模具的压伤和热量的快速损失，可在封头圆板入炉前正反表面覆着等外径尺寸的耐火石棉网，直至封头压制成型后再将其去除。

封头压前在封头圆板双面0.8倍直径以外的区域进行放射状机械抛光。

压制成型后，封头整体固溶处理前封头正反表面也需进行清理按工艺要求进行检测，检测合格后将封头与封头防变型工装固定，并将封头正反两面涂刷耐高温涂料，待涂料干燥后可以进行固溶热处理。热处理炉空炉加热到1000℃，打开炉门将封头整体放入热处理炉内加热，加热到1100℃±15℃按工艺要求保温一定时间，快速出炉水冷。水槽中固溶处理用的冷却水必须是洁净的，固溶处理前按工艺要求对水质进行检测。固溶过程中水必须是翻动的，将灼热的封头表面与水接触形成的蒸汽膜打散，保证冷却水与封头可以充分的接触，使封头可以在2～3分钟内迅速的从1100℃降到350℃以下。冷却后清理封头，对封头内表面进行100%UT检测，确保复合板基复层的结合率≥98%，且无单个未结合区域的面积≤20cm²；对拼接焊缝及封头正反表面进行100%PT检测，按JB/T4730-2005Ⅰ级合格检验；最后对封头拼接焊缝进行100%RT检测，按JB/T4730-2005Ⅱ级合格检验。按以上工艺制作的N08810+S31608复合板封头的质量有显著区别，且封头内r弧处不会出现任何形式的裂纹，保证了封头的质量。         

在N08810+S31608复合板封头压制过程中，采用封头板预加热—热压—成型后固溶的工艺，保证N08810+S31803封头的生产质量及使用性能：预加热是将复合板封头圆板按热处理工艺曲线加热1100℃±15℃；热压是将复合板封头圆板在850℃—1100℃范围内将封头采用模压的型式压制成型；成型后固溶处理是将压制成型后的封头按热处理曲线加热并冷却以恢复、改善基层、复层原材料力学性能及使用性能的制作工艺。加热及固溶处理应该在密封性能较好的电炉或是燃气炉中进行。此N08810+S31608复合板封头的加工工艺适用于相同或是相近材质不同厚度不同规格的复合板封头，根据材质规格的不同确定保温时间。以上加工工艺包含但不仅限于椭圆、球形、锥形封头。热处理炉必须为密封性能较好的电炉或燃气炉，且热处理炉、压机之间及固溶水槽之间的距离要近，防止封头板在压制过程中温度过低造成敏化现象。通过固溶处理消除加工过程中造成的各种缺陷，消除应力，使合金发生再结晶，以获得适宜的晶粒度，保证封头的生产质量及使用性能。