Резюме: Изследвано е влиянието на различни процеси на термична обработка върху характеристиките на материал ZG06Cr13Ni4Mo. Тестът показва, че след термична обработка при 1 010 ℃ нормализиране + 605 ℃ първично темпериране + 580 ℃ вторично темпериране, материалът достига най-добрия индекс на производителност. Структурата му е нисковъглероден мартензит + аустенит с обратна трансформация, с висока якост, издръжливост при ниска температура и подходяща твърдост. Той отговаря на изискванията за производителност на продукта при прилагане на производство на топлинна обработка на отливки с големи остриета.
Ключови думи: ZG06Cr13NI4Mo; мартензитна неръждаема стомана; острие
Големите лопатки са ключови части във водноелектрическите турбини. Условията на експлоатация на частите са сравнително тежки и те са подложени на въздействието на воден поток под високо налягане, износване и ерозия за дълго време. Материалът е избран от мартензитна неръждаема стомана ZG06Cr13Ni4Mo с добри цялостни механични свойства и устойчивост на корозия. С развитието на хидроенергията и свързаните с нея отливки към големи мащаби се поставят по-високи изисквания за характеристиките на материали от неръждаема стомана като ZG06Cr13Ni4Mo. За тази цел, комбинирано с производствения опит на ZG06C r13N i4M o големи лопатки на местно предприятие за водноелектрическо оборудване, чрез вътрешен контрол на химичния състав на материала, сравнителен тест на процеса на термична обработка и анализ на резултатите от теста, оптимизираната единична нормализираща + двойна топлина за темпериране процесът на обработка на материал от неръждаема стомана ZG06C r13N i4M o беше определен за производство на отливки, които отговарят на високи изисквания за производителност.
1 Вътрешен контрол на химичния състав
Материалът ZG06C r13N i4M o е мартензитна неръждаема стомана с висока якост, от която се изисква да има високи механични свойства и добра ударна издръжливост при ниски температури. За да се подобри работата на материала, химическият състав беше вътрешно контролиран, изисквайки w (C) ≤ 0,04%, w (P) ≤ 0,025%, w (S) ≤ 0,08%, и съдържанието на газ беше контролирано. Таблица 1 показва обхвата на химичния състав на вътрешния контрол на материала и резултатите от анализа на химичния състав на пробата, а таблица 2 показва изискванията за вътрешен контрол на съдържанието на газ в материала и резултатите от анализа на съдържанието на газ в пробата.
Таблица 1 Химичен състав (масова част, %)
| елемент | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| стандартно изискване | ≤0,06 | ≤1,0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3,5-5,0 | 11,5-13,5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Съставки Вътрешен контрол | ≤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 |
| Анализирайте резултатите | 0,023 | 1.0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4.61 | 13.0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
Таблица 2 Съдържание на газ (ppm)
| газ | H | O | N |
| Изисквания за вътрешен контрол | ≤2,5 | ≤80 | ≤150 |
| Анализирайте резултатите | 1,69 | 68.6 | 119.3 |
Материалът ZG06C r13N i4M o беше разтопен в 30 t електрическа пещ, рафиниран в 25T LF пещ за легиране, регулиране на състава и температурата и обезвъглероден и дегазиран в 25T VOD пещ, като по този начин се получи разтопена стомана с ултра ниско съдържание на въглерод, равномерен състав, висока чистота и ниско съдържание на вредни газове. Накрая се използва алуминиева тел за окончателно дезоксидиране, за да се намали съдържанието на кислород в разтопената стомана и допълнително да се рафинират зърната.
2 Тест на процеса на топлинна обработка
2.1 План за тестване
Лееното тяло беше използвано като тестово тяло, размерът на тестовия блок беше 70 mm × 70 mm × 230 mm, а предварителната топлинна обработка беше омекотяващо отгряване. След справка с литературата, избраните параметри на процеса на термична обработка бяха: температура на нормализиране 1 010 ℃, температури на първично темпериране 590 ℃, 605 ℃, 620 ℃, температура на вторично темпериране 580 ℃ и различни процеси на темпериране бяха използвани за сравнителни тестове. Планът на теста е показан в таблица 3.
Таблица 3 План за изпитване на топлинна обработка
| Пробен план | Процес на изпитване на топлинна обработка | Пилотни проекти |
| A1 | 1 010 ℃ Нормализиране + 620 ℃ Закаляване | Свойства на опън Ударна якост Твърдост HB Свойства на огъване Микроструктура |
| A2 | 1 010 ℃ Нормализиране + 620 ℃ Закаляване + 580 ℃ Закаляване | |
| B1 | 1 010 ℃ Нормализиране + 620 ℃ Закаляване | |
| B2 | 1 010 ℃ Нормализиране + 620 ℃ Закаляване + 580 ℃ Закаляване | |
| C1 | 1 010 ℃ Нормализиране + 620 ℃ Закаляване | |
| C2 | 1 010 ℃ Нормализиране + 620 ℃ Закаляване + 580 ℃ Закаляване |
2.2 Анализ на резултатите от теста
2.2.1 Анализ на химичния състав
От резултатите от анализа на химичния състав и съдържанието на газ в таблица 1 и таблица 2, основните елементи и съдържанието на газ са в съответствие с оптимизирания диапазон за контрол на състава.
2.2.2 Анализ на резултатите от тестовете за ефективност
След термична обработка съгласно различни схеми за изпитване бяха проведени сравнителни тестове за механични свойства в съответствие със стандартите GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 и GB/T231.1-2009. Експерименталните резултати са показани в таблица 4 и таблица 5.
Таблица 4 Анализ на механичните свойства на различни схеми на процеса на термична обработка
| Пробен план | Rp0,2/Mpa | Rm/Mpa | A/% | Z/％ | AKV/J(0 ℃) | Стойност на твърдостта HBW |
| стандартен | ≥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 |
Таблица 5 Изпитване на огъване
| Пробен план | Тест за огъване（d=25，a=90°） | оценка |
| B1 | Пукнатина 5,2×1,2 мм | Провал |
| B2 | Без пукнатини | квалифицирани |
От сравнението и анализа на механичните свойства: (1) Нормализиране + темперираща топлинна обработка, материалът може да получи по-добри механични свойства, което показва, че материалът има добра закаляемост. (2) След нормализиране на термичната обработка, границата на провлачване и пластичността (удължението) на двойното темпериране се подобряват в сравнение с единичното темпериране. (3) От проверката и анализа на производителността на огъване, производителността на огъване на процеса на изпитване B1 за нормализиране + единично темпериране е неквалифицирана, а ефективността на изпитването на огъване на процеса на изпитване B2 след двойно темпериране е квалифицирана. (4) От сравнението на резултатите от теста на 6 различни температури на темпериране, схемата на процес B2 от 1 010 ℃ нормализиране + 605 ℃ единично темпериране + 580 ℃ вторично темпериране има най-добрите механични свойства, с граница на провлачване от 687MPa, удължение от 23%, издръжливост на удар от повече от 160J при 0 ℃, умерена твърдост от 268HB и квалифицирана производителност на огъване, всички отговарящи на изискванията за производителност на материала.
2.2.3 Анализ на металографската структура
Металографската структура на процесите на изпитване на материал B1 и B2 беше анализирана съгласно стандарт GB/T13298-1991. Фигура 1 показва металографската структура на нормализиране + 605 ℃ първо темпериране, а Фигура 2 показва металографската структура на нормализиране + първо темпериране + второ темпериране. От металографската проверка и анализ, основната структура на ZG06C r13N i4M o след топлинна обработка е нисковъглероден летвен мартензит + обърнат аустенит. От анализа на металографската структура, летвите мартензитни снопове на материала след първото темпериране са по-дебели и по-дълги. След второто темпериране структурата на матрицата се променя леко, мартензитната структура също е леко рафинирана и структурата е по-равномерна; по отношение на производителността, границата на провлачване и пластичността се подобряват до известна степен.
Фигура 1 ZG06Cr13Ni4Mo нормализиране + една темперираща микроструктура
Фигура 2 ZG06Cr13Ni4Mo нормализираща + два пъти темперирана металографска структура
2.2.4 Анализ на резултатите от теста
1) Тестът потвърди, че материалът ZG06C r13N i4M o има добра закаляемост. Чрез нормализиране + закаляване топлинна обработка, материалът може да получи добри механични свойства; границата на провлачване и пластичните свойства (удължение) на две закалки след нормализираща термична обработка са много по-високи от тези на една закалка.
2) Анализът на теста доказва, че структурата на ZG06C r13N i4M o след нормализиране е мартензит, а структурата след темпериране е нисковъглероден летвен темпериран мартензит + обратен аустенит. Обърнатият аустенит в темперираната структура има висока термична стабилност и има значителен ефект върху механичните свойства, свойствата на удар и свойствата на процеса на леене и заваряване на материала. Поради това материалът има висока якост, висока пластична якост, подходяща твърдост, добра устойчивост на пукнатини и добри свойства за леене и заваряване след термична обработка.
3) Анализирайте причините за подобряването на характеристиките на вторичното темпериране на ZG06C r13N i4M o. След нормализиране, нагряване и запазване на топлината ZG06C r13N i4M o образува финозърнест аустенит след аустенитизация и след това се трансформира в нисковъглероден мартензит след бързо охлаждане. При първото темпериране пренаситеният въглерод в мартензита се утаява под формата на карбиди, като по този начин намалява якостта на материала и подобрява пластичността и якостта на материала. Поради високата температура на първото темпериране, първото темпериране произвежда изключително фин обратен аустенит в допълнение към темперирания мартензит. Тези обратни аустенити се трансформират частично в мартензит по време на охлаждане при темпериране, осигурявайки условия за нуклеация и растеж на стабилен обратен аустенит, генериран отново по време на процеса на вторично темпериране. Целта на вторичното темпериране е да се получи достатъчно стабилен обратен аустенит. Тези обратни аустенити могат да претърпят фазова трансформация по време на пластична деформация, като по този начин подобряват здравината и пластичността на материала. Поради ограничените условия е невъзможно да се наблюдава и анализира обратният аустенит, така че този експеримент трябва да вземе механичните свойства и микроструктурата като основни изследователски обекти за сравнителен анализ.
3 Приложение за производство
ZG06C r13N i4M o е високоякостен материал от неръждаема стомана с отлична производителност. Когато се извършва действителното производство на остриета, за производството се използват химичният състав и изискванията за вътрешен контрол, определени от експеримента, и процесът на топлинна обработка на вторично нормализиране + темпериране. Процесът на термична обработка е показан на Фигура 3. Понастоящем е завършено производството на 10 големи водноелектрически лопатки и всички характеристики отговарят на изискванията на потребителя. Те са преминали повторна проверка от потребителя и са получили добра оценка.
За характеристиките на сложни извити остриета, големи размери на контура, дебели глави на валове и лесна деформация и напукване, трябва да се вземат някои мерки в процеса на топлинна обработка:
1) Главата на вала е надолу, а острието е нагоре. Схемата за зареждане на пещта е приета, за да улесни минималната деформация, както е показано на фигура 4;
2) Уверете се, че има достатъчно голямо разстояние между отливките и между отливките и долната плоча на подложката, за да се осигури охлаждане, и се уверете, че дебелата глава на вала отговаря на изискванията за ултразвуково откриване;
3) Етапът на нагряване на детайла е сегментиран многократно, за да се сведе до минимум организационният стрес на отливката по време на процеса на нагряване, за да се предотврати напукване.
Прилагането на горните мерки за топлинна обработка гарантира качеството на топлинната обработка на острието.
Фигура 3 Процес на термична обработка на острието ZG06Cr13Ni4Mo
Фигура 4 Схема на зареждане на пещ за процес на топлинна обработка на ножовете
4 Изводи
1) Въз основа на вътрешния контрол на химичния състав на материала, чрез теста на процеса на топлинна обработка, се определя, че процесът на топлинна обработка на ZG06C r13N i4M o материал от неръждаема стомана с висока якост е процес на топлинна обработка от 1 010 ℃ нормализиране + 605 ℃ първично темпериране + 580 ℃ вторично темпериране, което може да гарантира, че механичните свойства, свойствата при нискотемпературен удар и свойствата на студено огъване на леярския материал отговарят на стандартните изисквания.
2) Материалът ZG06C r13N i4M o има добра закаляемост. Структурата след нормализиране + термична обработка с двойно темпериране е нисковъглероден летвен мартензит + обратен аустенит с добра производителност, която има висока якост, висока пластична издръжливост, подходяща твърдост, добра устойчивост на пукнатини и добри характеристики при леене и заваряване.
3) Схемата за топлинна обработка на нормализиране + двукратно темпериране, определена от експеримента, се прилага към процеса на топлинна обработка при производството на големи остриета и всички свойства на материала отговарят на стандартните изисквания на потребителя.
Време на публикуване: 28 юни 2024 г
