Abstrakt: Bol študovaný vplyv rôznych procesov tepelného spracovania na vlastnosti materiálu ZG06Cr13Ni4Mo. Test ukazuje, že po tepelnom spracovaní pri normalizácii 1 010 ℃ + 605 ℃ primárne temperovanie + 580 ℃ sekundárne popúšťanie, materiál dosahuje najlepší index výkonnosti. Jeho štruktúra je nízkouhlíkový martenzit + austenit s reverznou transformáciou, s vysokou pevnosťou, húževnatosťou pri nízkych teplotách a vhodnou tvrdosťou. Spĺňa požiadavky na výkon produktu pri použití výroby tepelného spracovania odlievaním veľkých lopatiek.
Kľúčové slová: ZG06Cr13NI4Mo; martenzitická nehrdzavejúca oceľ; čepeľ
Veľké lopatky sú kľúčovými časťami vodných turbín. Prevádzkové podmienky dielov sú pomerne drsné a sú dlhodobo vystavené vysokotlakovému prúdeniu vody, opotrebovaniu a erózii. Materiál je vybraný z martenzitickej nehrdzavejúcej ocele ZG06Cr13Ni4Mo s dobrými komplexnými mechanickými vlastnosťami a odolnosťou proti korózii. S rozvojom vodnej energie a súvisiacich odliatkov smerom k veľkokapacitným sa kladú vyššie požiadavky na výkon materiálov z nehrdzavejúcej ocele, ako je ZG06Cr13Ni4Mo. Za týmto účelom, v kombinácii s výrobnou skúškou ZG06C r13N i4M alebo veľkých lopatiek domáceho zariadenia na výrobu vodných elektrární, prostredníctvom vnútornej kontroly chemického zloženia materiálu, porovnávacieho testu procesu tepelného spracovania a analýzy výsledkov testu, optimalizované jednoduché normalizačné + dvojité temperovacie teplo. proces úpravy materiálu ZG06C r13N i4M z nehrdzavejúcej ocele bol určený na výrobu odliatkov, ktoré spĺňajú vysoké požiadavky na výkon.
1 Vnútorná kontrola chemického zloženia
Materiál ZG06C r13N i4M o je vysokopevnostná martenzitická nehrdzavejúca oceľ, od ktorej sa vyžadujú vysoké mechanické vlastnosti a dobrá rázová húževnatosť pri nízkych teplotách. Aby sa zlepšil výkon materiálu, chemické zloženie bolo vnútorne kontrolované, čo vyžadovalo w (C) ≤ 0,04 %, w (P) ≤ 0,025 %, w (S) ≤ 0,08 %, a obsah plynu bol kontrolovaný. Tabuľka 1 ukazuje rozsah chemického zloženia vnútornej kontroly materiálu a výsledky analýzy chemického zloženia vzorky a tabuľka 2 ukazuje požiadavky na vnútornú kontrolu obsahu plynu v materiáli a výsledky analýzy obsahu vzorky plynu.
Tabuľka 1 Chemické zloženie (hmotnostný zlomok, %)
| prvok | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| štandardná požiadavka | ≤0,06 | ≤1,0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3,5-5,0 | 11,5-13,5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Zloženie Vnútorná kontrola | ≤0,04 | 0,6-0,9 | 1,4-0,7 | ≤0,025 | ≤0,008 | 4,0-5,0 | 12,0-13,0 | 0,5-0,7 | ≤0,5 | ≤0,040 |
| Analyzujte výsledky | 0,023 | 1,0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4.61 | 13,0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
Tabuľka 2 Obsah plynu (ppm)
| plynu | H | O | N |
| Požiadavky na vnútornú kontrolu | ≤2,5 | ≤ 80 | ≤ 150 |
| Analyzujte výsledky | 1,69 | 68,6 | 119,3 |
Materiál ZG06C r13N i4M o bol tavený v 30t elektrickej peci, rafinovaný v 25T LF peci na legovanie, nastavenie zloženia a teploty a oduhličený a odplynený v 25T VOD peci, čím sa získala roztavená oceľ s ultra nízkym obsahom uhlíka, jednotné zloženie, vysoká čistota a nízky obsah škodlivých plynov. Nakoniec sa na konečnú deoxidáciu použil hliníkový drôt, aby sa znížil obsah kyslíka v roztavenej oceli a ďalej sa zušľachtili zrná.
2 Skúška procesu tepelného spracovania
2.1 Skúšobný plán
Ako skúšobné teleso sa použilo odlievacie teleso, veľkosť skúšobného bloku bola 70 mm x 70 mm x 230 mm a predbežným tepelným spracovaním bolo zmäkčujúce žíhanie. Po konzultácii s literatúrou boli vybrané parametre procesu tepelného spracovania: normalizačná teplota 1 010 ℃, primárne temperovacie teploty 590 ℃, 605 ℃, 620 ℃, sekundárna temperovacia teplota 580 ℃ a na porovnávacie testy boli použité rôzne temperovacie procesy. Plán testu je uvedený v tabuľke 3.
Tabuľka 3 Plán testu tepelného spracovania
| Skúšobný plán | Proces testu tepelného spracovania | Pilotné projekty |
| A1 | 1 010 ℃ Normalizácia + 620 ℃ Temperovanie | Ťahové vlastnosti Rázová húževnatosť Tvrdosť HB Vlastnosti v ohybe Mikroštruktúra |
| A2 | 1 010℃Normalizácia+620℃Popúšťanie+580℃Popúšťanie | |
| B1 | 1 010 ℃ Normalizácia + 620 ℃ Temperovanie | |
| B2 | 1 010℃Normalizácia+620℃Popúšťanie+580℃Popúšťanie | |
| C1 | 1 010 ℃ Normalizácia + 620 ℃ Temperovanie | |
| C2 | 1 010℃Normalizácia+620℃Popúšťanie+580℃Popúšťanie |
2.2 Analýza výsledkov skúšok
2.2.1 Analýza chemického zloženia
Z výsledkov analýzy chemického zloženia a obsahu plynu v tabuľke 1 a tabuľke 2 sú hlavné prvky a obsah plynu v súlade s optimalizovaným rozsahom kontroly zloženia.
2.2.2 Analýza výsledkov výkonnostných skúšok
Po tepelnom spracovaní podľa rôznych testovacích schém sa uskutočnili porovnávacie testy mechanických vlastností v súlade s normami GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 a GB/T231.1-2009. Experimentálne výsledky sú uvedené v tabuľke 4 a tabuľke 5.
Tabuľka 4 Analýza mechanických vlastností rôznych schém procesu tepelného spracovania
| Skúšobný plán | Rp0,2/Mpa | Rm/Mpa | A/％ | Z/％ | AKV/J(0℃） | Hodnota tvrdosti HBW |
| štandardná | ≥550 | ≥750 | ≥15 | ≥35 | ≥50 | 210 až 290 |
| A1 | 526 | 786 | 21.5 | 71 | 168, 160, 168 | 247 |
| A2 | 572 | 809 | 26 | 71 | 142, 143, 139 | 247 |
| B1 | 588 | 811 | 21.5 | 71 | 153, 144, 156 | 250 |
| B2 | 687 | 851 | 23 | 71 | 172, 165, 176 | 268 |
| C1 | 650 | 806 | 23 | 71 | 147, 152, 156 | 247 |
| C2 | 664 | 842 | 23.5 | 70 | 147, 141, 139 | 263 |
Tabuľka 5 Skúška ohybom
| Skúšobný plán | Skúška ohybom (d=25,a=90°) | hodnotenie |
| B1 | Trhlina 5,2 × 1,2 mm | Neúspech |
| B2 | Žiadne praskliny | kvalifikovaní |
Z porovnania a analýzy mechanických vlastností: (1) Normalizácia + popúšťacie tepelné spracovanie, materiál môže získať lepšie mechanické vlastnosti, čo naznačuje, že materiál má dobrú kaliteľnosť. (2) Po normalizovanom tepelnom spracovaní sa medza klzu a plasticita (predĺženie) dvojitého popúšťania v porovnaní s jednoduchým popúšťaním zlepší. (3) Z kontroly a analýzy ohybového výkonu je ohybový výkon procesu normalizácie B1 + jednoduchého temperovania nekvalifikovaný a výkon testu ohybu testu B2 po dvojitom temperovaní je kvalifikovaný. (4) Z porovnania výsledkov skúšok 6 rôznych teplôt popúšťania má procesná schéma B2 1 010 °C normalizácia + 605 °C jednoduché popúšťanie + 580 °C sekundárne popúšťanie najlepšie mechanické vlastnosti, s medzou klzu 687 MPa, predĺžením 23 %, rázová húževnatosť viac ako 160 J pri 0 °C, stredná tvrdosť 268 HB a kvalifikovaný ohybový výkon, pričom všetky spĺňajú výkonnostné požiadavky materiálu.
2.2.3 Analýza metalografickej štruktúry
Metalografická štruktúra testovacieho procesu materiálu B1 a B2 bola analyzovaná podľa normy GB/T13298-1991. Obrázok 1 ukazuje metalografickú štruktúru normalizácie + 605 °C prvé popúšťanie a obrázok 2 ukazuje metalografickú štruktúru normalizácie + prvé popúšťanie + druhé popúšťanie. Z metalografickej kontroly a analýzy je hlavnou štruktúrou ZG06C r13N i4M o po tepelnom spracovaní nízkouhlíkový ihličkový martenzit + reverzný austenit. Z analýzy metalografickej štruktúry vyplýva, že zväzky lištového martenzitu materiálu po prvom temperovaní sú hrubšie a dlhšie. Po druhom temperovaní sa štruktúra matrice mierne zmení, štruktúra martenzitu je tiež mierne zjemnená a štruktúra je rovnomernejšia; z hľadiska výkonu sa do určitej miery zlepšuje medza klzu a plasticita.
Obrázok 1 ZG06Cr13Ni4Mo normalizačná + jedna temperovacia mikroštruktúra
Obrázok 2 ZG06Cr13Ni4Mo normalizačná + dvakrát temperovaná metalografická štruktúra
2.2.4 Analýza výsledkov skúšok
1) Test potvrdil, že materiál ZG06C r13N i4M o má dobrú kaliteľnosť. Prostredníctvom normalizačného + temperovacieho tepelného spracovania môže materiál získať dobré mechanické vlastnosti; medza klzu a plastické vlastnosti (predĺženie) dvoch popúšťaní po normalizačnom tepelnom spracovaní sú oveľa vyššie ako pri jednom popúšťaní.
2) Skúšobná analýza dokazuje, že štruktúra ZG06C r13N i4M o po normalizácii je martenzit a štruktúra po temperovaní je nízkouhlíkový lištový temperovaný martenzit + reverzný austenit. Obrátený austenit v temperovanej štruktúre má vysokú tepelnú stabilitu a má významný vplyv na mechanické vlastnosti, rázové vlastnosti a vlastnosti procesu odlievania a zvárania materiálu. Preto má materiál vysokú pevnosť, vysokú plastickú húževnatosť, primeranú tvrdosť, dobrú odolnosť proti praskaniu a dobré odlievacie a zváracie vlastnosti po tepelnom spracovaní.
3) Analyzujte dôvody na zlepšenie výkonu sekundárneho temperovania ZG06C r13N i4M o. Po normalizácii, zahriatí a tepelnej konzervácii vytvára ZG06C r13N i4M o po austenitizácii jemnozrnný austenit a po rýchlom ochladení sa transformuje na nízkouhlíkový martenzit. Pri prvom temperovaní sa presýtený uhlík v martenzite vyzráža vo forme karbidov, čím sa zníži pevnosť materiálu a zlepší sa plasticita a húževnatosť materiálu. V dôsledku vysokej teploty prvého popúšťania vzniká pri prvom popúšťaní okrem temperovaného martenzitu mimoriadne jemný reverzný austenit. Tieto reverzné austenity sa čiastočne transformujú na martenzit počas temperovacieho chladenia, čím sa vytvárajú podmienky pre nukleáciu a rast stabilného reverzného austenitu generovaného opäť počas procesu sekundárneho temperovania. Účelom sekundárneho temperovania je získať dostatok stabilného reverzného austenitu. Tieto reverzné austenity môžu počas plastickej deformácie prejsť fázovou transformáciou, čím sa zlepší pevnosť a plasticita materiálu. Kvôli obmedzeným podmienkam nie je možné pozorovať a analyzovať reverzný austenit, takže tento experiment by mal brať mechanické vlastnosti a mikroštruktúru ako hlavné výskumné objekty pre porovnávaciu analýzu.
3 Výrobná aplikácia
ZG06C r13N i4M o je materiál z vysokopevnostnej nehrdzavejúcej ocele liatej ocele s vynikajúcim výkonom. Pri samotnej výrobe čepelí sa na výrobu používa chemické zloženie a požiadavky na vnútornú kontrolu stanovené experimentom a proces tepelného spracovania sekundárnej normalizácie + temperovania. Proces tepelného spracovania je znázornený na obrázku 3. V súčasnosti je dokončená výroba 10 veľkých hydroelektrických lopatiek a výkon spĺňa všetky požiadavky užívateľa. Prešli opätovnou kontrolou používateľa a dostali dobré hodnotenie.
Pre charakteristiky zložitých zakrivených čepelí, veľkých obrysových rozmerov, hrubých hláv hriadeľa a ľahkej deformácie a praskania je potrebné v procese tepelného spracovania prijať niektoré procesné opatrenia:
1) Hlava hriadeľa je nadol a čepeľ je nahor. Schéma plnenia pece je prijatá na uľahčenie minimálnej deformácie, ako je znázornené na obrázku 4;
2) Uistite sa, že medzi odliatkami a medzi odliatkami a spodnou doskou železnej podložky je dostatočne veľká medzera, aby sa zabezpečilo chladenie, a uistite sa, že hrubá hlava hriadeľa spĺňa požiadavky na detekciu ultrazvukom;
3) Stupeň ohrevu obrobku je viacnásobne segmentovaný, aby sa minimalizovalo organizačné namáhanie odliatku počas procesu ohrevu, aby sa zabránilo praskaniu.
Realizácia vyššie uvedených opatrení tepelného spracovania zabezpečuje kvalitu tepelného spracovania čepele.
Obrázok 3 Proces tepelného spracovania čepele ZG06Cr13Ni4Mo
Obrázok 4 Schéma nakladania nožovej pece s procesom tepelného spracovania
4 Závery
1) Na základe vnútornej kontroly chemického zloženia materiálu sa prostredníctvom testu procesu tepelného spracovania stanovuje, že proces tepelného spracovania materiálu ZG06C r13N i4M o vysokopevnostnej nehrdzavejúcej oceli je procesom tepelného spracovania 1 010 ℃ normalizácia + 605 ℃ primárne temperovanie + 580 ℃ sekundárne temperovanie, ktoré môže zabezpečiť, že mechanické vlastnosti, vlastnosti nárazu pri nízkej teplote a vlastnosti ohýbania za studena odlievaného materiálu spĺňajú štandardné požiadavky.
2) Materiál ZG06C r13N i4M o má dobrú kaliteľnosť. Štruktúra po normalizovanom + dvojnásobnom tepelnom spracovaní popúšťaním je nízkouhlíkový lištový martenzit + reverzný austenit s dobrým výkonom, ktorý má vysokú pevnosť, vysokú plastickú húževnatosť, primeranú tvrdosť, dobrú odolnosť proti praskaniu a dobrý výkon odlievania a zvárania.
3) Schéma tepelného spracovania normalizácie + dvojnásobného temperovania určená experimentom sa aplikuje na proces tepelného spracovania výroby veľkých čepelí a všetky vlastnosti materiálu spĺňajú štandardné požiadavky užívateľa.
Čas odoslania: 28. júna 2024
