תקציר: נחקרה ההשפעה של תהליכי טיפול בחום שונים על הביצועים של חומר ZG06Cr13Ni4Mo. הבדיקה מראה כי לאחר טיפול בחום ב-1 010℃ מנרמל + 605℃ מזג ראשוני + 580℃ מזג משני, החומר מגיע לאינדקס הביצועים הטובים ביותר. המבנה שלו הוא מרטנזיט דל פחמן + אוסטניט טרנספורמציה הפוכה, בעל חוזק גבוה, קשיחות בטמפרטורה נמוכה וקשיות מתאימה. זה עומד בדרישות ביצועי המוצר ביישום של ייצור טיפול בחום ליציקת להבים גדולים.
מילות מפתח: ZG06Cr13NI4Mo; נירוסטה מרטנסיטית; לַהַב
להבים גדולים הם חלקי מפתח בטורבינות כוח מים. תנאי השירות של החלקים קשים יחסית, והם נתונים לפגיעה בזרימת מים בלחץ גבוה, בלאי ושחיקה לאורך זמן. החומר נבחר מפלדת אל חלד מרטנסיטית ZG06Cr13Ni4Mo עם תכונות מכניות מקיפות טובות ועמידות בפני קורוזיה. עם הפיתוח של אנרגיה הידרומית ויציקות נלוות לקראת קנה מידה גדול, מוצעות דרישות גבוהות יותר לביצועים של חומרי נירוסטה כגון ZG06Cr13Ni4Mo. לשם כך, בשילוב עם ניסוי הייצור של ZG06C r13N i4M o להבים גדולים של מפעל ציוד הידרו-כוח ביתי, באמצעות בקרה פנימית על הרכב החומר הכימי, בדיקת השוואת תהליכי טיפול בחום וניתוח תוצאות הבדיקה, הנרמול הבודד המותאם + חום חיסום כפול תהליך הטיפול של ZG06C r13N i4M o חומר נירוסטה נקבע לייצר יציקות העומדות בדרישות ביצועים גבוהות.
1 בקרה פנימית על הרכב כימי
חומר ZG06C r13N i4M o הוא פלדת אל-חלד מרטנסיטית בעלת חוזק גבוה, הנדרשת לתכונות מכניות גבוהות וקשיחות טובה בטמפרטורה נמוכה. על מנת לשפר את ביצועי החומר, ההרכב הכימי היה בקרה פנימית, שדרש w (C) ≤ 0.04%, w (P) ≤ 0.025%, w (S) ≤ 0.08%, ותכולת הגז הייתה מבוקרת. טבלה 1 מציגה את טווח ההרכב הכימי של הבקרה הפנימית של החומר ואת תוצאות הניתוח של ההרכב הכימי של המדגם, וטבלה 2 מציגה את דרישות הבקרה הפנימית של תכולת גז החומר ותוצאות הניתוח של תכולת הגז המדגם.
טבלה 1 הרכב כימי (שבר מסה,%)
| אֵלֵמֶנט | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| דרישה סטנדרטית | ≤0.06 | ≤1.0 | ≤0.80 | ≤0.035 | ≤0.025 | 3.5-5.0 | 11.5-13.5 | 0.4-1.0 | ≤0.5 |
|
| בקרה פנימית של מרכיבים | ≤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 |
| נתח את התוצאות | 0.023 | 1.0 | 0.57 | 0.013 | 0.005 | 4.61 | 13.0 | 0.56 | 0.02 | 0.035 |
טבלה 2 תכולת גז (ppm)
| גַז | H | O | N |
| דרישות בקרה פנימית | ≤2.5 | ≤80 | ≤150 |
| נתח את התוצאות | 1.69 | 68.6 | 119.3 |
החומר ZG06C r13N i4M o הותך בכבשן חשמלי של 30 ט', זוקק בכבשן LF 25T עבור סגסוגת, התאמת הרכב וטמפרטורה, ופורק פחמן ושחרור מגז בכבשן 25T VOD, ובכך התקבלה פלדה מותכת עם פחמן נמוך במיוחד, הרכב אחיד, טוהר גבוה ותכולת גז מזיק נמוכה. לבסוף, נעשה שימוש בחוט אלומיניום לסילוק חמצון סופי כדי להפחית את תכולת החמצן בפלדה המותכת ולחדד עוד יותר את הגרגרים.
2 מבחן תהליך טיפול בחום
2.1 תוכנית בדיקה
גוף היציקה שימש כגוף הבדיקה, גודל בלוק הבדיקה היה 70 מ"מ × 70 מ"מ × 230 מ"מ, וטיפול החום המקדים היה חישול ריכוך. לאחר התייעצות עם הספרות, הפרמטרים של תהליך הטיפול בחום שנבחרו היו: נורמליזציה של טמפרטורת 1 010 ℃, טמפרטורות חיסום ראשוניות 590 ℃, 605 ℃, 620 ℃, טמפרטורת טמפרור משנית 580 ℃, ותהליכי טמפרור שונים שימשו לבדיקות השוואתיות. תוכנית הבדיקה מוצגת בטבלה 3.
טבלה 3 תוכנית בדיקת טיפול בחום
| תוכנית ניסיון | תהליך בדיקת טיפול בחום | פרויקטים פיילוטים |
| A1 | 1 010℃ מנרמל+620℃ חיסום | תכונות מתיחה קשיחות פגיעה קשיות HB תכונות כיפוף מיקרו |
| A2 | 1 010 ℃ מנרמל + 620 ℃ טמפרור + 580 ℃ חיסום | |
| B1 | 1 010℃ מנרמל+620℃ חיסום | |
| B2 | 1 010 ℃ מנרמל + 620 ℃ טמפרור + 580 ℃ חיסום | |
| C1 | 1 010℃ מנרמל+620℃ חיסום | |
| C2 | 1 010 ℃ מנרמל + 620 ℃ טמפרור + 580 ℃ חיסום |
2.2 ניתוח תוצאות הבדיקה
2.2.1 ניתוח הרכב כימי
מתוצאות הניתוח של ההרכב הכימי ותכולת הגז בטבלה 1 ובטבלה 2, היסודות העיקריים ותכולת הגז תואמים לטווח בקרת ההרכב האופטימלי.
2.2.2 ניתוח תוצאות מבחני ביצועים
לאחר טיפול בחום על פי סכימות בדיקה שונות, בוצעו בדיקות השוואת תכונות מכניות בהתאם לתקני GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 ו-GB/T231.1-2009. תוצאות הניסוי מוצגות בטבלה 4 ובטבלה 5.
טבלה 4 ניתוח מאפיינים מכניים של סכמות תהליכי טיפול בחום שונות
| תוכנית ניסיון | Rp0.2/Mpa | Rm/Mpa | א/% | Z/％ | AKV/J(0℃） | ערך קשיות HBW |
| תֶקֶן | ≥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 |
טבלה 5 בדיקת כיפוף
| תוכנית ניסיון | בדיקת כיפוף (d=25，a=90°) | הַעֲרָכָה |
| B1 | סדק 5.2×1.2 מ"מ | כֶּשֶׁל |
| B2 | אין סדקים | מוּסמָך |
מתוך השוואה וניתוח של תכונות מכניות: (1) מנרמל + חיסום טיפול בחום, החומר יכול לקבל תכונות מכניות טובות יותר, מה שמעיד על יכולת התקשות טובה לחומר. (2) לאחר נורמליזציה של טיפול בחום, חוזק התפוקה והפלסטיות (התארכות) של הטמפרור הכפול משתפרים בהשוואה לחיסול הבודד. (3) מבדיקת ביצועי הכיפוף והניתוח, ביצועי הכיפוף של תהליך בדיקת B1 מנרמל + חיסום יחיד אינם מסויגים, וביצועי בדיקת הכיפוף של תהליך בדיקת B2 לאחר טמפרור כפול הם כשירים. (4) מהשוואת תוצאות הבדיקה של 6 טמפרטורות חישול שונות, לשיטת תהליך B2 של 1,010℃ מנרמל + 605℃ חישול יחיד + 580℃ מזג משני יש את התכונות המכניות הטובות ביותר, עם חוזק תפוקה של 687MPa, התארכות של 23%, קשיחות של יותר מ-160J ב-0℃, קשיות מתונה של 268HB וביצועי כיפוף מתאימים, כולם עומדים בדרישות הביצועים של החומר.
2.2.3 ניתוח מבנה מטלוגרפי
המבנה המטאלוגרפי של תהליכי בדיקת חומר B1 ו-B2 נותח לפי תקן GB/T13298-1991. איור 1 מציג את המבנה המטאלוגרפי של נורמליזציה + 605℃ חיסום ראשון, ואיור 2 מציג את המבנה המטאלוגרפי של מנרמל + חיסום ראשון + חיסום שני. מהבדיקה והניתוח המטאלוגרפית, המבנה העיקרי של ZG06C r13N i4M o לאחר טיפול בחום הוא מרטנזיט דל פחמן + אוסטניט הפוך. מניתוח המבנה המטאלוגרפי, צרורות המרטנסיט של החומר לאחר החיסום הראשון עבים וארוכים יותר. לאחר הטמפרור השני, מבנה המטריצה משתנה מעט, גם מבנה המרטנסיט מעט מעודן, והמבנה אחיד יותר; מבחינת ביצועים, חוזק התפוקה והפלסטיות משתפרים במידה מסוימת.
איור 1 ZG06Cr13Ni4Mo מנרמל + מיקרו מבנה חיסום אחד
איור 2 ZG06Cr13Ni4Mo מנרמל + מבנה מתכתי חיסום פעמיים
2.2.4 ניתוח תוצאות הבדיקה
1) הבדיקה אישרה שלחומר ZG06C r13N i4M o יש יכולת התקשות טובה. באמצעות נורמליזציה + טיפול בחום, החומר יכול לקבל תכונות מכניות טובות; חוזק התפוקה ותכונות הפלסטיות (התארכות) של שני מזגנים לאחר נורמליזציה של טיפול בחום גבוהים בהרבה מאלו של חישול אחד.
2) ניתוח הבדיקה מוכיח כי המבנה של ZG06C r13N i4M o לאחר הנרמול הוא מרטנזיט, והמבנה לאחר הטמפרור הוא מרטנזיט מחוסמ פחמן נמוך + אוסטניט הפוך. לאוסטניט ההפוך במבנה המחוסם יש יציבות תרמית גבוהה ויש לו השפעה משמעותית על התכונות המכניות, תכונות ההשפעה ותכונות תהליך היציקה והריתוך של החומר. לכן, לחומר חוזק גבוה, קשיחות פלסטית גבוהה, קשיות מתאימה, עמידות טובה בפני סדקים ותכונות יציקה וריתוך טובות לאחר טיפול בחום.
3) נתח את הסיבות לשיפור ביצועי הטמפרור המשניים של ZG06C r13N i4M o. לאחר נורמליזציה, חימום ושימור חום, ZG06C r13N i4M o יוצר אוסטניט עדין לאחר אוסטניטיזציה, ולאחר מכן הופך למרטנזיט דל פחמן לאחר קירור מהיר. בטמפרור הראשון, הפחמן העל-רווי במרטנזיט משקע בצורת קרבידים, ובכך מפחית את חוזק החומר ומשפר את הפלסטיות והקשיחות של החומר. בשל הטמפרטורה הגבוהה של הטמפרור הראשון, הטמפרור הראשון מייצר אוסטניט הפוך עדין במיוחד בנוסף למרטנזיט המחוסם. האוסטניטים ההפוכים הללו הופכים חלקית למרטנזיט במהלך קירור החיסום, ומספקים תנאים לגרעין ולצמיחה של אוסטניט הפוכה יציב שנוצר שוב במהלך תהליך החיסום המשני. מטרת הטמפרור המשני היא להשיג מספיק אוסטניט הפוך יציב. אוסטניטים הפוכים אלה יכולים לעבור טרנספורמציה של פאזה במהלך דפורמציה פלסטית, ובכך לשפר את החוזק והפלסטיות של החומר. בשל תנאים מוגבלים, אי אפשר לצפות ולנתח את האוסטניט ההפוך, ולכן ניסוי זה צריך לקחת את המאפיינים המכניים והמיקרו-מבנה כאובייקטי המחקר העיקריים לניתוח השוואתי.
3 יישום ייצור
ZG06C r13N i4M o הוא חומר פלדה יצוק מפלדת אל חלד בעל חוזק גבוה עם ביצועים מצוינים. כאשר ייצור הלהבים מתבצע בפועל, נעשה שימוש בהרכב הכימי ודרישות הבקרה הפנימית שנקבעו על ידי הניסוי, ותהליך הטיפול בחום של נרמול משני + חיסום. תהליך הטיפול בחום מוצג באיור 3. נכון לעכשיו, הושלם ייצורם של 10 להבי כוח הידרו-כוח גדולים, והביצועים עמדו כולם בדרישות המשתמש. הם עברו את הבדיקה החוזרת של המשתמש וזכו להערכה טובה.
למאפיינים של להבים מעוקלים מורכבים, ממדי קווי מתאר גדולים, ראשי פיר עבים ועיוות קל ופיצוח, יש לנקוט כמה אמצעי תהליך בתהליך הטיפול בחום:
1) ראש הפיר כלפי מטה והלהב כלפי מעלה. ערכת טעינת הכבשן מאומצת כדי להקל על דפורמציה מינימלית, כפי שמוצג באיור 4;
2) ודא שיש מרווח מספיק גדול בין היציקות ובין היציקות לבין לוחית הברזל התחתונה של הרפידה כדי להבטיח קירור, וודא שראש הפיר העבה עומד בדרישות הזיהוי הקולי;
3) שלב החימום של חומר העבודה מפולח מספר פעמים כדי למזער את הלחץ הארגוני של היציקה במהלך תהליך החימום כדי למנוע סדקים.
יישום אמצעי הטיפול בחום לעיל מבטיח את איכות הטיפול בחום של הלהב.
איור 3 תהליך טיפול בחום להב ZG06Cr13Ni4Mo
איור 4 ערכת טעינת תנור תהליך טיפול בחום להב
4 מסקנות
1) בהתבסס על הבקרה הפנימית של ההרכב הכימי של החומר, באמצעות בדיקת תהליך הטיפול בחום, נקבע שתהליך הטיפול בחום של ZG06C r13N i4M o חומר נירוסטה בעל חוזק גבוה הוא תהליך טיפול בחום של 1 010 ℃ מנרמל + 605 ℃ מזג ראשוני + 580 ℃ מזג משני, אשר יכול להבטיח שהתכונות המכניות, תכונות ההשפעה בטמפרטורה נמוכה ותכונות הכיפוף הקרה של חומר היציקה עומדות בדרישות הסטנדרטיות.
2) לחומר ZG06C r13N i4M o יש יכולת התקשות טובה. המבנה לאחר נורמליזציה + טיפול בחום פעמיים הוא מרטנזיט דל פחמן + אוסטניט הפוך בעל ביצועים טובים, בעל חוזק גבוה, קשיחות פלסטית גבוהה, קשיות מתאימה, עמידות טובה לסדקים וביצועי יציקה וריתוך טובים.
3) סכימת טיפול החום של נרמול + חיסום פעמיים שנקבעה על ידי הניסוי מיושמת לייצור תהליך טיפול בחום של להבים גדולים, ותכונות החומר עומדות בדרישות הסטנדרטיות של המשתמש.
זמן פרסום: 28 ביוני 2024
