Riassunto: È stata studiata l'influenza di diversi processi di trattamento termico sulle prestazioni del materiale ZG06Cr13Ni4Mo. Il test mostra che dopo il trattamento termico a 1 010℃ normalizzante + 605℃ rinvenimento primario + 580℃ rinvenimento secondario, il materiale raggiunge il miglior indice di prestazione. La sua struttura è martensite a basso contenuto di carbonio + austenite a trasformazione inversa, con elevata resistenza, tenacità a bassa temperatura e durezza adeguata. Soddisfa i requisiti prestazionali del prodotto nell'applicazione della produzione di trattamenti termici di colata di grandi pale.
Parole chiave: ZG06Cr13NI4Mo; acciaio inossidabile martensitico; lama
Le pale di grandi dimensioni sono parti fondamentali delle turbine idroelettriche. Le condizioni di servizio delle parti sono relativamente dure e sono soggette per lungo tempo all'impatto del flusso d'acqua ad alta pressione, all'usura e all'erosione. Il materiale è selezionato tra l'acciaio inossidabile martensitico ZG06Cr13Ni4Mo con buone proprietà meccaniche complete e resistenza alla corrosione. Con lo sviluppo dell'energia idroelettrica e delle relative fusioni su larga scala, vengono imposti requisiti più elevati per le prestazioni dei materiali in acciaio inossidabile come ZG06Cr13Ni4Mo. A tal fine, combinato con la prova di produzione di ZG06C r13N i4M o pale di grandi dimensioni di un'impresa di apparecchiature idroelettriche domestiche, attraverso il controllo interno della composizione chimica del materiale, test di confronto del processo di trattamento termico e analisi dei risultati dei test, il calore di normalizzazione singolo + doppio rinvenimento ottimizzato Il processo di trattamento del materiale in acciaio inossidabile ZG06C r13N i4M o è stato determinato per produrre getti che soddisfano requisiti di prestazioni elevate.
1 Controllo interno della composizione chimica
Il materiale ZG06C r13N i4M o è acciaio inossidabile martensitico ad alta resistenza, che deve avere elevate proprietà meccaniche e una buona resilienza agli urti a bassa temperatura. Per migliorare le prestazioni del materiale, la composizione chimica è stata controllata internamente, richiedendo w (C) ≤ 0,04%, w (P) ≤ 0,025%, w (S) ≤ 0,08% e il contenuto di gas è stato controllato. La Tabella 1 mostra l'intervallo di composizione chimica del materiale di controllo interno e i risultati dell'analisi della composizione chimica del campione, mentre la Tabella 2 mostra i requisiti di controllo interno del contenuto di gas del materiale e i risultati dell'analisi del contenuto di gas campione.
Tabella 1 Composizione chimica (frazione di massa,%)
| elemento | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| requisito standard | ≤0,06 | ≤1,0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3,5-5,0 | 11,5-13,5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Controllo interno degli ingredienti | ≤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 |
| Analizzare i risultati | 0,023 | 1.0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4.61 | 13.0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
Tabella 2 Contenuto di gas (ppm)
| gas | H | O | N |
| Requisiti di controllo interno | ≤2,5 | ≤80 | ≤150 |
| Analizzare i risultati | 1,69 | 68.6 | 119.3 |
Il materiale ZG06C r13N i4M o è stato fuso in un forno elettrico da 30 t, raffinato in un forno LF da 25 T per la lega, regolando la composizione e la temperatura, e decarburato e degasato in un forno VOD da 25 T, ottenendo così acciaio fuso a bassissimo tenore di carbonio, composizione uniforme, elevata purezza e basso contenuto di gas nocivi. Infine, per la disossidazione finale è stato utilizzato filo di alluminio per ridurre il contenuto di ossigeno nell'acciaio fuso e affinare ulteriormente i grani.
2 Test del processo di trattamento termico
2.1 Piano di prova
Il corpo fuso è stato utilizzato come corpo di prova, la dimensione del blocco di prova era 70 mm x 70 mm x 230 mm e il trattamento termico preliminare era la ricottura di addolcimento. Dopo aver consultato la letteratura, i parametri del processo di trattamento termico selezionati sono stati: temperatura di normalizzazione 1 010℃, temperature di rinvenimento primario 590℃, 605℃, 620℃, temperatura di rinvenimento secondario 580℃ e diversi processi di rinvenimento sono stati utilizzati per test comparativi. Il piano di test è mostrato nella Tabella 3.
Tabella 3 Piano di prova del trattamento termico
| Piano di prova | Processo di prova del trattamento termico | Progetti pilota |
| A1 | 1 010℃Normalizzazione+620℃Rinvenimento | Proprietà a trazione Tenacità all'urto Durezza HB Proprietà a flessione Microstruttura |
| A2 | 1 010℃Normalizzazione+620℃Rinvenimento+580℃Rinvenimento | |
| B1 | 1 010℃Normalizzazione+620℃Rinvenimento | |
| B2 | 1 010℃Normalizzazione+620℃Rinvenimento+580℃Rinvenimento | |
| C1 | 1 010℃Normalizzazione+620℃Rinvenimento | |
| C2 | 1 010℃Normalizzazione+620℃Rinvenimento+580℃Rinvenimento |
2.2 Analisi dei risultati dei test
2.2.1 Analisi della composizione chimica
Dai risultati dell'analisi della composizione chimica e del contenuto di gas nella Tabella 1 e nella Tabella 2, gli elementi principali e il contenuto di gas sono in linea con l'intervallo di controllo della composizione ottimizzata.
2.2.2 Analisi dei risultati dei test prestazionali
Dopo il trattamento termico secondo diversi schemi di prova, sono stati eseguiti test comparativi delle proprietà meccaniche in conformità agli standard GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 e GB/T231.1-2009. I risultati sperimentali sono mostrati nella Tabella 4 e nella Tabella 5.
Tabella 4 Analisi delle proprietà meccaniche di diversi schemi di processo di trattamento termico
| Piano di prova | Rp0,2/MPa | Rm/Mpa | UN/% | Z/％ | AKV/J(0℃） | Valore della durezza 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 |
Tabella 5 Prova di flessione
| Piano di prova | Prova di flessione（d=25,a=90°） | valutazione |
| B1 | Crepa 5,2×1,2 mm | Fallimento |
| B2 | Nessuna crepa | qualificato |
Dal confronto e dall'analisi delle proprietà meccaniche: (1) Trattamento termico di normalizzazione + rinvenimento, il materiale può ottenere migliori proprietà meccaniche, indicando che il materiale ha una buona temprabilità. (2) Dopo aver normalizzato il trattamento termico, il carico di snervamento e la plasticità (allungamento) del doppio rinvenimento risultano migliorati rispetto al rinvenimento singolo. (3) Dall'ispezione e dall'analisi delle prestazioni di flessione, le prestazioni di flessione del processo di test di normalizzazione B1 + rinvenimento singolo non sono qualificate e le prestazioni del test di flessione del processo di test B2 dopo doppio rinvenimento sono qualificate. (4) Dal confronto dei risultati dei test di 6 diverse temperature di rinvenimento, lo schema del processo B2 di 1.010℃ normalizzazione + 605℃ rinvenimento singolo + 580℃ rinvenimento secondario ha le migliori proprietà meccaniche, con un carico di snervamento di 687MPa, un allungamento del 23%, una resistenza all'urto superiore a 160 J a 0 ℃, una durezza moderata di 268 HB e prestazioni di flessione qualificate, tutti conformi ai requisiti prestazionali del materiale.
2.2.3 Analisi della struttura metallografica
La struttura metallografica dei processi di test dei materiali B1 e B2 è stata analizzata secondo lo standard GB/T13298-1991. La Figura 1 mostra la struttura metallografica della normalizzazione + primo rinvenimento a 605 ℃, mentre la Figura 2 mostra la struttura metallografica della normalizzazione + primo rinvenimento + secondo rinvenimento. Dall'ispezione e dall'analisi metallografica, la struttura principale di ZG06C r13N i4M o dopo il trattamento termico è martensite a basso tenore di carbonio + austenite inversa. Dall'analisi della struttura metallografica, i fasci di martensite del materiale dopo il primo rinvenimento risultano più spessi e più lunghi. Dopo il secondo rinvenimento, la struttura della matrice cambia leggermente, anche la struttura della martensite è leggermente raffinata e la struttura è più uniforme; in termini di prestazioni, la resistenza allo snervamento e la plasticità sono migliorate in una certa misura.
Figura 1 Microstruttura ZG06Cr13Ni4Mo normalizzante + un rinvenibile
Figura 2 Struttura metallografica ZG06Cr13Ni4Mo normalizzante + doppio rinvenimento
2.2.4 Analisi dei risultati dei test
1) Il test ha confermato che il materiale ZG06C r13N i4M o ha una buona temprabilità. Attraverso il trattamento termico di normalizzazione + rinvenimento, il materiale può ottenere buone proprietà meccaniche; il carico di snervamento e le proprietà plastiche (allungamento) di due rinvenimenti dopo trattamento termico di normalizzazione sono molto superiori a quelli di un rinvenimento.
2) L'analisi del test dimostra che la struttura di ZG06C r13N i4M o dopo la normalizzazione è martensite e la struttura dopo il rinvenimento è martensite temprata a basso tenore di carbonio + austenite inversa. L'austenite inversa nella struttura temprata ha un'elevata stabilità termica e ha un effetto significativo sulle proprietà meccaniche, sulle proprietà di impatto e sulle proprietà del processo di fusione e saldatura del materiale. Pertanto, il materiale presenta elevata resistenza, elevata tenacità plastica, durezza adeguata, buona resistenza alle crepe e buone proprietà di fusione e saldatura dopo il trattamento termico.
3) Analizzare le ragioni del miglioramento delle prestazioni del rinvenimento secondario di ZG06C r13N i4M o. Dopo la normalizzazione, il riscaldamento e la conservazione del calore, ZG06C r13N i4M o forma austenite a grana fine dopo l'austenitizzazione, quindi si trasforma in martensite a basso tenore di carbonio dopo un rapido raffreddamento. Nel primo rinvenimento, il carbonio sovrasaturo presente nella martensite precipita sotto forma di carburi, riducendo così la resistenza del materiale e migliorandone la plasticità e la tenacità. A causa dell'elevata temperatura del primo rinvenimento, oltre alla martensite rinvenuta, il primo rinvenimento produce un'austenite inversa estremamente fine. Queste austeniti inverse vengono parzialmente trasformate in martensite durante il raffreddamento del rinvenimento, fornendo le condizioni per la nucleazione e la crescita dell'austenite inversa stabile generata nuovamente durante il processo di rinvenimento secondario. Lo scopo del rinvenimento secondario è quello di ottenere un'austenite inversa sufficientemente stabile. Queste austeniti inverse possono subire trasformazioni di fase durante la deformazione plastica, migliorando così la resistenza e la plasticità del materiale. A causa delle condizioni limitate, è impossibile osservare e analizzare l'austenite inversa, quindi questo esperimento dovrebbe prendere le proprietà meccaniche e la microstruttura come principali oggetti di ricerca per l'analisi comparativa.
3 Applicazione di produzione
ZG06C r13N i4M o è un materiale in acciaio fuso di acciaio inossidabile ad alta resistenza con prestazioni eccellenti. Quando viene eseguita la produzione effettiva delle pale, per la produzione vengono utilizzati la composizione chimica e i requisiti di controllo interno determinati dall'esperimento e il processo di trattamento termico di normalizzazione secondaria + rinvenimento. Il processo di trattamento termico è mostrato nella Figura 3. Attualmente, la produzione di 10 grandi pale idroelettriche è stata completata e le prestazioni hanno soddisfatto tutte le esigenze dell'utente. Hanno superato la nuova ispezione da parte dell'utente e hanno ricevuto una buona valutazione.
Per le caratteristiche delle pale curve complesse, delle grandi dimensioni del contorno, delle teste degli alberi spesse e della facile deformazione e fessurazione, è necessario adottare alcune misure di processo nel processo di trattamento termico:
1) La testa dell'albero è rivolta verso il basso e la lama è rivolta verso l'alto. Lo schema di caricamento del forno è adottato per facilitare la deformazione minima, come mostrato nella Figura 4;
2) Assicurarsi che vi sia uno spazio sufficientemente ampio tra i getti e tra i getti e la piastra inferiore in ferro per garantire il raffreddamento e garantire che la testa spessa dell'albero soddisfi i requisiti di rilevamento a ultrasuoni;
3) La fase di riscaldamento del pezzo viene segmentata più volte per ridurre al minimo lo stress organizzativo del pezzo fuso durante il processo di riscaldamento per evitare fessurazioni.
L'implementazione delle misure di trattamento termico di cui sopra garantisce la qualità del trattamento termico della lama.
Figura 3 Processo di trattamento termico della lama ZG06Cr13Ni4Mo
Figura 4 Schema di caricamento del forno del processo di trattamento termico della lama
4 Conclusioni
1) Sulla base del controllo interno della composizione chimica del materiale, attraverso il test del processo di trattamento termico, si determina che il processo di trattamento termico del materiale in acciaio inossidabile ZG06C r13N i4M o ad alta resistenza è un processo di trattamento termico di 1 010℃ normalizzazione + 605℃ rinvenimento primario + 580℃ rinvenimento secondario, che può garantire che le proprietà meccaniche, le proprietà di impatto a bassa temperatura e le proprietà di piegatura a freddo del materiale di fusione soddisfino i requisiti standard.
2) Il materiale ZG06C r13N i4M o ha una buona temprabilità. La struttura dopo la normalizzazione + doppio trattamento termico di rinvenimento è una martensite a basso contenuto di carbonio + austenite inversa con buone prestazioni, che ha elevata resistenza, elevata tenacità plastica, durezza adeguata, buona resistenza alle crepe e buone prestazioni di fusione e saldatura.
3) Lo schema di trattamento termico di normalizzazione + doppio rinvenimento determinato dall'esperimento viene applicato al processo di trattamento termico di produzione di lame di grandi dimensioni e tutte le proprietà del materiale soddisfano i requisiti standard dell'utente.
Orario di pubblicazione: 28 giugno 2024
