Resum: S'ha estudiat la influència de diferents processos de tractament tèrmic en el rendiment del material ZG06Cr13Ni4Mo. La prova mostra que després del tractament tèrmic a 1 010 ℃ normalització + 605 ℃ temperat primari + 580 ℃ temperat secundari, el material assoleix el millor índex de rendiment. La seva estructura és martensita baixa en carboni + austenita de transformació inversa, amb alta resistència, duresa a baixa temperatura i duresa adequada. Compleix els requisits de rendiment del producte en l'aplicació de la producció de tractament tèrmic de fosa de fulles grans.
Paraules clau: ZG06Cr13NI4Mo; acer inoxidable martensític; fulla
Les grans pales són peces clau en les turbines hidroelèctriques. Les condicions de servei de les peces són relativament dures i estan sotmeses a impactes de flux d'aigua a alta pressió, desgast i erosió durant molt de temps. El material es selecciona d'acer inoxidable martensític ZG06Cr13Ni4Mo amb bones propietats mecàniques completes i resistència a la corrosió. Amb el desenvolupament de l'energia hidroelèctrica i les peces de fosa relacionades a gran escala, es plantegen requisits més alts per al rendiment de materials d'acer inoxidable com ZG06Cr13Ni4Mo. Amb aquesta finalitat, combinat amb l'assaig de producció de grans fulles ZG06C r13N i4M d'una empresa d'equips hidroelèctrics domèstics, mitjançant el control intern de la composició química del material, la prova de comparació del procés de tractament tèrmic i l'anàlisi del resultat de la prova, la normalització única optimitzada + la calor de temperat doble. El procés de tractament de ZG06C r13N i4M o material d'acer inoxidable es va determinar per produir peces de fosa que compleixin els requisits d'alt rendiment.
1 Control intern de la composició química
El material ZG06C r13N i4M o és acer inoxidable martensític d'alta resistència, que ha de tenir propietats mecàniques elevades i una bona resistència a l'impacte a baixa temperatura. Per tal de millorar el rendiment del material, la composició química es va controlar internament, requerint w (C) ≤ 0,04%, w (P) ≤ 0,025%, w (S) ≤ 0,08% i es va controlar el contingut de gas. La taula 1 mostra el rang de composició química del control intern del material i els resultats de l'anàlisi de la composició química de la mostra, i la taula 2 mostra els requisits de control intern del contingut de gas material i els resultats de l'anàlisi del contingut de gas de la mostra.
Taula 1 Composició química (fracció en massa, %)
| element | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| requisit estàndard | ≤0,06 | ≤1,0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3,5-5,0 | 11,5-13,5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Control intern d'ingredients | ≤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 |
| Analitza els resultats | 0,023 | 1.0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4.61 | 13.0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
Taula 2 Contingut de gas (ppm)
| gas | H | O | N |
| Requisits de control intern | ≤2,5 | ≤80 | ≤150 |
| Analitza els resultats | 1,69 | 68.6 | 119.3 |
El material ZG06C r13N i4M o va ser fos en un forn elèctric de 30 t, refinat en un forn LF de 25T per a l'aliatge, ajustant la composició i la temperatura, i descarburat i desgasificat en un forn VOD de 25T, obtenint així acer fos amb carboni ultra baix, composició uniforme, alta puresa i baix contingut de gasos nocius. Finalment, es va utilitzar filferro d'alumini per a la desoxidació final per reduir el contingut d'oxigen a l'acer fos i perfeccionar encara més els grans.
2 Prova del procés de tractament tèrmic
2.1 Pla de proves
El cos de fosa es va utilitzar com a cos de prova, la mida del bloc de prova era de 70 mm × 70 mm × 230 mm i el tractament tèrmic preliminar va ser el recuit suavitzant. Després de consultar la literatura, els paràmetres del procés de tractament tèrmic seleccionats van ser: temperatura de normalització 1 010 ℃, temperatures de tremp primari 590 ℃, 605 ℃, 620 ℃, temperatura de tremp secundari 580 ℃ i es van utilitzar diferents processos de temperat per a proves comparatives. El pla de proves es mostra a la taula 3.
Taula 3 Pla de proves de tractament tèrmic
| Pla de prova | Procés de prova de tractament tèrmic | Projectes pilot |
| A1 | 1 010 ℃ normalització + 620 ℃ temperat | Propietats de tracció Tenacitat a l'impacte Duresa HB Propietats de flexió Microestructura |
| A2 | 1 010 ℃ normalització + 620 ℃ temperat + 580 ℃ temperat | |
| B1 | 1 010 ℃ normalització + 620 ℃ temperat | |
| B2 | 1 010 ℃ normalització + 620 ℃ temperat + 580 ℃ temperat | |
| C1 | 1 010 ℃ normalització + 620 ℃ temperat | |
| C2 | 1 010 ℃ normalització + 620 ℃ temperat + 580 ℃ temperat |
2.2 Anàlisi dels resultats de les proves
2.2.1 Anàlisi de la composició química
A partir dels resultats de l'anàlisi de la composició química i el contingut de gas a la Taula 1 i la Taula 2, els elements principals i el contingut de gas estan en línia amb el rang de control de composició optimitzat.
2.2.2 Anàlisi dels resultats de les proves de rendiment
Després del tractament tèrmic segons diferents esquemes de prova, es van realitzar proves de comparació de propietats mecàniques d'acord amb els estàndards GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 i GB/T231.1-2009. Els resultats experimentals es mostren a la taula 4 i a la taula 5.
Taula 4 Anàlisi de propietats mecàniques de diferents esquemes de procés de tractament tèrmic
| Pla de prova | Rp0,2/Mpa | Rm/Mpa | A/％ | Z/％ | AKV/J(0℃) | Valor de duresa HBW |
| estàndard | ≥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 |
Taula 5 Prova de flexió
| Pla de prova | Prova de flexió (d=25,a=90°) | valoració |
| B1 | Crack 5,2 × 1,2 mm | Fracàs |
| B2 | Sense esquerdes | qualificat |
A partir de la comparació i l'anàlisi de les propietats mecàniques: (1) Normalització + tractament tèrmic de temperat, el material pot obtenir millors propietats mecàniques, cosa que indica que el material té una bona enduriment. (2) Després de normalitzar el tractament tèrmic, es milloren la resistència a la fluència i la plasticitat (allargament) del doble tremp en comparació amb el tremp simple. (3) A partir de la inspecció i l'anàlisi del rendiment de flexió, el rendiment de flexió del procés de normalització B1 + prova de temperat únic no està qualificat i el rendiment de la prova de flexió del procés de prova B2 després del doble tremp està qualificat. (4) A partir de la comparació dels resultats de les proves de 6 temperatures de temperat diferents, l'esquema de procés B2 de normalització de 1 010 ℃ + tremp simple de 605 ℃ + tremp secundari de 580 ℃ té les millors propietats mecàniques, amb un límit de fluència de 687 MPa, un allargament. del 23%, una resistència a l'impacte de més de 160J a 0 ℃, una duresa moderada de 268HB i un rendiment de flexió qualificat, tot complint els requisits de rendiment del material.
2.2.3 Anàlisi de l'estructura metal·logràfica
L'estructura metal·logràfica dels processos de prova del material B1 i B2 es va analitzar segons l'estàndard GB/T13298-1991. La figura 1 mostra l'estructura metal·logràfica de normalització + 605 ℃ primer tremp, i la figura 2 mostra l'estructura metal·logràfica de normalització + primer tremp + segon temperat. A partir de la inspecció i l'anàlisi metal·logràfica, l'estructura principal de ZG06C r13N i4M o després del tractament tèrmic és la martensita amb baixes emissions de carboni + austenita invertida. A partir de l'anàlisi de l'estructura metal·logràfica, els paquets de martensita del material després del primer tremp són més gruixuts i més llargs. Després del segon temperat, l'estructura de la matriu canvia lleugerament, l'estructura de la martensita també es refina lleugerament i l'estructura és més uniforme; pel que fa al rendiment, la resistència a la fluència i la plasticitat es milloren fins a cert punt.
Figura 1 ZG06Cr13Ni4Mo normalització + una microestructura de temperat
Figura 2 Estructura metal·logràfica normalitzadora de ZG06Cr13Ni4Mo + tremp dues vegades
2.2.4 Anàlisi dels resultats de les proves
1) La prova va confirmar que el material ZG06C r13N i4M o té una bona tempabilitat. Mitjançant el tractament tèrmic de normalització + temperat, el material pot obtenir bones propietats mecàniques; el límit elàstic i les propietats plàstiques (allargament) de dos tremps després del tractament tèrmic normalitzat són molt superiors a les d'un tremp.
2) L'anàlisi de la prova demostra que l'estructura de ZG06C r13N i4M o després de la normalització és martensita i l'estructura després del tremp és martensita temperada amb baix carboni + austenita invertida. L'austenita invertida a l'estructura temperada té una alta estabilitat tèrmica i té un efecte significatiu en les propietats mecàniques, les propietats d'impacte i les propietats del procés de fosa i soldadura del material. Per tant, el material té una alta resistència, una alta tenacitat plàstica, una duresa adequada, una bona resistència a les esquerdes i unes bones propietats de fosa i soldadura després del tractament tèrmic.
3) Analitzar els motius de la millora del rendiment de temperat secundari de ZG06C r13N i4M o. Després de normalitzar, escalfar i conservar la calor, ZG06C r13N i4M o forma austenita de gra fi després de l'austenitització i després es transforma en martensita baixa en carboni després d'un refredament ràpid. En el primer tremp, el carboni sobresaturat de la martensita precipita en forma de carburs, reduint així la resistència del material i millorant la plasticitat i la tenacitat del material. A causa de l'alta temperatura del primer tremp, el primer tremp produeix austenita inversa extremadament fina a més de la martensita temperada. Aquestes austenites inverses es transformen parcialment en martensita durant el refredament del tremp, proporcionant condicions per a la nucleació i creixement de l'austenita inversa estable generada de nou durant el procés de tremp secundari. L'objectiu del tremp secundari és obtenir prou austenita inversa estable. Aquestes austenites inverses poden experimentar una transformació de fase durant la deformació plàstica, millorant així la resistència i plasticitat del material. A causa de condicions limitades, és impossible observar i analitzar l'austenita inversa, per la qual cosa aquest experiment hauria de prendre les propietats mecàniques i la microestructura com els principals objectes de recerca per a l'anàlisi comparativa.
3 Aplicació de producció
ZG06C r13N i4M o és un material d'acer fos d'acer inoxidable d'alta resistència amb un rendiment excel·lent. Quan es realitza la producció real de fulles, s'utilitzen per a la producció la composició química i els requisits de control intern determinats per l'experiment i el procés de tractament tèrmic de normalització secundària + temperat. El procés de tractament tèrmic es mostra a la figura 3. En l'actualitat, s'ha completat la producció de 10 grans pales hidroelèctriques i el rendiment ha complert tots els requisits de l'usuari. Han superat la reinspecció de l'usuari i han rebut una bona avaluació.
Per a les característiques de fulles corbes complexes, grans dimensions de contorn, capçals gruixuts de l'eix i fàcil deformació i esquerdament, cal prendre algunes mesures de procés en el procés de tractament tèrmic:
1) El cap de l'eix està cap avall i la fulla cap amunt. L'esquema de càrrega del forn s'adopta per facilitar la deformació mínima, tal com es mostra a la figura 4;
2) Assegureu-vos que hi hagi un buit prou gran entre les peces de fosa i entre les peces de fosa i la placa inferior de ferro de coixinet per garantir el refredament i assegurar-vos que el capçal de l'eix gruixut compleixi els requisits de detecció d'ultrasons;
3) L'etapa d'escalfament de la peça es segmenta diverses vegades per minimitzar l'estrès organitzatiu de la fosa durant el procés d'escalfament per evitar esquerdes.
La implementació de les mesures de tractament tèrmic anteriors garanteix la qualitat del tractament tèrmic de la fulla.
Figura 3 Procés de tractament tèrmic de la fulla ZG06Cr13Ni4Mo
Figura 4 Esquema de càrrega del forn del procés de tractament tèrmic de fulles
4 Conclusions
1) A partir del control intern de la composició química del material, mitjançant la prova del procés de tractament tèrmic, es determina que el procés de tractament tèrmic de ZG06C r13N i4M o material d'acer inoxidable d'alta resistència és un procés de tractament tèrmic d'1 Normalització de 010 ℃ + temperat primari de 605 ℃ + temperat secundari de 580 ℃, que pot garantir que les propietats mecàniques, les propietats d'impacte a baixa temperatura i les propietats de flexió en fred del material de fosa compleixin els requisits estàndard.
2) El material ZG06C r13N i4M o té una bona tempabilitat. L'estructura després de la normalització + el tractament tèrmic de temperat dues vegades és una martensita amb baix carboni + austenita inversa amb un bon rendiment, que té una alta resistència, una alta tenacitat plàstica, una duresa adequada, una bona resistència a les esquerdes i un bon rendiment de fosa i soldadura.
3) L'esquema de tractament tèrmic de normalització + temperat dues vegades determinat per l'experiment s'aplica a la producció del procés de tractament tèrmic de fulles grans, i totes les propietats del material compleixen els requisits estàndard de l'usuari.
Hora de publicació: 28-juny-2024
