Sammanfattning: Inverkan av olika värmebehandlingsprocesser på prestandan hos ZG06Cr13Ni4Mo-material studerades. Testet visar att efter värmebehandling vid 1 010 ℃ normalisering + 605 ℃ primär anlöpning + 580 ℃ sekundär anlöpning, når materialet bästa prestandaindex. Dess struktur är lågkolhaltig martensit + omvänd omvandlingsaustenit, med hög hållfasthet, lågtemperaturseghet och lämplig hårdhet. Den uppfyller produktprestandakraven vid tillämpning av värmebehandlingsproduktion för stora bladgjutningar.
Nyckelord: ZG06Cr13NI4Mo; martensitiskt rostfritt stål; blad
Stora blad är viktiga delar i vattenkraftsturbiner. Delarnas serviceförhållanden är relativt tuffa och de utsätts för högtrycksvattenströmningspåverkan, slitage och erosion under lång tid. Materialet är valt från ZG06Cr13Ni4Mo martensitiskt rostfritt stål med goda omfattande mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet. Med utvecklingen av vattenkraft och relaterade gjutgods mot storskalighet ställs högre krav på prestanda hos material av rostfritt stål som ZG06Cr13Ni4Mo. För detta ändamål, i kombination med produktionsförsöket av ZG06C r13N i4M o stora blad från ett inhemskt företag inom vattenkraftutrustning, genom intern kontroll av den kemiska materialets sammansättning, jämförelsetest av värmebehandlingsprocesser och analys av testresultat, den optimerade enkelnormaliseringen + dubbelhärdningsvärmen behandlingsprocessen för ZG06C r13N i4M o rostfritt stålmaterial bestämdes för att producera gjutgods som uppfyller höga prestandakrav.
1 Intern kontroll av kemisk sammansättning
ZG06C r13N i4M o-materialet är höghållfast martensitiskt rostfritt stål, som krävs för att ha höga mekaniska egenskaper och god slagseghet vid låg temperatur. För att förbättra materialets prestanda kontrollerades den kemiska sammansättningen internt, vilket krävde w (C) ≤ 0,04 %, w (P) ≤ 0,025 %, w (S) ≤ 0,08 %, och gashalten kontrollerades. Tabell 1 visar intervallet för den kemiska sammansättningen av den interna kontrollen av materialet och analysresultaten av den kemiska sammansättningen av provet, och Tabell 2 visar kraven på internkontroll av materialgasinnehållet och analysresultaten av provgasinnehållet.
Tabell 1 Kemisk sammansättning (massfraktion, %)
| 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 Intern kontroll | ≤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 |
| Analysera resultaten | 0,023 | 1.0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4,61 | 13,0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
Tabell 2 Gasinnehåll (ppm)
| gas | H | O | N |
| Krav på intern kontroll | ≤2,5 | ≤80 | ≤150 |
| Analysera resultaten | 1,69 | 68,6 | 119,3 |
ZG06C r13N i4M o-materialet smältes i en 30 tons elektrisk ugn, raffinerades i en 25T LF-ugn för legering, justering av sammansättning och temperatur, och avkolades och avgasades i en 25T VOD-ugn, varigenom smält stål med ultralågt kolhalt erhölls. enhetlig sammansättning, hög renhet och lågt innehåll av skadlig gas. Slutligen användes aluminiumtråd för slutlig deoxidation för att minska syrehalten i det smälta stålet och ytterligare förädla kornen.
2 Värmebehandlingsprocesstest
2.1 Testplan
Gjutkroppen användes som testkropp, testblockstorleken var 70 mm × 70 mm × 230 mm, och den preliminära värmebehandlingen var mjukglödgning. Efter att ha konsulterat litteraturen var de valda värmebehandlingsprocessparametrarna: normaliseringstemperatur 1 010 ℃, primär anlöpningstemperatur 590 ℃, 605 ℃, 620 ℃, sekundär anlöpningstemperatur 580 ℃ och olika härdningsprocesser användes för jämförande tester. Testplanen visas i tabell 3.
Tabell 3 Värmebehandlingstestplan
| Provplan | Värmebehandlingstestprocess | Pilotprojekt |
| A1 | 1 010 ℃ Normalisering + 620 ℃ Temperering | Dragegenskaper Slagseghet Hårdhet HB Böjegenskaper Mikrostruktur |
| A2 | 1 010℃Normalisering+620℃Temperering+580℃Temperering | |
| B1 | 1 010 ℃ Normalisering + 620 ℃ Temperering | |
| B2 | 1 010℃Normalisering+620℃Temperering+580℃Temperering | |
| C1 | 1 010 ℃ Normalisering + 620 ℃ Temperering | |
| C2 | 1 010℃Normalisering+620℃Temperering+580℃Temperering |
2.2 Analys av testresultat
2.2.1 Analys av kemisk sammansättning
Från analysresultaten av kemisk sammansättning och gasinnehåll i Tabell 1 och Tabell 2, är huvudämnena och gashalten i linje med det optimerade kontrollintervallet för sammansättningen.
2.2.2 Analys av prestationstestresultat
Efter värmebehandling enligt olika testscheman utfördes jämförelsetest av mekaniska egenskaper i enlighet med standarderna GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 och GB/T231.1-2009. De experimentella resultaten visas i tabell 4 och tabell 5.
Tabell 4 Analys av mekaniska egenskaper för olika värmebehandlingsprocesser
| Provplan | Rp0,2/Mpa | Rm/Mpa | A/％ | Z/％ | AKV/J(0℃） | Hårdhetsvärde 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 Böjningstest
| Provplan | Böjningstest（d=25，a=90°） | värdering |
| B1 | Spricka 5,2×1,2 mm | Fel |
| B2 | Inga sprickor | kvalificerad |
Från jämförelse och analys av mekaniska egenskaper: (1) Normalisering + anlöpande värmebehandling kan materialet erhålla bättre mekaniska egenskaper, vilket indikerar att materialet har god härdbarhet. (2) Efter normaliserad värmebehandling förbättras sträckgränsen och plasticiteten (töjningen) för dubbelhärdningen jämfört med enkelhärdningen. (3) Från inspektionen och analysen av böjningsprestanda är böjningsprestandan för B1-normalisering + enkel anlöpningstestprocess okvalificerad, och böjningstestprestanda för B2-testprocessen efter dubbelhärdning är kvalificerad. (4) Från jämförelsen av testresultaten för 6 olika anlöpningstemperaturer har B2-processschemat på 1 010 ℃ normalisering + 605 ℃ enkel anlöpning + 580 ℃ sekundär anlöpning de bästa mekaniska egenskaperna, med en sträckgräns på 687 MPa, en förlängning på 23 %, en slagseghet på mer än 160J vid 0℃, en måttlig hårdhet på 268HB och en kvalificerad böjningsprestanda, alla uppfyller materialets prestandakrav.
2.2.3 Metallografisk strukturanalys
Den metallografiska strukturen av material B1 och B2 testprocesser analyserades enligt GB/T13298-1991 standard. Figur 1 visar den metallografiska strukturen för normalisering + 605 ℃ första anlöpning, och figur 2 visar den metallografiska strukturen för normalisering + första anlöpning + andra anlöpning. Från den metallografiska inspektionen och analysen är huvudstrukturen för ZG06C r13N i4M o efter värmebehandling lågkolhaltig lattmartensit + omvänd austenit. Från den metallografiska strukturanalysen är materialets ribbade martensitknippen efter den första härdningen tjockare och längre. Efter den andra härdningen ändras matrisstrukturen något, martensitstrukturen är också något förfinad och strukturen är mer enhetlig; vad gäller prestanda förbättras sträckgränsen och plasticiteten i viss mån.
Figur 1 ZG06Cr13Ni4Mo normalisering + en tempereringsmikrostruktur
Figur 2 ZG06Cr13Ni4Mo normalisering + två gånger härdande metallografisk struktur
2.2.4 Analys av testresultat
1) Testet bekräftade att ZG06C r13N i4M o-material har god härdbarhet. Genom normalisering + anlöpande värmebehandling kan materialet erhålla goda mekaniska egenskaper; sträckgränsen och plastegenskaperna (töjningen) för två härdningar efter normaliserad värmebehandling är mycket högre än för en anlöpning.
2) Testanalysen visar att strukturen för ZG06C r13N i4M o efter normalisering är martensit, och strukturen efter anlöpning är lågkolhaltig tempererad martensit + omvänd austenit. Den omvända austeniten i den härdade strukturen har hög termisk stabilitet och har en betydande effekt på materialets mekaniska egenskaper, slagegenskaper och gjutnings- och svetsprocessegenskaper. Därför har materialet hög hållfasthet, hög plastseghet, lämplig hårdhet, god sprickbeständighet och goda gjut- och svetsegenskaper efter värmebehandling.
3) Analysera orsakerna till förbättringen av den sekundära tempereringsprestandan för ZG06C r13N i4M o. Efter normalisering, uppvärmning och värmekonservering bildar ZG06C r13N i4M o finkornig austenit efter austenitisering och omvandlas sedan till lågkolhaltig martensit efter snabb kylning. Vid den första anlöpningen faller det övermättade kolet i martensiten ut i form av karbider, vilket minskar hållfastheten i materialet och förbättrar materialets plasticitet och seghet. På grund av den höga temperaturen vid den första anlöpningen ger den första anlöpningen extremt fin omvänd austenit utöver den härdade martensiten. Dessa omvända austeniter omvandlas delvis till martensit under härdningskylning, vilket ger förutsättningar för kärnbildning och tillväxt av stabil omvänd austenit som genereras igen under den sekundära härdningsprocessen. Syftet med sekundär anlöpning är att erhålla tillräckligt med stabil omvänd austenit. Dessa omvända austeniter kan genomgå fasomvandling under plastisk deformation, och därigenom förbättra styrkan och plasticiteten hos materialet. På grund av begränsade förhållanden är det omöjligt att observera och analysera den omvända austeniten, så detta experiment bör ta de mekaniska egenskaperna och mikrostrukturen som de huvudsakliga forskningsobjekten för jämförande analys.
3 Produktionsapplikation
ZG06C r13N i4M o är ett höghållfast rostfritt stålgjutstålmaterial med utmärkt prestanda. När den faktiska produktionen av blad utförs används den kemiska sammansättningen och interna kontrollkrav som bestäms av experimentet, och värmebehandlingsprocessen för sekundär normalisering + anlöpning för produktion. Värmebehandlingsprocessen visas i figur 3. För närvarande har tillverkningen av 10 stora vattenkraftsblad slutförts och prestandan har alla motsvarat användarens krav. De har klarat användarens ombesiktning och har fått bra utvärdering.
För egenskaperna hos komplexa böjda blad, stora konturdimensioner, tjocka skafthuvuden och lätt deformation och sprickbildning måste vissa processåtgärder vidtas i värmebehandlingsprocessen:
1) Skafthuvudet är nedåt och bladet är uppåt. Ugnsladdningsschemat har antagits för att underlätta minimal deformation, som visas i figur 4;
2) Se till att det finns ett tillräckligt stort gap mellan gjutgods och mellan gjutgods och bottenplattan av järnplattan för att säkerställa kylning, och se till att det tjocka skafthuvudet uppfyller kraven för ultraljudsdetektering;
3) Uppvärmningssteget för arbetsstycket segmenteras flera gånger för att minimera den organisatoriska stressen för gjutgodset under uppvärmningsprocessen för att förhindra sprickbildning.
Genomförandet av ovanstående värmebehandlingsåtgärder säkerställer bladets värmebehandlingskvalitet.
Figur 3 ZG06Cr13Ni4Mo bladvärmebehandlingsprocess
Figur 4 Bladvärmebehandlingsprocessens ugnsladdningsschema
4 Slutsatser
1) Baserat på den interna kontrollen av materialets kemiska sammansättning, genom testet av värmebehandlingsprocessen, fastställs det att värmebehandlingsprocessen för ZG06C r13N i4M o höghållfast rostfritt stålmaterial är en värmebehandlingsprocess på 1 010 ℃ normaliserande + 605 ℃ primär anlöpning + 580 ℃ sekundär anlöpning, vilket kan säkerställa att gjutmaterialets mekaniska egenskaper, lågtemperaturslagegenskaper och kallböjningsegenskaper uppfyller standardkraven.
2) ZG06C r13N i4M o-material har god härdbarhet. Strukturen efter normalisering + två gånger härdningsvärmebehandling är en lågkolhaltig ribbademartensit + omvänd austenit med bra prestanda, som har hög hållfasthet, hög plastseghet, lämplig hårdhet, bra sprickbeständighet och bra gjut- och svetsprestanda.
3) Värmebehandlingsschemat för normalisering + två gånger härdning som bestäms av experimentet tillämpas på värmebehandlingsprocessens produktion av stora blad, och materialegenskaperna uppfyller alla användarens standardkrav.
Posttid: 2024-jun-28
