Absztrakt: Különböző hőkezelési eljárások hatását vizsgáltuk a ZG06Cr13Ni4Mo anyag teljesítményére. A teszt azt mutatja, hogy 1 010 ℃ normalizálás + 605 ℃ elsődleges temperálás + 580 ℃ másodlagos temperálás után az anyag eléri a legjobb teljesítménymutatót. Szerkezete alacsony széntartalmú martenzit + fordított átalakulású ausztenit, nagy szilárdságú, alacsony hőmérsékleten szívós és megfelelő keménységű. Megfelel a termékteljesítmény követelményeinek a nagyméretű pengeöntési hőkezelési gyártás során.
Kulcsszavak: ZG06Cr13NI4Mo; martenzites rozsdamentes acél; penge
A nagy lapátok a vízerőmű turbinák kulcsfontosságú részei. Az alkatrészek üzemi körülményei viszonylag zordak, és hosszú ideig ki vannak téve nagynyomású vízáramlás hatásának, kopásnak és eróziónak. Anyaga ZG06Cr13Ni4Mo martenzites rozsdamentes acél, jó átfogó mechanikai tulajdonságokkal és korrózióállósággal. A vízenergia és a kapcsolódó öntvények nagy léptékű fejlesztésével magasabb követelményeket támasztanak a rozsdamentes acél anyagok, például a ZG06Cr13Ni4Mo teljesítményével szemben. Ebből a célból a ZG06C r13N i4M o nagy lapátjainak gyártási kísérletével kombinálva egy hazai vízerőmű-ipari berendezés vállalatnál, az anyag kémiai összetételének belső ellenőrzésével, a hőkezelési folyamat összehasonlító vizsgálatával és a vizsgálati eredmények elemzésével, az optimalizált egyszeri normalizálás + kettős temperálás hő. A ZG06C r13N i4M o rozsdamentes acél anyag kezelési folyamata során úgy döntöttek, hogy olyan öntvényeket állítsanak elő, amelyek megfelelnek a magas teljesítmény követelményeinek.
1 A kémiai összetétel belső ellenőrzése
A ZG06C r13N i4M o anyaga nagy szilárdságú martenzites rozsdamentes acél, amelyhez jó mechanikai tulajdonságok és jó alacsony hőmérsékletű ütésállóság szükséges. Az anyag teljesítményének javítása érdekében a kémiai összetételt belsőleg szabályoztuk, w (C) ≤ 0,04%, w (P) ≤ 0,025%, w (S) ≤ 0,08% és a gáztartalmat szabályoztuk. Az 1. táblázat az anyag belső ellenőrzésének kémiai összetételi tartományát és a minta kémiai összetételének elemzési eredményeit mutatja, a 2. táblázat pedig az anyaggáztartalom belső ellenőrzési követelményeit és a minta gáztartalmának elemzési eredményeit.
1. táblázat Kémiai összetétel (tömeghányad, %)
| elem | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| standard követelmény | ≤0,06 | ≤1,0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3,5-5,0 | 11,5-13,5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Összetevők belső ellenőrzése | ≤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 |
| Elemezze az eredményeket | 0,023 | 1.0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4.61 | 13.0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
2. táblázat Gáztartalom (ppm)
| gáz | H | O | N |
| Belső ellenőrzési követelmények | ≤2,5 | ≤80 | ≤150 |
| Elemezze az eredményeket | 1.69 | 68.6 | 119.3 |
A ZG06C r13N i4M o anyagot 30 tonnás elektromos kemencében olvasztották meg, 25T LF kemencében finomították az ötvözéshez, az összetétel és a hőmérséklet beállításához, majd egy 25T VOD kemencében széntelenítették és gáztalanították, így olvadt acélt kaptak ultra alacsony széntartalmú, egységes összetételű, nagy tisztaságú és alacsony káros gáztartalommal. Végül alumíniumhuzalt használtak a végső deoxidációhoz, hogy csökkentsék az olvadt acél oxigéntartalmát és tovább finomítsák a szemcséket.
2 A hőkezelési folyamat vizsgálata
2.1 Tesztterv
Teszttestként az öntőtestet használtuk, a próbatest mérete 70 mm× 70 mm×230 mm, az előzetes hőkezelés pedig lágyító izzítás volt. A szakirodalom áttekintése után a hőkezelési folyamat paraméterei a következők voltak: normalizálási hőmérséklet 1 010 ℃, elsődleges temperálási hőmérsékletek 590 ℃, 605 ℃, 620 ℃, másodlagos temperálási hőmérséklet 580 ℃, és az összehasonlító vizsgálatokhoz különböző temperálási eljárásokat alkalmaztunk. A vizsgálati terv a 3. táblázatban látható.
3. táblázat Hőkezelési vizsgálati terv
| Próbaterv | A hőkezelés vizsgálati folyamata | Kísérleti projektek |
| A1 | 1 010 ℃ Normalizálás + 620 ℃ Temperálás | Szakító tulajdonságok Ütőszilárdság Keménység HB Hajlítási tulajdonságok Mikrostruktúra |
| A2 | 1 010 ℃ normalizálás + 620 ℃ temperálás + 580 ℃ temperálás | |
| B1 | 1 010 ℃ Normalizálás + 620 ℃ Temperálás | |
| B2 | 1 010 ℃ normalizálás + 620 ℃ temperálás + 580 ℃ temperálás | |
| C1 | 1 010 ℃ Normalizálás + 620 ℃ Temperálás | |
| C2 | 1 010 ℃ normalizálás + 620 ℃ temperálás + 580 ℃ temperálás |
2.2 A vizsgálati eredmények elemzése
2.2.1 Kémiai összetétel elemzése
Az 1. és 2. táblázatban szereplő kémiai összetétel és gáztartalom elemzési eredményeiből a főbb elemek és a gáztartalom összhangban van az optimalizált összetételszabályozási tartománnyal.
2.2.2 A teljesítménytesztek eredményeinek elemzése
A különböző vizsgálati sémák szerinti hőkezelést követően mechanikai tulajdonság-összehasonlító vizsgálatokat végeztünk a GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 és GB/T231.1-2009 szabványok szerint. A kísérleti eredményeket a 4. és 5. táblázat tartalmazza.
4. táblázat Különböző hőkezelési eljárások mechanikai tulajdonságainak elemzése
| Próbaterv | Rp0.2/Mpa | Rm/Mpa | A/％ | Z/％ | AKV/J(0℃) | Keménységi érték HBW |
| standard | ≥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 |
5. táblázat Hajlítási teszt
| Próbaterv | Hajlítási teszt (d=25，a=90°) | értékelés |
| B1 | Repedés 5,2×1,2 mm | Hiba |
| B2 | Nincs repedés | képzett |
A mechanikai tulajdonságok összehasonlításából és elemzéséből: (1) Normalizálás + temperálás hőkezelés, az anyag jobb mechanikai tulajdonságokat érhet el, ami azt jelzi, hogy az anyag jó edzhetőségű. (2) Normalizáló hőkezelés után a kettős temperálás folyáshatára és plaszticitása (nyúlása) javul az egyszeri megeresztéshez képest. (3) A hajlítási teljesítmény vizsgálata és elemzése alapján a B1 normalizálás + egyszeri megeresztési vizsgálati eljárás hajlítási teljesítménye nem minősített, és a B2 vizsgálati eljárás hajlítási teljesítménye a kettős megeresztés után minősített. (4) 6 különböző temperálási hőmérséklet vizsgálati eredményeinek összehasonlításából az 1 010 ℃ normalizálás + 605 ℃ egyszeres temperálás + 580 ℃ másodlagos temperálás B2 eljárási sémája rendelkezik a legjobb mechanikai tulajdonságokkal, 687 MPa folyáshatárral, nyúlással. 23%, ütésállóság több mint 160J 0°C-on, közepes keménység 268HB, és minősített hajlítási teljesítmény, amelyek mindegyike megfelel az anyag teljesítménykövetelményeinek.
2.2.3 Metallográfiai szerkezetelemzés
A B1 és B2 anyag vizsgálati folyamatainak metallográfiai szerkezetét a GB/T13298-1991 szabvány szerint elemeztük. Az 1. ábra a normalizálás + 605 ℃ első temperálás metallográfiai szerkezetét mutatja, a 2. ábra pedig a normalizálás + első temperálás + második temperálás metallográfiai szerkezetét. A metallográfiai vizsgálat és elemzés alapján a ZG06C r13N i4M o fő szerkezete hőkezelés után alacsony széntartalmú lécmartenzit + fordított ausztenit. A metallográfiai szerkezetelemzés alapján az anyag lécmartenzitkötegei az első temperálás után vastagabbak és hosszabbak. A második temperálás után a mátrix szerkezete kissé megváltozik, a martenzit szerkezet is kissé finomodik, és a szerkezet egységesebb; a teljesítmény tekintetében a folyáshatár és a plaszticitás bizonyos mértékig javul.
1. ábra ZG06Cr13Ni4Mo normalizáló + egy temperáló mikrostruktúra
2. ábra ZG06Cr13Ni4Mo normalizáló + kétszer temperáló metallográfiai szerkezet
2.2.4 A vizsgálati eredmények elemzése
1) A teszt megerősítette, hogy a ZG06C r13N i4M o anyag jó edzhetőségű. Normalizálás + temperálás hőkezelés révén az anyag jó mechanikai tulajdonságokat érhet el; két temperálás folyáshatára és képlékeny tulajdonságai (nyúlása) a normalizáló hőkezelés után sokkal magasabbak, mint egy temperálásé.
2) A tesztelemzés bizonyítja, hogy a ZG06C r13N i4M o szerkezete normalizálás után martenzit, a temperálás utáni szerkezete alacsony széntartalmú léccel temperált martenzit + fordított ausztenit. Az edzett szerkezetben lévő fordított ausztenit nagy termikus stabilitással rendelkezik, és jelentős hatással van az anyag mechanikai tulajdonságaira, ütési tulajdonságaira, valamint az öntési és hegesztési folyamat tulajdonságaira. Ezért az anyag nagy szilárdsággal, nagy műanyag szívóssággal, megfelelő keménységgel, jó repedésállósággal és jó öntési és hegesztési tulajdonságokkal rendelkezik a hőkezelés után.
3) Elemezze a ZG06C r13N i4M o másodlagos temperálási teljesítményének javulásának okait. Normalizálás, melegítés és hőmegőrzés után a ZG06C r13N i4M o finomszemcsés ausztenitet képez ausztenitesítés után, majd gyors lehűlés után alacsony széntartalmú martenzitté alakul. Az első temperálás során a martenzitben lévő túltelített szén karbidok formájában kicsapódik, ezáltal csökken az anyag szilárdsága, és javul az anyag plaszticitása és szívóssága. Az első temperálás magas hőmérséklete miatt az első temperálás során az edzett martenziten kívül rendkívül finom fordított ausztenit keletkezik. Ezek a fordított ausztenitek a temperálási hűtés során részben martenzitté alakulnak át, ami feltételeket biztosít a másodlagos temperálási folyamat során ismét keletkező stabil fordított ausztenit gócképződéséhez és növekedéséhez. A másodlagos temperálás célja, hogy elég stabil reverz ausztenitet nyerjünk. Ezek a fordított ausztenitek a képlékeny deformáció során fázisátalakulhatnak, ezáltal javítva az anyag szilárdságát és plaszticitását. A korlátozott körülmények miatt a fordított ausztenit megfigyelése és elemzése lehetetlen, ezért ebben a kísérletben a mechanikai tulajdonságokat és a mikroszerkezetet kell az összehasonlító elemzés fő kutatási tárgyává tenni.
3 Gyártási alkalmazás
A ZG06C r13N i4M o egy nagy szilárdságú, rozsdamentes acélöntvény, kiváló teljesítménnyel. A kések tényleges gyártása során a kísérlet által meghatározott kémiai összetételt és belső szabályozási követelményeket, valamint a másodlagos normalizálás + temperálás hőkezelési eljárását alkalmazzák. A hőkezelési folyamat a 3. ábrán látható. Jelenleg 10 nagy vízerőmű lapát gyártása fejeződött be, és a teljesítmény mind megfelelt a felhasználói igényeknek. Átmentek a felhasználó ismételt ellenőrzésén, és jó értékelést kaptak.
Az összetett ívelt pengék jellemzői, a nagy kontúrméretek, a vastag tengelyfejek, valamint a könnyű deformálódás és repedés miatt a hőkezelési folyamat során néhány eljárási intézkedést meg kell tenni:
1) A tengelyfej lefelé, a penge pedig felfelé áll. A kemence terhelési sémáját a minimális deformáció elősegítésére alkalmazzák, amint az a 4. ábrán látható;
2) Győződjön meg arról, hogy elég nagy rés van az öntvények között, valamint az öntvények és a betétvas fenéklemez között a hűtés biztosításához, és gondoskodjon arról, hogy a vastag tengelyfej megfeleljen az ultrahangos érzékelési követelményeknek;
3) A munkadarab hevítési szakaszát többször szegmentálják, hogy minimalizálják az öntvény szervezeti feszültségét a melegítési folyamat során, és megakadályozzák a repedést.
A fenti hőkezelési intézkedések végrehajtása biztosítja a penge hőkezelési minőségét.
3. ábra ZG06Cr13Ni4Mo penge hőkezelési folyamata
4. ábra A lapátos hőkezelési folyamat kemence töltési sémája
4 Következtetések
1) Az anyag kémiai összetételének belső ellenőrzése alapján a hőkezelési folyamat vizsgálata révén megállapítható, hogy a ZG06C r13N i4M o nagy szilárdságú rozsdamentes acél anyag hőkezelési eljárása 1 hőkezelési eljárás. 010 ℃ normalizálás + 605 ℃ elsődleges temperálás + 580 ℃ másodlagos temperálás, amely biztosítja, hogy az öntőanyag mechanikai tulajdonságai, alacsony hőmérsékletű ütési tulajdonságai és hideghajlítási tulajdonságai megfeleljenek a szabványos követelményeknek.
2) A ZG06C r13N i4M o anyag jó edzhetőségű. A normalizálás + kétszeres temperálás utáni hőkezelés után a szerkezet alacsony szén-dioxid-tartalmú martenzit + fordított ausztenit, jó teljesítménnyel, nagy szilárdsággal, nagy képlékeny szívóssággal, megfelelő keménységgel, jó repedésállósággal és jó öntési és hegesztési teljesítménnyel.
3) A kísérlet által meghatározott normalizálás + kétszeres temperálás hőkezelési sémát alkalmazzuk nagyméretű pengék hőkezelési folyamatában, és az anyagtulajdonságok mind megfelelnek a felhasználó szabvány követelményeinek.
Feladás időpontja: 2024. június 28
