Tiivistelmä: Tutkittiin eri lämpökäsittelyprosessien vaikutusta ZG06Cr13Ni4Mo materiaalin suorituskykyyn. Testi osoittaa, että lämpökäsittelyn jälkeen 1 010 ℃ normalisointi + 605 ℃ ensisijainen karkaisu + 580 ℃ toissijainen karkaisu, materiaali saavuttaa parhaan suorituskyvyn indeksin. Sen rakenne on vähähiilistä martensiittia + käänteismuunnosausteniittia, jolla on korkea lujuus, matalan lämpötilan sitkeys ja sopiva kovuus. Se täyttää tuotteen suorituskykyvaatimukset suurten terävalujen lämpökäsittelytuotannon sovelluksissa.
Avainsanat: ZG06Cr13NI4Mo; martensiittista ruostumatonta terästä; terä
Suuret lavat ovat vesivoimaturbiinien avainosia. Osien käyttöolosuhteet ovat suhteellisen ankarat ja ne altistuvat korkeapaineiselle vesivirtauksen vaikutukselle, kulumiselle ja eroosiolle pitkään. Materiaali on valittu ZG06Cr13Ni4Mo martensiittisesta ruostumattomasta teräksestä, jolla on hyvät kattavat mekaaniset ominaisuudet ja korroosionkestävyys. Vesivoiman ja siihen liittyvien valukappaleiden kehittyessä suuren mittakaavan suuntaan, ruostumattomille teräsmateriaaleille, kuten ZG06Cr13Ni4Mo, asetetaan korkeammat vaatimukset. Tätä tarkoitusta varten yhdistettynä kotimaisen vesivoimalaitosyrityksen ZG06C r13N i4M o suurten siipien tuotantokokeeseen materiaalin kemiallisen koostumuksen sisäisen valvonnan, lämpökäsittelyprosessin vertailutestin ja testitulosanalyysin avulla optimoitu yksittäinen normalisointi + kaksinkertainen karkaisulämpö. ZG06C r13N i4M o ruostumattoman teräksen käsittelyprosessissa päätettiin tuottaa korkeat suorituskykyvaatimukset täyttäviä valukappaleita.
1 Kemiallisen koostumuksen sisäinen valvonta
ZG06C r13N i4M o materiaali on erittäin lujaa martensiittista ruostumatonta terästä, jolta vaaditaan korkeat mekaaniset ominaisuudet ja hyvä iskunkestävyys alhaisissa lämpötiloissa. Materiaalin suorituskyvyn parantamiseksi kemiallista koostumusta säädettiin sisäisesti vaatien w (C) < 0,04%, w (P) < 0,025%, w (S) < 0,08%, ja kaasupitoisuutta säädeltiin. Taulukossa 1 on esitetty materiaalin sisäisen kontrollin kemiallinen koostumusalue ja näytteen kemiallisen koostumuksen analyysitulokset ja taulukossa 2 materiaalikaasupitoisuuden sisäiset säätövaatimukset ja näytekaasupitoisuuden analyysitulokset.
Taulukko 1 Kemiallinen koostumus (massaosuus, %)
| elementti | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| vakiovaatimus | ≤0,06 | ≤1,0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3,5-5,0 | 11.5-13.5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Ainesosat Sisäinen valvonta | ≤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 |
| Analysoi tulokset | 0,023 | 1.0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4.61 | 13.0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
Taulukko 2 Kaasupitoisuus (ppm)
| kaasua | H | O | N |
| Sisäisen valvonnan vaatimukset | ≤2,5 | ≤80 | ≤150 |
| Analysoi tulokset | 1.69 | 68.6 | 119.3 |
ZG06C r13N i4M o -materiaali sulatettiin 30 t:n sähköuunissa, jalostettiin 25 T LF-uunissa seostamista, koostumuksen ja lämpötilan säätämistä varten ja poistettiin hiilestä ja kaasusta 25 T VOD -uunissa, jolloin saatiin sulatettua terästä, jossa oli erittäin vähän hiilipitoisuutta. yhtenäinen koostumus, korkea puhtaus ja alhainen haitallisten kaasujen pitoisuus. Lopuksi alumiinilankaa käytettiin lopulliseen deoksidaatioon happipitoisuuden vähentämiseksi sulassa teräksessä ja rakeiden edelleen jalostamiseksi.
2 Lämpökäsittelyprosessin testi
2.1 Testaussuunnitelma
Testikappaleena käytettiin valukappaletta, testikappaleen koko oli 70mm×70mm×230mm ja esilämpökäsittely oli pehmentävä hehkutus. Lämpökäsittelyprosessin parametreiksi valittiin kirjallisuuden perusteella: normalisointilämpötila 1 010 ℃, primäärikarkaisulämpötilat 590 ℃, 605 ℃, 620 ℃, sekundaarikarkaisulämpötila 580 ℃ ja vertailutesteissä käytettiin erilaisia karkaisuprosesseja. Testisuunnitelma on esitetty taulukossa 3.
Taulukko 3 Lämpökäsittelyn testaussuunnitelma
| Kokeilusuunnitelma | Lämpökäsittelyn testiprosessi | Pilottiprojektit |
| A1 | 1 010 ℃ Normalisointi + 620 ℃ Karkaisu | Veto-ominaisuudet Iskusitkeys Kovuus HB Taivutusominaisuudet Mikrorakenne |
| A2 | 1 010 ℃ Normalisointi + 620 ℃ karkaisu + 580 ℃ karkaisu | |
| B1 | 1 010 ℃ Normalisointi + 620 ℃ Karkaisu | |
| B2 | 1 010 ℃ Normalisointi + 620 ℃ karkaisu + 580 ℃ karkaisu | |
| C1 | 1 010 ℃ Normalisointi + 620 ℃ Karkaisu | |
| C2 | 1 010 ℃ Normalisointi + 620 ℃ karkaisu + 580 ℃ karkaisu |
2.2 Testitulosten analysointi
2.2.1 Kemiallisen koostumuksen analyysi
Taulukoiden 1 ja 2 kemiallisen koostumuksen ja kaasupitoisuuden analyysituloksista pääalkuaineet ja kaasupitoisuus ovat optimoidun koostumuksen säätöalueen mukaiset.
2.2.2 Suorituskykytestin tulosten analysointi
Erilaisten testikaavioiden mukaisen lämpökäsittelyn jälkeen suoritettiin mekaanisten ominaisuuksien vertailutestit standardien GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 ja GB/T231.1-2009 mukaisesti. Koetulokset on esitetty taulukoissa 4 ja 5.
Taulukko 4 Eri lämpökäsittelyprosessien mekaanisten ominaisuuksien analyysi
| Kokeilusuunnitelma | Rp0.2/Mpa | Rm/Mpa | A/％ | Z/％ | AKV/J(0℃) | Kovuusarvo HBW |
| standardi | ≥ 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 |
Taulukko 5 Taivutuskoe
| Kokeilusuunnitelma | Taivutuskoe (d=25，a=90°) | arviointi |
| B1 | Halkeama 5,2 × 1,2 mm | Epäonnistuminen |
| B2 | Ei halkeamia | pätevä |
Mekaanisten ominaisuuksien vertailusta ja analysoinnista: (1) Normalisointi + karkaisu lämpökäsittely, materiaali voi saada paremmat mekaaniset ominaisuudet, mikä osoittaa, että materiaalilla on hyvä karkenevuus. (2) Lämpökäsittelyn normalisoinnin jälkeen kaksoiskarkaisun myötöraja ja plastisuus (venymä) paranevat yksittäiseen karkaisuun verrattuna. (3) Taivutussuorituskyvyn tarkastuksen ja analyysin perusteella B1-normalisointi + yksittäinen karkaisutestiprosessin taivutussuorituskyky on epäpätevä, ja B2-testiprosessin taivutustestin suorituskyky kaksinkertaisen karkaisun jälkeen on hyväksytty. (4) Kuuden eri karkaisulämpötilan testitulosten vertailun perusteella B2-prosessikaaviolla 1 010 ℃ normalisointi + 605 ℃ yksikarkaisu + 580 ℃ toissijainen karkaisu on parhaat mekaaniset ominaisuudet, myötöraja 687 MPa, venymä. 23%, iskunkestävyys yli 160 J 0 ℃:ssa, kohtalainen kovuus 268HB ja pätevä taivutuskyky, jotka kaikki täyttävät materiaalin suorituskykyvaatimukset.
2.2.3 Metallografinen rakenneanalyysi
Materiaalien B1 ja B2 testiprosessien metallografinen rakenne analysoitiin GB/T13298-1991 standardin mukaisesti. Kuva 1 esittää normalisoinnin + 605℃ ensimmäisen karkaisun metallografista rakennetta ja kuva 2 normalisoinnin + ensimmäisen karkaisun + toisen karkaisun metallografista rakennetta. Metallografisen tarkastuksen ja analyysin perusteella ZG06C r13N i4M o:n päärakenne lämpökäsittelyn jälkeen on vähähiilinen rivimartensiitti + käänteinen austeniitti. Metallografisen rakenneanalyysin perusteella materiaalin rivimartensiittikimput ovat ensimmäisen karkaisun jälkeen paksumpia ja pidempiä. Toisen karkaisun jälkeen matriisirakenne muuttuu hieman, myös martensiittirakenne on hieman jalostunut ja rakenne on yhtenäisempi; suorituskyvyn suhteen myötöraja ja plastisuus paranevat jossain määrin.
Kuva 1 ZG06Cr13Ni4Mo normalisointi + yksi karkaisu mikrorakenne
Kuva 2 ZG06Cr13Ni4Mo normalisointi + kahdesti karkaisu metallografinen rakenne
2.2.4 Testitulosten analysointi
1) Testi vahvisti, että ZG06C r13N i4M o -materiaalilla on hyvä karkenevuus. Normalisoinnin + karkaisun lämpökäsittelyn avulla materiaali voi saada hyvät mekaaniset ominaisuudet; kahden karkaisun myötöraja ja plastiset ominaisuudet (venymä) normalisoinnin jälkeen ovat paljon korkeammat kuin yhden karkaisun.
2) Testianalyysi osoittaa, että ZG06C r13N i4M o:n rakenne normalisoinnin jälkeen on martensiittia ja karkaisun jälkeinen rakenne on vähähiilinen lath karkaistu martensiitti + käänteinen austeniitti. Karkaistun rakenteen käänteisellä austeniitilla on korkea lämpöstabiilisuus ja sillä on merkittävä vaikutus materiaalin mekaanisiin ominaisuuksiin, iskuominaisuuksiin sekä valu- ja hitsausprosessiominaisuuksiin. Siksi materiaalilla on korkea lujuus, korkea plastinen sitkeys, sopiva kovuus, hyvä halkeamankestävyys ja hyvät valu- ja hitsausominaisuudet lämpökäsittelyn jälkeen.
3) Analysoi syitä ZG06C r13N i4M o:n toissijaisen karkaisukyvyn parantamiseen. Normalisoinnin, lämmityksen ja lämpösäilytyksen jälkeen ZG06C r13N i4M o muodostaa hienorakeista austeniittia austenisoinnin jälkeen ja muuttuu sitten vähähiiliseksi martensiitiksi nopean jäähdytyksen jälkeen. Ensimmäisessä karkaisussa martensiitin ylikyllästynyt hiili saostuu karbidien muodossa, mikä vähentää materiaalin lujuutta ja parantaa materiaalin plastisuutta ja sitkeyttä. Ensimmäisen karkaisun korkeasta lämpötilasta johtuen ensimmäinen karkaisu tuottaa erittäin hienojakoista käänteisausteniittia karkaistun martensiitin lisäksi. Nämä käänteiset austeniitit muuttuvat osittain martensiitiksi karkaisun jäähdytyksen aikana, mikä tarjoaa olosuhteet toissijaisen karkaisuprosessin aikana syntyvän stabiilin käänteisen austeniitin ydintymiselle ja kasvulle. Toissijaisen karkaisun tarkoituksena on saada tarpeeksi stabiilia käänteisausteniittia. Näissä käänteisausteniiteissa voi tapahtua faasimuutos plastisen muodonmuutoksen aikana, mikä parantaa materiaalin lujuutta ja plastisuutta. Rajoitettujen olosuhteiden vuoksi käänteistä austeniittia on mahdotonta tarkkailla ja analysoida, joten tässä kokeessa tulisi ottaa mekaaniset ominaisuudet ja mikrorakenne vertailuanalyysin pääkohteina.
3 Tuotantosovellus
ZG06C r13N i4M o on erittäin luja ruostumaton teräsvaluteräsmateriaali, jolla on erinomainen suorituskyky. Kun terien varsinainen valmistus suoritetaan, tuotannossa käytetään kokeella määritettyä kemiallista koostumusta ja sisäisiä valvontavaatimuksia sekä lämpökäsittelyprosessia sekundaarista normalisointia + karkaisua. Lämpökäsittelyprosessi on esitetty kuvassa 3. Tällä hetkellä 10 suuren vesivoimasiiven valmistus on saatu päätökseen ja suorituskyky on täyttänyt käyttäjän vaatimukset. Ne ovat läpäisseet käyttäjän uusintatarkastuksen ja saaneet hyvän arvion.
Monimutkaisten kaarevien terien ominaisuudet, suuret ääriviivamitat, paksut akselipäät ja helppo muodonmuutos ja halkeilu edellyttävät joitain prosessitoimenpiteitä lämpökäsittelyprosessissa:
1) Akselin pää on alaspäin ja terä on ylöspäin. Uunin lastauskaavio on otettu käyttöön minimaalisen muodonmuutoksen helpottamiseksi, kuten kuvassa 4 esitetään;
2) Varmista, että valukappaleiden ja valukappaleiden ja tyynyn raudan pohjalevyn välillä on riittävän suuri rako jäähdytyksen varmistamiseksi, ja varmista, että paksu akselipää täyttää ultraäänitunnistusvaatimukset;
3) Työkappaleen lämmitysvaihe segmentoidaan useita kertoja valun organisatorisen rasituksen minimoimiseksi kuumennusprosessin aikana halkeilun estämiseksi.
Edellä mainittujen lämpökäsittelytoimenpiteiden toteuttaminen varmistaa terän lämpökäsittelyn laadun.
Kuva 3 ZG06Cr13Ni4Mo-terän lämpökäsittelyprosessi
Kuva 4 Terälämpökäsittelyprosessin uunin latauskaavio
4 Johtopäätökset
1) Materiaalin kemiallisen koostumuksen sisäisen valvonnan perusteella lämpökäsittelyprosessin testin avulla määritetään, että ZG06C r13N i4M o korkean lujan ruostumattoman teräsmateriaalin lämpökäsittelyprosessi on lämpökäsittelyprosessi 1 010 ℃ normalisointi + 605 ℃ ensisijainen karkaisu + 580 ℃ toissijainen karkaisu, joka voi varmistaa, että valumateriaalin mekaaniset ominaisuudet, matalan lämpötilan iskusitkeysominaisuudet ja kylmätaivutusominaisuudet täyttävät standardivaatimukset.
2) ZG06C r13N i4M o -materiaalilla on hyvä karkenevuus. Normalisoinnin + kahdesti karkaisun lämpökäsittelyn jälkeinen rakenne on vähähiilinen rivimartensiitti + käänteinen austeniitti, jolla on hyvä suorituskyky ja jolla on korkea lujuus, korkea plastinen sitkeys, sopiva kovuus, hyvä halkeamankestävyys ja hyvä valu- ja hitsaussuorituskyky.
3) Kokeessa määritettyä lämpökäsittelykaaviota normalisointi + kaksinkertainen karkaisu sovelletaan suurten terien lämpökäsittelyprosessin valmistukseen, ja materiaalin ominaisuudet täyttävät kaikki käyttäjän standardivaatimukset.
Postitusaika: 28.6.2024
