Анатацыя: Даследаваны ўплыў розных працэсаў тэрмічнай апрацоўкі на характарыстыкі матэрыялу ZG06Cr13Ni4Mo. Выпрабаванне паказвае, што пасля тэрмічнай апрацоўкі пры 1010 ℃ нармалізацыі + 605 ℃ першаснай загартоўкі + 580 ℃ другаснай загартоўкі матэрыял дасягае найлепшага паказчыка прадукцыйнасці. Яго структура ўяўляе сабой нізкавугляродны мартэнсіт + аўстэніт зваротнага пераўтварэння з высокай трываласцю, трываласцю пры нізкіх тэмпературах і адпаведнай цвёрдасцю. Ён адпавядае патрабаванням прадукцыйнасці прадукту пры ўжыванні вытворчасці тэрмічнай апрацоўкі ліцця вялікага ляза.
Ключавыя словы: ZG06Cr13NI4Mo; мартенситная нержавеючая сталь; лязо
Вялікія лопасці з'яўляюцца ключавымі дэталямі гідраэнергетычных турбін. Умовы эксплуатацыі дэталяў адносна цяжкія, яны працяглы час падвяргаюцца ўздзеянню патоку вады пад высокім ціскам, зносу і эрозіі. Матэрыял абраны з мартэнсітнай нержавеючай сталі ZG06Cr13Ni4Mo з добрымі комплекснымі механічнымі ўласцівасцямі і ўстойлівасцю да карозіі. З развіццём гідраэнергетыкі і звязанага з ёй ліцця ў напрамку буйнамаштабных, павышаюцца патрабаванні да характарыстык матэрыялаў з нержавеючай сталі, такіх як ZG06Cr13Ni4Mo. З гэтай мэтай, у спалучэнні з выпрабаваннем вытворчасці ZG06C r13N i4M o вялікіх лопасцяў айчыннага прадпрыемства па гідраэнергетычным абсталяванні, шляхам унутранага кантролю хімічнага складу матэрыялу, параўнальнага тэсту працэсу тэрмічнай апрацоўкі і аналізу вынікаў выпрабаванняў, аптымізаваная адзінкавая нармалізацыя + падвойная цеплавая загартоўка працэс апрацоўкі матэрыялу з нержавеючай сталі ZG06C r13N i4M o быў вызначаны для вытворчасці адлівак, якія адпавядаюць высокім патрабаванням да прадукцыйнасці.
1 Унутраны кантроль хімічнага складу
Матэрыял ZG06C r13N i4M o - гэта высокатрывалая мартэнсітная нержавеючая сталь, якая павінна мець высокія механічныя ўласцівасці і добрую ўдарную глейкасць пры нізкіх тэмпературах. Каб палепшыць прадукцыйнасць матэрыялу, хімічны склад быў унутраны кантроль, патрабуючы w (C) ≤ 0,04%, w (P) ≤ 0,025%, w (S) ≤ 0,08%, і ўтрыманне газу кантралявалася. Табліца 1 паказвае дыяпазон хімічнага складу ўнутранага кантролю матэрыялу і вынікі аналізу хімічнага складу пробы, а табліца 2 паказвае патрабаванні ўнутранага кантролю ўтрымання газу ў матэрыяле і вынікі аналізу ўтрымання газу ў пробе.
Табліца 1 Хімічны склад (масавая доля, %)
| элемент | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| стандартнае патрабаванне | ≤0,06 | ≤1,0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3,5-5,0 | 11,5-13,5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Інгрэдыенты Унутраны кантроль | ≤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 |
| Прааналізуйце вынікі | 0,023 | 1.0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4.61 | 13.0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
Табліца 2 Утрыманне газу (праміле)
| газ | H | O | N |
| Патрабаванні да ўнутранага кантролю | ≤2,5 | ≤80 | ≤150 |
| Прааналізуйце вынікі | 1,69 | 68.6 | 119.3 |
Матэрыял ZG06C r13N i4M o быў выплаўлены ў 30-тоннай электрычнай печы, ачышчаны ў 25-тоннай печы LF для легіравання, рэгулявання складу і тэмпературы, а таксама дэкарбіраваны і дэгазаваны ў 25-тоннай VOD-печы, у выніку чаго была атрымана расплаўленая сталь са звышнізкім вугляродам, аднастайны склад, высокая чысціня і нізкае ўтрыманне шкодных газаў. Нарэшце, алюмініевы дрот быў выкарыстаны для канчатковага раскіслення для зніжэння ўтрымання кіслароду ў расплаўленай сталі і далейшага ачышчэння зерняў.
2 Тэст працэсу тэрмічнай апрацоўкі
2.1 План выпрабаванняў
У якасці доследнага цела было выкарыстана адліванае цела, памер выпрабавальнага блока быў 70 мм × 70 мм × 230 мм, а папярэдняя тэрмічная апрацоўка была змякчаючым адпалам. Пасля кансультацый з літаратурай былі выбраны наступныя параметры працэсу тэрмічнай апрацоўкі: тэмпература нармалізацыі 1010 ℃, тэмпература першаснага адпуску 590 ℃, 605 ℃, 620 ℃, тэмпература другаснага адпуску 580 ℃, і розныя працэсы адпуску выкарыстоўваліся для параўнальных выпрабаванняў. План выпрабаванняў паказаны ў табліцы 3.
Табліца 3 План выпрабаванняў тэрмічнай апрацоўкі
| Пробны план | Тэст працэсу тэрмічнай апрацоўкі | Пілотныя праекты |
| A1 | 1 010 ℃ Нармалізацыя + 620 ℃ Загартоўка | Уласцівасці на разрыў Ударная глейкасць Цвёрдасць HB Уласцівасці на выгіб Мікраструктура |
| A2 | 1 010 ℃ Нармалізацыя + 620 ℃ Загартоўка + 580 ℃ Загартоўка | |
| B1 | 1 010 ℃ Нармалізацыя + 620 ℃ Загартоўка | |
| B2 | 1 010 ℃ Нармалізацыя + 620 ℃ Загартоўка + 580 ℃ Загартоўка | |
| C1 | 1 010 ℃ Нармалізацыя + 620 ℃ Загартоўка | |
| C2 | 1 010 ℃ Нармалізацыя + 620 ℃ Загартоўка + 580 ℃ Загартоўка |
2.2 Аналіз вынікаў выпрабаванняў
2.2.1 Аналіз хімічнага складу
З вынікаў аналізу хімічнага складу і ўтрымання газу ў табліцы 1 і табліцы 2 вынікае, што асноўныя элементы і ўтрыманне газу адпавядаюць аптымізаванаму дыяпазону кантролю складу.
2.2.2 Аналіз вынікаў тэставання прадукцыйнасці
Пасля тэрмічнай апрацоўкі ў адпаведнасці з рознымі схемамі выпрабаванняў былі праведзены параўнальныя выпрабаванні механічных уласцівасцей у адпаведнасці са стандартамі GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 і GB/T231.1-2009. Эксперыментальныя вынікі паказаны ў табл. 4 і 5.
Табліца 4. Аналіз механічных уласцівасцей розных схем тэрмаапрацоўкі
| Пробны план | Rp0,2/Мпа | Rm/Мпа | A/% | Z/％ | AKV/Дж (0 ℃) | Значэнне цвёрдасці HBW |
| стандарт | ≥550 | ≥750 | ≥15 | ≥35 | ≥50 | 210~290 |
| 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 |
Табліца 5 Выпрабаванне на выгіб
| Пробны план | Тэст на выгіб（d=25，a=90°） | ацэнка |
| B1 | Расколіна 5,2×1,2 мм | Няўдача |
| B2 | Няма расколін | кваліфікаваны |
З параўнання і аналізу механічных уласцівасцей: (1) Тэрмічная апрацоўка пры нармалізацыі + загартоўцы матэрыял можа атрымаць лепшыя механічныя ўласцівасці, што сведчыць аб добрай загартоўванасці матэрыялу. (2) Пасля нармалізацыі тэрмічнай апрацоўкі мяжа цякучасці і пластычнасць (падаўжэнне) падвойнага адпуску паляпшаюцца ў параўнанні з аднаразовым адпускам. (3) Зыходзячы з праверкі і аналізу прадукцыйнасці на выгіб, прадукцыйнасць на выгіб у працэсе нармалізацыі B1 + аднаразовага адпуску не прызнана кваліфікаванай, а прадукцыйнасць выпрабавання на выгіб у працэсе выпрабавання B2 пасля двайнога адпуску прызнана кваліфікаванай. (4) З параўнання вынікаў выпрабаванняў пры 6 розных тэмпературах загартоўкі, схема працэсу B2 1010 ℃ нармалізацыі + 605 ℃ аднаразовай загартоўкі + 580 ℃ другаснай загартоўкі мае найлепшыя механічныя ўласцівасці з мяжой цякучасці 687 МПа, адноснае падаўжэнне 23%, ударная глейкасць больш за 160 Дж пры 0 ℃, умераная цвёрдасць 268HB і якасная прадукцыйнасць на выгіб, усе яны адпавядаюць патрабаванням да матэрыялу.
2.2.3 Металаграфічны аналіз структуры
Металаграфічная структура выпрабавальных працэсаў матэрыялу B1 і B2 была прааналізавана ў адпаведнасці са стандартам GB/T13298-1991. Малюнак 1 паказвае металаграфічную структуру нармалізацыі + 605 ℃ першага адпуску, а малюнак 2 паказвае металаграфічную структуру нармалізацыі + першага адпуску + другога адпуску. Па выніках металаграфічнага кантролю і аналізу асноўная структура ZG06C r13N i4M o пасля тэрмічнай апрацоўкі - гэта нізкавугляродны планкавы мартэнсіт + зваротны аўстэніт. З металаграфічнага аналізу структуры пучкі пласціннага мартэнсіту матэрыялу пасля першага загартоўкі больш тоўстыя і даўжэйшыя. Пасля другога адпуску структура матрыцы нязначна змяняецца, структура мартенсита таксама трохі ўдакладняецца, і структура становіцца больш аднастайнай; з пункту гледжання прадукцыйнасці, мяжа цякучасці і пластычнасць паляпшаюцца ў пэўнай ступені.
Малюнак 1 ZG06Cr13Ni4Mo нармалізацыя + адна мікраструктура загартоўкі
Малюнак 2 Металаграфічная структура ZG06Cr13Ni4Mo нармалізацыі + двойчы загартоўкі
2.2.4 Аналіз вынікаў выпрабаванняў
1) Тэст пацвердзіў, што матэрыял ZG06C r13N i4M o мае добрую загартоўвальнасць. Дзякуючы нармалізацыйнай + загартаванай тэрмічнай апрацоўцы, матэрыял можа атрымаць добрыя механічныя ўласцівасці; мяжа цякучасці і пластычныя ўласцівасці (падаўжэнне) двух загартовак пасля нармалізуючай тэрмічнай апрацоўкі значна вышэй, чым пры адной загартцы.
2) Аналіз выпрабаванняў даказвае, што структура ZG06C r13N i4M o пасля нармалізацыі ўяўляе сабой мартэнсіт, а структура пасля адпуску ўяўляе сабой нізкавугляродны мартэнсіт з адпушчанай пласцінай + зваротны аўстэніт. Зваротны аўстэніт у загартаванай структуры валодае высокай тэрмічнай стабільнасцю і аказвае значны ўплыў на механічныя ўласцівасці, ударныя ўласцівасці і ўласцівасці матэрыялу ў працэсе ліцця і зваркі. Такім чынам, матэрыял мае высокую трываласць, высокую пластычную трываласць, адпаведную цвёрдасць, добрую расколінастойлівасць і добрыя ўласцівасці ліцця і зваркі пасля тэрмічнай апрацоўкі.
3) Прааналізуйце прычыны паляпшэння паказчыкаў другаснага адпуску ZG06C r13N i4M o. Пасля нармалізацыі, нагрэву і захавання цяпла ZG06C r13N i4M o утварае дробназярністы аўстэніт пасля аўстэнітызацыі, а затым пасля хуткага астуджэння ператвараецца ў нізкавугляродны мартэнсіт. Пры першым адпуску перанасычаны вуглярод у мартэнсіце выпадае ў выглядзе карбідаў, тым самым зніжаючы трываласць матэрыялу і паляпшаючы пластычнасць і трываласць матэрыялу. З-за высокай тэмпературы першага адпуску, першы адпуск вырабляе надзвычай тонкі зваротны аўстэніт у дадатак да загартаванага мартэнсіту. Гэтыя зваротныя аўстэніты часткова пераўтворацца ў мартэнсіт падчас астуджэння адпуску, забяспечваючы ўмовы для зараджэння і росту стабільнага зваротнага аўстэніту, які зноў утвараецца ў працэсе другаснага адпуску. Мэтай другаснага адпуску з'яўляецца атрыманне досыць стабільнага зваротнага аўстэніту. Гэтыя зваротныя аўстэніты могуць падвяргацца фазавым ператварэнням падчас пластычнай дэфармацыі, тым самым паляпшаючы трываласць і пластычнасць матэрыялу. З-за абмежаваных умоў немагчыма назіраць і аналізаваць зваротны аўстэніт, таму ў гэтым эксперыменце ў якасці асноўных аб'ектаў даследавання для параўнальнага аналізу варта ўзяць механічныя ўласцівасці і мікраструктуру.
3 Вытворчая заяўка
ZG06C r13N i4M o - гэта высокатрывалы літой матэрыял з нержавеючай сталі з выдатнымі характарыстыкамі. Пры фактычным вырабе лёзаў для вытворчасці выкарыстоўваюцца хімічны склад і патрабаванні да ўнутранага кантролю, вызначаныя эксперыментам, а таксама працэс тэрмічнай апрацоўкі другаснай нармалізацыі + загартоўкі. Працэс тэрмічнай апрацоўкі паказаны на малюнку 3. У цяперашні час вытворчасць 10 вялікіх гідраэлектрастанцый завершана, і ўсе характарыстыкі адпавядаюць патрабаванням карыстальніка. Яны прайшлі паўторную праверку карыстальнікам і атрымалі добрую ацэнку.
Для характарыстык складаных выгнутых лопасцяў, вялікіх памераў контуру, тоўстых галоў вала і лёгкай дэфармацыі і парэпання ў працэсе тэрмаапрацоўкі неабходна прыняць некаторыя тэхналагічныя меры:
1) Галоўка стрыжня накіравана ўніз, а лязо ўверх. Схема загрузкі печы прынята для палягчэння мінімальнай дэфармацыі, як паказана на малюнку 4;
2) Пераканайцеся, што існуе дастаткова вялікі зазор паміж адліўкамі і паміж адліўкамі і ніжняй пласцінай з падкладкі для забеспячэння астуджэння, і пераканайцеся, што тоўстая галоўка вала адпавядае патрабаванням ультрагукавога выяўлення;
3) Стадыя нагрэву нарыхтоўкі сегментавана некалькі разоў, каб мінімізаваць арганізацыйную нагрузку адліўкі падчас працэсу нагрэву, каб прадухіліць парэпанне.
Выкананне вышэйпералічаных мер тэрмічнай апрацоўкі забяспечвае якасць тэрмічнай апрацоўкі ляза.
Малюнак 3 Працэс тэрмічнай апрацоўкі ляза ZG06Cr13Ni4Mo
Малюнак 4 Схема загрузкі печы працэсу тэрмічнай апрацоўкі ляза
4 Высновы
1) На аснове ўнутранага кантролю хімічнага складу матэрыялу, праз выпрабаванне працэсу тэрмічнай апрацоўкі, вызначана, што працэс тэрмічнай апрацоўкі матэрыялу ZG06C r13N i4M o высокатрывалай нержавеючай сталі з'яўляецца працэсам тэрмічнай апрацоўкі 1 010 ℃ нармалізацыя + 605 ℃ першасны адпуск + 580 ℃ другасны адпуск, які можа гарантаваць, што механічныя ўласцівасці, нізкатэмпературныя ўдарныя ўласцівасці і ўласцівасці халоднага выгібу ліцейнага матэрыялу адпавядаюць стандартным патрабаванням.
2) Матэрыял ZG06C r13N i4M o мае добрую загартоўвальнасць. Структура пасля нармалізацыі + тэрмічнай апрацоўкі падвойнага адпуску ўяўляе сабой нізкавугляродны планкавы мартэнсіт + зваротны аўстэніт з добрымі характарыстыкамі, які мае высокую трываласць, высокую пластычную глейкасць, адпаведную цвёрдасць, добрую расколінастойлівасць і добрыя характарыстыкі ліцця і зваркі.
3) Схема тэрмічнай апрацоўкі нармалізацыя + двойчы адпачынак, вызначаная эксперыментам, прымяняецца да працэсу тэрмічнай апрацоўкі вытворчасці вялікіх лязоў, і ўсе ўласцівасці матэрыялу адпавядаюць стандартным патрабаванням карыстальніка.
Час публікацыі: 28 чэрвеня 2024 г
