Sammendrag: Påvirkningen av forskjellige varmebehandlingsprosesser på ytelsen til ZG06Cr13Ni4Mo-materiale ble studert. Testen viser at etter varmebehandling ved 1 010 ℃ normalisering + 605 ℃ primær herding + 580 ℃ sekundær herding, når materialet den beste ytelsesindeksen. Strukturen er lavkarbonmartensitt + omvendt transformasjonsaustenitt, med høy styrke, lavtemperaturseighet og passende hardhet. Den oppfyller kravene til produktets ytelse ved bruk av varmebehandlingsproduksjon for store blader.
Nøkkelord: ZG06Cr13NI4Mo; martensittisk rustfritt stål; blad
Store blader er nøkkeldeler i vannkraftturbiner. Serviceforholdene til delene er relativt tøffe, og de er utsatt for høytrykksvannstrømpåvirkning, slitasje og erosjon i lang tid. Materialet er valgt fra ZG06Cr13Ni4Mo martensittisk rustfritt stål med gode omfattende mekaniske egenskaper og korrosjonsbestandighet. Med utviklingen av vannkraft og tilhørende støpegods mot storskala, stilles det høyere krav til ytelsen til rustfrie stålmaterialer som ZG06Cr13Ni4Mo. For dette formål, kombinert med produksjonsforsøket av ZG06C r13N i4M eller store blader fra en innenlandsk vannkraftutstyrsvirksomhet, gjennom intern kontroll av den kjemiske sammensetningen av materialet, sammenligningstest og testresultatanalyse, optimalisert enkel normalisering + dobbel tempereringsvarme behandlingsprosessen av ZG06C r13N i4M o rustfritt stålmateriale ble bestemt til å produsere støpegods som oppfyller høye ytelseskrav.
1 Internkontroll av kjemisk sammensetning
ZG06C r13N i4M o-materialet er høyfast martensittisk rustfritt stål, som kreves for å ha høye mekaniske egenskaper og god slagfasthet ved lav temperatur. For å forbedre ytelsen til materialet ble den kjemiske sammensetningen kontrollert internt, og krevde w (C) ≤ 0,04 %, w (P) ≤ 0,025 %, w (S) ≤ 0,08 %, og gassinnholdet ble kontrollert. Tabell 1 viser det kjemiske sammensetningsområdet til materialinternkontrollen og analyseresultatene for prøvens kjemiske sammensetning, og Tabell 2 viser internkontrollkravene til materialgassinnholdet og analyseresultatene for prøvegassinnholdet.
Tabell 1 Kjemisk sammensetning (massefraksjon, %)
| element | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| standardkrav | ≤0,06 | ≤1,0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3,5-5,0 | 11.5-13.5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Ingredienser Internkontroll | ≤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 |
| Analyser resultatene | 0,023 | 1.0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4,61 | 13.0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
Tabell 2 Gassinnhold (ppm)
| gass | H | O | N |
| Krav til internkontroll | ≤2,5 | ≤80 | ≤150 |
| Analyser resultatene | 1,69 | 68,6 | 119,3 |
ZG06C r13N i4M o-materialet ble smeltet i en 30 t elektrisk ovn, raffinert i en 25T LF-ovn for legering, justering av sammensetning og temperatur, og avkarbonisert og avgasset i en 25T VOD-ovn, for derved å oppnå smeltet stål med ultralavt karbon, jevn sammensetning, høy renhet og lavt innhold av skadelig gass. Til slutt ble det brukt aluminiumstråd for endelig deoksidering for å redusere oksygeninnholdet i det smeltede stålet og foredle kornene ytterligere.
2 Varmebehandlingsprosesstest
2.1 Testplan
Støpelegemet ble brukt som testlegeme, testblokkstørrelsen var 70 mm× 70 mm×230 mm, og den foreløpige varmebehandlingen var mykgjørende utglødning. Etter å ha konsultert litteraturen, var parametrene for varmebehandlingsprosessen som ble valgt: normaliseringstemperatur 1 010 ℃, primære tempereringstemperaturer 590 ℃, 605 ℃, 620 ℃, sekundære tempereringstemperaturer 580 ℃, og forskjellige tempereringsprosesser ble brukt for sammenlignende tester. Testplanen er vist i tabell 3.
Tabell 3 Testplan for varmebehandling
| Prøveplan | Testprosess for varmebehandling | Pilotprosjekter |
| A1 | 1010℃Normalisering+620℃Temperering | Strekkegenskaper Slagfasthet Hardhet HB Bøyeegenskaper Mikrostruktur |
| A2 | 1010℃Normalisering+620℃Temperering+580℃Temperering | |
| B1 | 1010℃Normalisering+620℃Temperering | |
| B2 | 1010℃Normalisering+620℃Temperering+580℃Temperering | |
| C1 | 1010℃Normalisering+620℃Temperering | |
| C2 | 1010℃Normalisering+620℃Temperering+580℃Temperering |
2.2 Analyse av testresultater
2.2.1 Kjemisk sammensetningsanalyse
Fra analyseresultatene av kjemisk sammensetning og gassinnhold i tabell 1 og tabell 2 er hovedelementene og gassinnholdet i tråd med det optimaliserte sammensetningskontrollområdet.
2.2.2 Analyse av resultater fra ytelsestester
Etter varmebehandling i henhold til forskjellige testskjemaer, ble sammenligningstester for mekaniske egenskaper utført i henhold til GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 og GB/T231.1-2009 standarder. De eksperimentelle resultatene er vist i tabell 4 og tabell 5.
Tabell 4 Mekaniske egenskapersanalyse av ulike varmebehandlingsprosesser
| Prøveplan | Rp0,2/Mpa | Rm/Mpa | EN/% | Z/％ | AKV/J(0℃） | Hardhetsverdi 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 |
Tabell 5 Bøyetest
| Prøveplan | Bøyetest（d=25，a=90°） | vurdering |
| B1 | Sprekk5,2×1,2mm | Feil |
| B2 | Ingen sprekker | utdannet |
Fra sammenligning og analyse av mekaniske egenskaper: (1) Normalisering + tempererende varmebehandling kan materialet oppnå bedre mekaniske egenskaper, noe som indikerer at materialet har god herdbarhet. (2) Etter normalisering av varmebehandlingen forbedres flytegrensen og plastisiteten (forlengelsen) av den doble tempereringen sammenlignet med den enkle herdingen. (3) Fra inspeksjonen og analysen av bøyeytelsen er bøyeytelsen til B1-normaliserings- + enkel tempereringstestprosessen ukvalifisert, og bøyetestytelsen til B2-testprosessen etter dobbeltempering er kvalifisert. (4) Fra sammenligningen av testresultatene for 6 forskjellige tempereringstemperaturer, har B2-prosessskjemaet på 1 010 ℃ normalisering + 605 ℃ enkel temperering + 580 ℃ sekundær herding de beste mekaniske egenskapene, med en flytegrense på 687 MPa, en forlengelse på 23 %, en slagfasthet på mer enn 160J ved 0℃, en moderat hardhet på 268HB og en kvalifisert bøyeytelse, som alle oppfyller ytelseskravene til materialet.
2.2.3 Metallografisk strukturanalyse
Den metallografiske strukturen til material B1 og B2 testprosesser ble analysert i henhold til GB/T13298-1991 standard. Figur 1 viser den metallografiske strukturen for normalisering + 605 ℃ første temperering, og figur 2 viser den metallografiske strukturen for normalisering + første temperering + andre temperering. Fra den metallografiske inspeksjonen og analysen er hovedstrukturen til ZG06C r13N i4M o etter varmebehandling lavkarbon lath martensite + reversert austenitt. Fra den metallografiske strukturanalysen er lekt-martensittbuntene til materialet etter den første herdingen tykkere og lengre. Etter den andre tempereringen endres matrisestrukturen litt, martensittstrukturen er også litt raffinert, og strukturen er mer jevn; når det gjelder ytelse, forbedres flytegrensen og plastisiteten til en viss grad.
Figur 1 ZG06Cr13Ni4Mo normalisering + en tempereringsmikrostruktur
Figur 2 ZG06Cr13Ni4Mo normalisering + to ganger tempererende metallografisk struktur
2.2.4 Analyse av testresultater
1) Testen bekreftet at ZG06C r13N i4M o-materialet har god herdbarhet. Gjennom normalisering + temperering varmebehandling kan materialet oppnå gode mekaniske egenskaper; flytegrensen og de plastiske egenskapene (forlengelsen) til to herdinger etter normalisering av varmebehandling er mye høyere enn for én herding.
2) Testanalysen beviser at strukturen til ZG06C r13N i4M o etter normalisering er martensitt, og strukturen etter temperering er lavkarbon lekttemperert martensitt + reversert austenitt. Den reverserte austenitten i den herdede strukturen har høy termisk stabilitet og har en betydelig effekt på materialets mekaniske egenskaper, slagegenskaper og støpe- og sveiseprosessegenskaper. Derfor har materialet høy styrke, høy plastisk seighet, passende hardhet, god sprekkmotstand og gode støpe- og sveiseegenskaper etter varmebehandling.
3) Analyser årsakene til forbedringen av den sekundære tempereringsytelsen til ZG06C r13N i4M o. Etter normalisering, oppvarming og varmekonservering danner ZG06C r13N i4M o finkornet austenitt etter austenitisering, og omdannes deretter til lavkarbonmartensitt etter rask avkjøling. Ved den første herdingen feller det overmettede karbonet i martensitten ut i form av karbider, og reduserer derved styrken til materialet og forbedrer plastisiteten og seigheten til materialet. På grunn av den høye temperaturen ved den første tempereringen produserer den første tempereringen ekstremt fin omvendt austenitt i tillegg til den tempererte martensitten. Disse omvendte austenittene blir delvis omdannet til martensitt under tempereringsavkjøling, og gir betingelser for kjernedannelse og vekst av stabil omvendt austenitt generert igjen under den sekundære tempereringsprosessen. Hensikten med sekundær temperering er å oppnå nok stabil omvendt austenitt. Disse omvendte austenittene kan gjennomgå fasetransformasjon under plastisk deformasjon, og derved forbedre styrken og plastisiteten til materialet. På grunn av begrensede forhold er det umulig å observere og analysere den omvendte austenitten, så dette eksperimentet bør ta de mekaniske egenskapene og mikrostrukturen som de viktigste forskningsobjektene for komparativ analyse.
3 Produksjonsapplikasjon
ZG06C r13N i4M o er et høyfast rustfritt stål støpt stålmateriale med utmerket ytelse. Når selve produksjonen av blader utføres, brukes den kjemiske sammensetningen og internkontrollkravene bestemt av eksperimentet, og varmebehandlingsprosessen med sekundær normalisering + temperering til produksjon. Varmebehandlingsprosessen er vist i figur 3. For tiden er produksjonen av 10 store vannkraftblader fullført, og ytelsen har alle møtt brukerens krav. De har bestått brukerens ettersyn og har fått god evaluering.
For egenskapene til komplekse buede blader, store konturdimensjoner, tykke skafthoder og enkel deformasjon og sprekkdannelse, må noen prosesstiltak tas i varmebehandlingsprosessen:
1) Skafthodet er nedover og bladet er oppover. Ovnsbelastningsskjemaet er brukt for å lette minimal deformasjon, som vist i figur 4;
2) Sørg for at det er et stort nok gap mellom støpegodsene og mellom støpegodsene og putejernbunnplaten for å sikre avkjøling, og sørg for at det tykke skafthodet oppfyller kravene til ultralyddeteksjon;
3) Oppvarmingstrinnet til arbeidsstykket er segmentert flere ganger for å minimere den organisatoriske belastningen til støpingen under oppvarmingsprosessen for å forhindre sprekkdannelse.
Implementeringen av de ovennevnte varmebehandlingstiltakene sikrer varmebehandlingskvaliteten til bladet.
Figur 3 ZG06Cr13Ni4Mo blad varmebehandlingsprosess
Figur 4 Bladets varmebehandlingsprosess for ovnslasting
4 Konklusjoner
1) Basert på den interne kontrollen av den kjemiske sammensetningen av materialet, gjennom testen av varmebehandlingsprosessen, er det bestemt at varmebehandlingsprosessen til ZG06C r13N i4M o høyfast rustfritt stålmateriale er en varmebehandlingsprosess på 1 010 ℃ normaliserende + 605 ℃ primær herding + 580 ℃ sekundær temperering, som kan sikre at de mekaniske egenskapene, lavtemperaturslagegenskaper og kaldbøyningsegenskaper til støpematerialet oppfyller standardkravene.
2) ZG06C r13N i4M o-materiale har god herdbarhet. Strukturen etter normalisering + to ganger herding varmebehandling er en lavkarbon lath martensitt + revers austenitt med god ytelse, som har høy styrke, høy plastisk seighet, passende hardhet, god sprekkmotstand og god støpe- og sveiseytelse.
3) Varmebehandlingsskjemaet med normalisering + to ganger herding bestemt av eksperimentet brukes på varmebehandlingsprosessen til produksjon av store blader, og materialegenskapene oppfyller alle brukerens standardkrav.
Innleggstid: 28. juni 2024
