Samenvatting: De invloed van verschillende warmtebehandelingsprocessen op de prestaties van ZG06Cr13Ni4Mo-materiaal werd bestudeerd. De test toont aan dat het materiaal na een warmtebehandeling bij 1 010 ℃ normaliseren + 605 ℃ primaire tempering + 580 ℃ secundaire tempering de beste prestatie-index bereikt. De structuur is koolstofarm martensiet + austeniet met omgekeerde transformatie, met hoge sterkte, taaiheid bij lage temperaturen en geschikte hardheid. Het voldoet aan de productprestatie-eisen bij de toepassing van warmtebehandelingsproductie met grote schoepen.
Trefwoorden: ZG06Cr13NI4Mo; martensitisch roestvrij staal; blad
Grote bladen zijn sleutelonderdelen in waterkrachtturbines. De gebruiksomstandigheden van de onderdelen zijn relatief zwaar en ze worden langdurig blootgesteld aan waterstroming onder hoge druk, slijtage en erosie. Het materiaal is geselecteerd uit ZG06Cr13Ni4Mo martensitisch roestvrij staal met goede uitgebreide mechanische eigenschappen en corrosieweerstand. Met de ontwikkeling van waterkracht en aanverwante gietstukken naar grootschalige schaal worden er hogere eisen gesteld aan de prestaties van roestvrijstalen materialen zoals ZG06Cr13Ni4Mo. Daartoe, gecombineerd met de productieproef van ZG06C r13N i4M o grote bladen van een onderneming voor huishoudelijke waterkrachtapparatuur, door interne controle van de chemische samenstelling van het materiaal, vergelijkingstest voor warmtebehandelingsprocessen en analyse van testresultaten, de geoptimaliseerde enkele normaliserende + dubbele tempererende warmte behandelingsproces van ZG06C r13N i4M o roestvrij staal materiaal was vastbesloten om gietstukken te produceren die aan hoge prestatie-eisen voldoen.
1 Interne controle van de chemische samenstelling
ZG06C r13N i4M o-materiaal is martensitisch roestvrij staal met hoge sterkte, dat hoge mechanische eigenschappen en een goede slagvastheid bij lage temperaturen moet hebben. Om de prestaties van het materiaal te verbeteren, werd de chemische samenstelling intern gecontroleerd, waarbij w (C) ≤ 0,04%, w (P) ≤ 0,025%, w (S) ≤ 0,08% vereist, en werd het gasgehalte gecontroleerd. Tabel 1 toont het bereik van de chemische samenstelling van de interne controle van het materiaal en de analyseresultaten van de chemische samenstelling van het monster, en Tabel 2 toont de interne controle-eisen van het materiaalgasgehalte en de analyseresultaten van het monstergasgehalte.
Tabel 1 Chemische samenstelling (massafractie, %)
| element | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| standaard vereiste | ≤0,06 | ≤1,0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3,5-5,0 | 11,5-13,5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Ingrediënten Interne controle | ≤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 |
| Analyseer de resultaten | 0,023 | 1,0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4.61 | 13.0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
Tabel 2 Gasgehalte (ppm)
| gas | H | O | N |
| Vereisten voor interne controle | ≤2,5 | ≤80 | ≤150 |
| Analyseer de resultaten | 1,69 | 68,6 | 119,3 |
Het ZG06C r13N i4M o-materiaal werd gesmolten in een elektrische oven van 30 ton, verfijnd in een 25T LF-oven voor het legeren, aanpassing van de samenstelling en temperatuur, en ontkoold en ontgast in een 25T VOD-oven, waardoor gesmolten staal met ultralaag koolstofgehalte werd verkregen. uniforme samenstelling, hoge zuiverheid en laag gehalte aan schadelijke gassen. Ten slotte werd aluminiumdraad gebruikt voor de uiteindelijke deoxidatie om het zuurstofgehalte in het gesmolten staal te verminderen en de korrels verder te verfijnen.
2 Warmtebehandelingsprocestest
2.1 Testplan
Het gietlichaam werd gebruikt als testlichaam, de grootte van het testblok was 70 mm x 70 mm x 230 mm en de voorbereidende warmtebehandeling was zachtgloeien. Na raadpleging van de literatuur waren de geselecteerde parameters voor het warmtebehandelingsproces: normalisatietemperatuur 1.010 ℃, primaire tempertemperaturen 590 ℃, 605 ℃, 620 ℃, secundaire tempertemperatuur 580 ℃ en verschillende temperingsprocessen werden gebruikt voor vergelijkende tests. Het testplan wordt weergegeven in Tabel 3.
Tabel 3 Testplan warmtebehandeling
| Proefplan | Testproces voor warmtebehandeling | Proefprojecten |
| A1 | 1 010℃Normaliseren+620℃Tempereren | Trekeigenschappen Slagvastheid Hardheid HB Buigeigenschappen Microstructuur |
| A2 | 1 010℃Normaliseren+620℃Temperen+580℃Temperen | |
| B1 | 1 010℃Normaliseren+620℃Tempereren | |
| B2 | 1 010℃Normaliseren+620℃Temperen+580℃Temperen | |
| C1 | 1 010℃Normaliseren+620℃Tempereren | |
| C2 | 1 010℃Normaliseren+620℃Temperen+580℃Temperen |
2.2 Analyse van testresultaten
2.2.1 Analyse van de chemische samenstelling
Uit de analyseresultaten van de chemische samenstelling en het gasgehalte in Tabel 1 en Tabel 2 komen de belangrijkste elementen en het gasgehalte overeen met het geoptimaliseerde controlebereik voor de samenstelling.
2.2.2 Analyse van prestatietestresultaten
Na warmtebehandeling volgens verschillende testschema's werden vergelijkingstests voor mechanische eigenschappen uitgevoerd in overeenstemming met de normen GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 en GB/T231.1-2009. De experimentele resultaten worden getoond in Tabel 4 en Tabel 5.
Tabel 4 Analyse van mechanische eigenschappen van verschillende warmtebehandelingsprocesschema's
| Proefplan | Rp0,2/Mpa | Rm/Mpa | A/% | Z/% | AKV/J(0℃） | Hardheidswaarde HBW |
| standaard | ≥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 |
Tabel 5 Buigproef
| Proefplan | Buigtest (d=25,a=90°) | onderzoek |
| B1 | Barst 5,2 x 1,2 mm | Mislukking |
| B2 | Geen scheuren | gekwalificeerd |
Uit de vergelijking en analyse van mechanische eigenschappen: (1) Normaliserende + tempererende warmtebehandeling kan het materiaal betere mechanische eigenschappen verkrijgen, wat aangeeft dat het materiaal een goede hardbaarheid heeft. (2) Na het normaliseren van de warmtebehandeling zijn de vloeigrens en de plasticiteit (rek) van de dubbele tempering verbeterd vergeleken met de enkele tempering. (3) Uit de inspectie en analyse van de buigprestaties blijkt dat de buigprestaties van het B1-normaliserende + enkelvoudige tempereertestproces niet gekwalificeerd zijn en dat de buigtestprestaties van het B2-testproces na dubbel temperen gekwalificeerd zijn. (4) Uit de vergelijking van de testresultaten van 6 verschillende ontlaattemperaturen blijkt dat het B2-processchema van 1.010 ℃ normaliserend + 605 ℃ enkelvoudig ontlaten + 580 ℃ secundair ontlaten de beste mechanische eigenschappen heeft, met een vloeigrens van 687 MPa, een verlenging van 23%, een slagvastheid van meer dan 160J bij 0℃, een matige hardheid van 268HB en gekwalificeerde buigprestaties, die allemaal voldoen aan de prestatie-eisen van het materiaal.
2.2.3 Metallografische structuuranalyse
De metallografische structuur van materiaal B1- en B2-testprocessen werd geanalyseerd volgens de GB/T13298-1991-standaard. Figuur 1 toont de metallografische structuur van normaliseren + 605 ℃ eerste ontlaten, en figuur 2 toont de metallografische structuur van normaliseren + eerste ontlaten + tweede ontlaten. Uit de metallografische inspectie en analyse blijkt dat de hoofdstructuur van ZG06C r13N i4M o na warmtebehandeling koolstofarme latmartensiet + omgekeerd austeniet is. Uit de metallografische structuuranalyse blijkt dat de latmartensietbundels van het materiaal na de eerste ontlating dikker en langer zijn. Na de tweede tempering verandert de matrixstructuur enigszins, is de martensietstructuur ook enigszins verfijnd en is de structuur uniformer; in termen van prestaties worden de vloeigrens en plasticiteit tot op zekere hoogte verbeterd.
Figuur 1 ZG06Cr13Ni4Mo normaliserende + één tempererende microstructuur
Figuur 2 ZG06Cr13Ni4Mo normaliserende + tweemaal temperende metallografische structuur
2.2.4 Analyse van testresultaten
1) De test bevestigde dat het ZG06C r13N i4M o-materiaal een goede hardbaarheid heeft. Door het normaliseren + tempereren van de warmtebehandeling kan het materiaal goede mechanische eigenschappen verkrijgen; de vloeigrens en plastische eigenschappen (rek) van twee temperingen na normaliserende warmtebehandeling zijn veel hoger dan die van één tempering.
2) De testanalyse bewijst dat de structuur van ZG06C r13N i4M o na normalisatie martensiet is, en de structuur na ontlaten bestaat uit koolstofarm getemperd martensiet + omgekeerd austeniet. Het omgekeerde austeniet in de getemperde structuur heeft een hoge thermische stabiliteit en heeft een significant effect op de mechanische eigenschappen, slageigenschappen en giet- en lasproceseigenschappen van het materiaal. Daarom heeft het materiaal een hoge sterkte, hoge plastische taaiheid, passende hardheid, goede scheurweerstand en goede giet- en laseigenschappen na warmtebehandeling.
3) Analyseer de redenen voor de verbetering van de secundaire ontlaatprestaties van ZG06C r13N i4M o. Na normalisatie, verwarming en hittebehoud vormt ZG06C r13N i4M o na austenitisatie fijnkorrelig austeniet en verandert het vervolgens na snelle afkoeling in koolstofarm martensiet. Bij de eerste tempering slaat de oververzadigde koolstof in het martensiet neer in de vorm van carbiden, waardoor de sterkte van het materiaal wordt verminderd en de plasticiteit en taaiheid van het materiaal wordt verbeterd. Door de hoge temperatuur van de eerste tempering ontstaat bij de eerste tempering naast het getemperde martensiet extreem fijn omgekeerd austeniet. Deze omgekeerde austenieten worden tijdens het temperen afkoelen gedeeltelijk omgezet in martensiet, waardoor omstandigheden worden gecreëerd voor de kiemvorming en groei van stabiel omgekeerd austeniet dat opnieuw wordt gegenereerd tijdens het secundaire temperingsproces. Het doel van secundair temperen is het verkrijgen van voldoende stabiel omgekeerd austeniet. Deze omgekeerde austenieten kunnen fasetransformatie ondergaan tijdens plastische vervorming, waardoor de sterkte en plasticiteit van het materiaal worden verbeterd. Vanwege de beperkte omstandigheden is het onmogelijk om het omgekeerde austeniet waar te nemen en te analyseren, dus dit experiment zou de mechanische eigenschappen en microstructuur als de belangrijkste onderzoeksobjecten voor vergelijkende analyse moeten nemen.
3 Productietoepassing
ZG06C r13N i4M o is een hoogwaardig roestvrijstalen gietstaalmateriaal met uitstekende prestaties. Wanneer de daadwerkelijke productie van bladen wordt uitgevoerd, worden voor de productie de chemische samenstelling en interne controle-eisen bepaald door het experiment, en het warmtebehandelingsproces van secundair normaliseren + temperen gebruikt. Het warmtebehandelingsproces wordt weergegeven in figuur 3. Momenteel is de productie van 10 grote waterkrachtbladen voltooid en voldoen de prestaties allemaal aan de eisen van de gebruiker. Ze hebben de herkeuring van de gebruiker doorstaan en zijn goed beoordeeld.
Vanwege de kenmerken van complexe gebogen bladen, grote contourafmetingen, dikke schachtkoppen en gemakkelijke vervorming en barsten, moeten tijdens het warmtebehandelingsproces enkele procesmaatregelen worden genomen:
1) De schachtkop is naar beneden gericht en het blad is naar boven gericht. Het ovenlaadschema wordt gebruikt om minimale vervorming te vergemakkelijken, zoals weergegeven in figuur 4;
2) Zorg ervoor dat er voldoende ruimte is tussen de gietstukken en tussen de gietstukken en de ijzeren bodemplaat om koeling te garanderen, en zorg ervoor dat de dikke schachtkop voldoet aan de eisen voor ultrasone detectie;
3) De verwarmingsfase van het werkstuk wordt meerdere keren gesegmenteerd om de organisatorische spanning van het gietstuk tijdens het verwarmingsproces te minimaliseren en scheuren te voorkomen.
De implementatie van de bovenstaande warmtebehandelingsmaatregelen garandeert de warmtebehandelingskwaliteit van het blad.
Figuur 3 ZG06Cr13Ni4Mo-warmtebehandelingsproces van het blad
Figuur 4 Laadschema van de oven met bladwarmtebehandelingsproces
4 Conclusies
1) Op basis van de interne controle van de chemische samenstelling van het materiaal, door de test van het warmtebehandelingsproces, wordt vastgesteld dat het warmtebehandelingsproces van ZG06C r13N i4M o hoogwaardig roestvrij staalmateriaal een warmtebehandelingsproces is van 1 010℃ normaliseren + 605℃ primaire tempering + 580℃ secundaire tempering, wat ervoor kan zorgen dat de mechanische eigenschappen, impacteigenschappen bij lage temperatuur en koude buigeigenschappen van het gietmateriaal aan de standaardvereisten voldoen.
2) ZG06C r13N i4M o-materiaal heeft een goede hardbaarheid. De structuur na normalisatie + tweemaal ontlaten warmtebehandeling is een koolstofarme latmartensiet + omgekeerde austeniet met goede prestaties, die een hoge sterkte, hoge plastic taaiheid, passende hardheid, goede scheurweerstand en goede giet- en lasprestaties heeft.
3) Het warmtebehandelingsschema van normaliseren + tweemaal temperen, bepaald door het experiment, wordt toegepast op de productie van grote bladen tijdens het warmtebehandelingsproces, en de materiaaleigenschappen voldoen allemaal aan de standaardvereisten van de gebruiker.
Posttijd: 28 juni 2024
