Sažetak: Proučavan je uticaj različitih procesa termičke obrade na performanse materijala ZG06Cr13Ni4Mo. Test pokazuje da nakon termičke obrade na 1 010 ℃ normalizacije + 605 ℃ primarnog kaljenja + 580 ℃ sekundarnog kaljenja, materijal postiže najbolji indeks performansi. Njegova struktura je niskougljični martenzit + austenit reverzne transformacije, visoke čvrstoće, žilavosti pri niskim temperaturama i odgovarajuće tvrdoće. Zadovoljava zahtjeve performansi proizvoda u primjeni proizvodnje toplinske obrade livenja velikih oštrica.
Ključne riječi: ZG06Cr13NI4Mo; martenzitni nehrđajući čelik; blade
Velike lopatice su ključni dijelovi hidroenergetskih turbina. Uvjeti eksploatacije dijelova su relativno teški, te su dugo vremena izloženi uticaju strujanja vode pod visokim pritiskom, habanju i eroziji. Materijal je odabran od martenzitnog nerđajućeg čelika ZG06Cr13Ni4Mo sa dobrim sveobuhvatnim mehaničkim svojstvima i otpornošću na koroziju. Sa razvojem hidroenergije i srodnih livenja prema velikim količinama, postavljaju se veći zahtjevi za performanse materijala od nehrđajućeg čelika kao što je ZG06Cr13Ni4Mo. U tu svrhu, u kombinaciji sa proizvodnim ispitivanjem ZG06C r13N i4M ili velikih lopatica domaćeg preduzeća za hidroenergetsku opremu, kroz internu kontrolu hemijskog sastava materijala, uporedni test procesa termičke obrade i analizu rezultata ispitivanja, optimizovana pojedinačna normalizacija + toplota dvostrukog kaljenja Proces obrade materijala od nehrđajućeg čelika ZG06C r13N i4M o određen je za proizvodnju odljevaka koji ispunjavaju zahtjeve visokih performansi.
1 Interna kontrola hemijskog sastava
ZG06C r13N i4M o materijal je martenzitni nehrđajući čelik visoke čvrstoće za koji se zahtijeva visoka mehanička svojstva i dobra udarna žilavost pri niskim temperaturama. U cilju poboljšanja performansi materijala, hemijski sastav je interno kontrolisan, zahtevajući w (C) ≤ 0,04%, w (P) ≤ 0,025%, w (S) ≤ 0,08%, a kontrolisan je i sadržaj gasa. Tabela 1 prikazuje opseg hemijskog sastava unutrašnje kontrole materijala i rezultate analize hemijskog sastava uzorka, a tabela 2 prikazuje zahteve interne kontrole sadržaja gasa u materijalu i rezultate analize sadržaja gasa uzorka.
Tabela 1 Hemijski sastav (maseni udio, %)
| element | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| standardni zahtjev | ≤0,06 | ≤1.0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3,5-5,0 | 11.5-13.5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Sastojci Interna kontrola | ≤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 |
| Analizirajte rezultate | 0,023 | 1.0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4.61 | 13.0 | 0,56 | 0.02 | 0,035 |
Tabela 2 Sadržaj gasa (ppm)
| gas | H | O | N |
| Zahtjevi interne kontrole | ≤2.5 | ≤80 | ≤150 |
| Analizirajte rezultate | 1.69 | 68.6 | 119.3 |
Materijal ZG06C r13N i4M o topljen je u električnoj peći od 30 t, rafiniran u 25T LF peći za legiranje, podešavanje sastava i temperature, te razugljičen i degaziran u 25T VOD peći, čime se dobija rastopljeni čelik sa ultra niskim udjelom ugljika, ujednačenog sastava, visoke čistoće i niskog sadržaja štetnih gasova. Konačno, aluminijska žica je korištena za konačnu deoksidaciju kako bi se smanjio sadržaj kisika u rastopljenom čeliku i dodatno oplemenila zrna.
2 Test procesa termičke obrade
2.1 Plan testiranja
Kao testno tijelo korišteno je tijelo za odljevak, veličina testnog bloka je bila 70mm×70mm×230mm, a preliminarna toplinska obrada je bila omekšavanje žarenja. Nakon konsultacije sa literaturom, odabrani parametri procesa termičke obrade su: temperatura normalizacije 1 010℃, temperature primarnog kaljenja 590℃, 605℃, 620℃, temperatura sekundarnog kaljenja 580℃, a za uporedna ispitivanja korišćeni su različiti procesi kaljenja. Plan testiranja prikazan je u tabeli 3.
Tabela 3 Plan ispitivanja termičke obrade
| Plan suđenja | Proces ispitivanja termičke obrade | Pilot projekti |
| A1 | 1 010℃Normalizacija+620℃Kaljenje | Zatezna svojstva Otpornost na udar Tvrdoća HB Svojstva savijanja Mikrostruktura |
| A2 | 1 010℃Normalizacija+620℃Kaljenje+580℃Kaljenje | |
| B1 | 1 010℃Normalizacija+620℃Kaljenje | |
| B2 | 1 010℃Normalizacija+620℃Kaljenje+580℃Kaljenje | |
| C1 | 1 010℃Normalizacija+620℃Kaljenje | |
| C2 | 1 010℃Normalizacija+620℃Kaljenje+580℃Kaljenje |
2.2 Analiza rezultata ispitivanja
2.2.1 Analiza hemijskog sastava
Iz rezultata analize hemijskog sastava i sadržaja gasa u Tabeli 1 i Tabeli 2, glavni elementi i sadržaj gasa su u skladu sa optimizovanim opsegom kontrole sastava.
2.2.2 Analiza rezultata ispitivanja performansi
Nakon toplinske obrade prema različitim shemama ispitivanja, provedena su ispitivanja usporedbe mehaničkih svojstava u skladu sa standardima GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 i GB/T231.1-2009. Eksperimentalni rezultati prikazani su u Tabeli 4 i Tabeli 5.
Tabela 4 Analiza mehaničkih svojstava različitih šema procesa termičke obrade
| Plan suđenja | Rp0.2/Mpa | Rm/Mpa | A/％ | Z/％ | AKV/J(0℃) | Vrijednost tvrdoće 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 |
Tabela 5 Ispitivanje savijanja
| Plan suđenja | Test savijanja (d=25,a=90°) | procjena |
| B1 | Pukotina 5,2×1,2 mm | Neuspjeh |
| B2 | Nema pukotina | kvalifikovani |
Iz poređenja i analize mehaničkih svojstava: (1) Normalizacija + termička obrada, materijal može dobiti bolja mehanička svojstva, što ukazuje na to da materijal ima dobru otvrdljivost. (2) Nakon normalizirane termičke obrade, granica popuštanja i plastičnost (izduženje) dvostrukog kaljenja su poboljšani u odnosu na jednokratno kaljenje. (3) Na osnovu inspekcije i analize performansi savijanja, performanse savijanja procesa ispitivanja normalizacije B1 + jednokratno kaljenje su nekvalifikovane, a performanse ispitivanja savijanja procesa ispitivanja B2 nakon dvostrukog kaljenja su kvalifikovane. (4) Iz poređenja rezultata ispitivanja 6 različitih temperatura otpuštanja, B2 procesna shema od 1 010 ℃ normaliziranje + 605 ℃ jednokratno kaljenje + 580 ℃ sekundarno kaljenje ima najbolja mehanička svojstva, s granom tečenja od 687 MPa, istezanjem od 23%, žilavost na udar veću od 160J na 0℃, umjerena tvrdoća od 268HB i kvalificirane performanse savijanja, sve ispunjava zahtjeve performansi materijala.
2.2.3 Metalografska analiza strukture
Metalografska struktura testnih procesa materijala B1 i B2 analizirana je prema GB/T13298-1991 standardu. Slika 1 prikazuje metalografsku strukturu normalizirajućeg + 605℃ prvog kaljenja, a slika 2 prikazuje metalografsku strukturu normalizirajućeg + prvo kaljenje + drugo kaljenje. Iz metalografskog pregleda i analize, glavna struktura ZG06C r13N i4M o nakon termičke obrade je niskougljični letvi martenzit + obrnuti austenit. Iz analize metalografske strukture, letvasti martenzitni snopovi materijala nakon prvog kaljenja su deblji i duži. Nakon drugog kaljenja, struktura matrice se neznatno mijenja, martenzitna struktura je također blago rafinirana, a struktura je ujednačenija; u pogledu performansi, granica popuštanja i plastičnost su poboljšani u određenoj mjeri.
Slika 1 ZG06Cr13Ni4Mo normalizacija + jedna mikrostruktura za kaljenje
Slika 2 ZG06Cr13Ni4Mo normalizirajuća + dvostruko kaljenje metalografske strukture
2.2.4 Analiza rezultata ispitivanja
1) Test je potvrdio da ZG06C r13N i4M o materijal ima dobru otvrdljivost. Kroz normalizaciju + termičku obradu, materijal može dobiti dobra mehanička svojstva; Granica tečenja i plastična svojstva (izduženje) dva kaljenja nakon normalizirane termičke obrade su mnogo veća od onih kod jednog kaljenja.
2) Ispitna analiza dokazuje da je struktura ZG06C r13N i4M o nakon normalizacije martenzitna, a struktura nakon kaljenja niskougljična letva kaljeni martenzit + obrnuti austenit. Obrnuti austenit u kaljenoj strukturi ima visoku termičku stabilnost i značajno utiče na mehanička svojstva, udarna svojstva i svojstva procesa livenja i zavarivanja materijala. Stoga, materijal ima visoku čvrstoću, visoku plastičnu žilavost, odgovarajuću tvrdoću, dobru otpornost na pucanje i dobra svojstva livenja i zavarivanja nakon termičke obrade.
3) Analizirati razloge za poboljšanje performansi sekundarnog kaljenja ZG06C r13N i4M o. Nakon normalizacije, zagrijavanja i očuvanja topline, ZG06C r13N i4M o formira sitnozrni austenit nakon austenitizacije, a zatim se nakon brzog hlađenja transformira u martenzit s niskim udjelom ugljika. U prvom kaljenju, prezasićeni ugljik u martenzitu taloži se u obliku karbida, čime se smanjuje čvrstoća materijala i poboljšava plastičnost i žilavost materijala. Zbog visoke temperature prvog kaljenja, prvo kaljenje proizvodi izuzetno fini reverzni austenit pored kaljenog martenzita. Ovi reverzni austeniti se delimično transformišu u martenzit tokom hlađenja temperamentom, obezbeđujući uslove za nukleaciju i rast stabilnog reverznog austenita koji se ponovo stvara tokom sekundarnog procesa kaljenja. Svrha sekundarnog kaljenja je da se dobije dovoljno stabilan reverzni austenit. Ovi reverzni austeniti mogu biti podvrgnuti faznoj transformaciji tokom plastične deformacije, čime se poboljšava čvrstoća i plastičnost materijala. Zbog ograničenih uslova nemoguće je posmatrati i analizirati reverzni austenit, pa bi ovaj eksperiment trebalo da uzme mehanička svojstva i mikrostrukturu kao glavne objekte istraživanja za komparativnu analizu.
3 Proizvodna aplikacija
ZG06C r13N i4M o je materijal od livenog čelika visoke čvrstoće sa odličnim performansama. Kada se vrši stvarna proizvodnja lopatica, za proizvodnju se koriste hemijski sastav i zahtevi unutrašnje kontrole koji su određeni eksperimentom, kao i proces termičke obrade sekundarne normalizacije + kaljenja. Proces termičke obrade prikazan je na slici 3. Trenutno je završena proizvodnja 10 velikih hidroenergetskih lopatica, a performanse su zadovoljile sve zahtjeve korisnika. Prošli su ponovni pregled korisnika i dobili su dobru ocjenu.
Za karakteristike složenih zakrivljenih lopatica, velike konturne dimenzije, debele glave osovine i laku deformaciju i pucanje, potrebno je poduzeti neke procesne mjere u procesu toplinske obrade:
1) Glava osovine je okrenuta prema dolje, a oštrica prema gore. Shema punjenja peći je usvojena kako bi se olakšala minimalna deformacija, kao što je prikazano na slici 4;
2) Uverite se da postoji dovoljno veliki razmak između odlivaka i između odlivaka i donje ploče od gvožđa da bi se obezbedilo hlađenje, i obezbedite da debela glava osovine ispunjava zahteve ultrazvučne detekcije;
3) Faza zagrijavanja obratka je segmentirana više puta kako bi se minimizirao organizacijski stres odljevka tokom procesa zagrijavanja kako bi se spriječilo pucanje.
Sprovođenje gore navedenih mjera toplinske obrade osigurava kvalitet toplinske obrade oštrice.
Slika 3 Proces termičke obrade sečiva ZG06Cr13Ni4Mo
Slika 4 Šema punjenja peći procesa termičke obrade lopatice
4 Zaključci
1) Na osnovu interne kontrole hemijskog sastava materijala, ispitivanjem procesa termičke obrade, utvrđeno je da je proces termičke obrade ZG06C r13N i4M o nerđajućeg čelika visoke čvrstoće proces termičke obrade od 1. 010 ℃ normaliziranje + 605 ℃ primarno kaljenje + 580 ℃ sekundarno kaljenje, koje može osigurati da mehanička svojstva, svojstva udara pri niskoj temperaturi i svojstva hladnog savijanja materijala za livenje ispunjavaju standardne zahtjeve.
2) ZG06C r13N i4M o materijal ima dobru otvrdljivost. Struktura nakon termičke obrade normalizacije + dvostruko kaljenje je martenzit sa niskim udjelom ugljika + reverzni austenit s dobrim performansama, koji ima visoku čvrstoću, visoku plastičnu žilavost, odgovarajuću tvrdoću, dobru otpornost na pucanje i dobre performanse livenja i zavarivanja.
3) Shema termičke obrade normalizacije + dvostruko kaljenje određena eksperimentom primjenjuje se na proces toplinske obrade proizvodnje velikih lopatica, a sva svojstva materijala zadovoljavaju standardne zahtjeve korisnika.
Vrijeme objave: Jun-28-2024
