Abstrak: Pengaruh proses rawatan haba yang berbeza terhadap prestasi bahan ZG06Cr13Ni4Mo telah dikaji. Ujian menunjukkan bahawa selepas rawatan haba pada 1 010 ℃ normalisasi + 605 ℃ pembajaan primer + 580 ℃ pembajaan sekunder, bahan mencapai indeks prestasi terbaik. Strukturnya ialah martensit karbon rendah + austenit transformasi terbalik, dengan kekuatan tinggi, keliatan suhu rendah dan kekerasan yang sesuai. Ia memenuhi keperluan prestasi produk dalam penggunaan pengeluaran rawatan haba pemutus bilah besar.
Kata kunci: ZG06Cr13NI4Mo; keluli tahan karat martensit; bilah
Bilah besar adalah bahagian penting dalam turbin kuasa hidro. Keadaan perkhidmatan bahagian adalah agak keras, dan ia tertakluk kepada kesan aliran air tekanan tinggi, haus dan hakisan untuk masa yang lama. Bahan ini dipilih daripada keluli tahan karat martensit ZG06Cr13Ni4Mo dengan sifat mekanikal komprehensif yang baik dan rintangan kakisan. Dengan pembangunan kuasa hidro dan tuangan berkaitan ke arah skala besar, keperluan yang lebih tinggi dikemukakan untuk prestasi bahan keluli tahan karat seperti ZG06Cr13Ni4Mo. Untuk tujuan ini, digabungkan dengan percubaan pengeluaran ZG06C r13N i4M o bilah besar perusahaan peralatan kuasa hidro domestik, melalui kawalan dalaman komposisi kimia bahan, ujian perbandingan proses rawatan haba dan analisis keputusan ujian, normalisasi tunggal yang dioptimumkan + haba pembajaan berganda proses rawatan bahan keluli tahan karat ZG06C r13N i4M o telah ditentukan untuk menghasilkan tuangan yang memenuhi keperluan prestasi tinggi.
1 Kawalan dalaman komposisi kimia
Bahan ZG06C r13N i4M o ialah keluli tahan karat martensit berkekuatan tinggi, yang diperlukan untuk mempunyai sifat mekanikal yang tinggi dan keliatan impak suhu rendah yang baik. Untuk meningkatkan prestasi bahan, komposisi kimia dikawal secara dalaman, memerlukan w (C) ≤ 0.04%, w (P) ≤ 0.025%, w (S) ≤ 0.08%, dan kandungan gas dikawal. Jadual 1 menunjukkan julat komposisi kimia kawalan dalaman bahan dan keputusan analisis komposisi kimia sampel, dan Jadual 2 menunjukkan keperluan kawalan dalaman kandungan gas bahan dan keputusan analisis kandungan gas sampel.
Jadual 1 Komposisi kimia (pecahan jisim, %)
| unsur | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| keperluan 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 |
|
| Bahan Kawalan Dalaman | ≤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 |
| Menganalisis keputusan | 0.023 | 1.0 | 0.57 | 0.013 | 0.005 | 4.61 | 13.0 | 0.56 | 0.02 | 0.035 |
Jadual 2 Kandungan gas (ppm)
| gas | H | O | N |
| Keperluan kawalan dalaman | ≤2.5 | ≤80 | ≤150 |
| Menganalisis keputusan | 1.69 | 68.6 | 119.3 |
Bahan ZG06C r13N i4M o telah dilebur dalam relau elektrik 30 t, ditapis dalam relau 25T LF untuk mengaloi, melaraskan komposisi dan suhu, dan dinyahkarburkan dan dinyahgas dalam relau 25T VOD, dengan itu memperoleh keluli cair dengan karbon ultra rendah, komposisi seragam, ketulenan tinggi, dan kandungan gas berbahaya yang rendah. Akhirnya, dawai aluminium digunakan untuk penyahoksidaan akhir untuk mengurangkan kandungan oksigen dalam keluli cair dan menapis lagi butiran.
2 Ujian proses rawatan haba
2.1 Pelan ujian
Badan tuangan digunakan sebagai badan ujian, saiz blok ujian ialah 70mm × 70mm × 230mm, dan rawatan haba awal adalah penyepuhlindapan pelembut. Selepas berunding dengan literatur, parameter proses rawatan haba yang dipilih ialah: suhu normalisasi 1 010 ℃, suhu pembajaan utama 590 ℃, 605 ℃, 620 ℃, suhu pembajaan sekunder 580 ℃, dan proses pembajaan yang berbeza digunakan untuk ujian perbandingan. Pelan ujian ditunjukkan dalam Jadual 3.
Jadual 3 Pelan ujian rawatan haba
| Pelan percubaan | Proses ujian rawatan haba | Projek perintis |
| A1 | 1 010 ℃ Menormalkan + 620 ℃ Pembajaan | Sifat tegangan Keliatan kesan Kekerasan HB Sifat lentur Mikrostruktur |
| A2 | 1 010 ℃ Menormalkan + 620 ℃ Pembajaan + 580 ℃ Pembajaan | |
| B1 | 1 010 ℃ Menormalkan + 620 ℃ Pembajaan | |
| B2 | 1 010 ℃ Menormalkan + 620 ℃ Pembajaan + 580 ℃ Pembajaan | |
| C1 | 1 010 ℃ Menormalkan + 620 ℃ Pembajaan | |
| C2 | 1 010 ℃ Menormalkan + 620 ℃ Pembajaan + 580 ℃ Pembajaan |
2.2 Analisis keputusan ujian
2.2.1 Analisis komposisi kimia
Daripada keputusan analisis komposisi kimia dan kandungan gas dalam Jadual 1 dan Jadual 2, unsur utama dan kandungan gas adalah selaras dengan julat kawalan komposisi yang dioptimumkan.
2.2.2 Analisis keputusan ujian prestasi
Selepas rawatan haba mengikut skema ujian yang berbeza, ujian perbandingan sifat mekanikal telah dijalankan mengikut piawaian GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 dan GB/T231.1-2009. Keputusan eksperimen ditunjukkan dalam Jadual 4 dan Jadual 5.
Jadual 4 Analisis sifat mekanikal bagi skim proses rawatan haba yang berbeza
| Pelan percubaan | Rp0.2/Mpa | Rm/Mpa | A/％ | Z/％ | AKV/J(0℃） | Nilai kekerasan 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 |
Jadual 5 Ujian lenturan
| Pelan percubaan | Ujian lentur（d=25，a=90°） | penilaian |
| B1 | Retak5.2×1.2mm | Kegagalan |
| B2 | Tiada retak | berkelayakan |
Daripada perbandingan dan analisis sifat mekanikal: (1) Menormalkan + rawatan haba pembajaan, bahan boleh memperoleh sifat mekanikal yang lebih baik, menunjukkan bahawa bahan mempunyai kebolehkerasan yang baik. (2) Selepas menormalkan rawatan haba, kekuatan hasil dan keplastikan (pemanjangan) pembajaan berganda bertambah baik berbanding dengan pembajaan tunggal. (3) Daripada pemeriksaan dan analisis prestasi lenturan, prestasi lenturan B1 normalizing + proses ujian pembajaan tunggal adalah tidak layak, dan prestasi ujian lenturan proses ujian B2 selepas pembajaan dua kali adalah layak. (4) Daripada perbandingan keputusan ujian 6 suhu pembajaan yang berbeza, skema proses B2 1 010 ℃ normalisasi + 605 ℃ pembajaan tunggal + 580 ℃ pembajaan sekunder mempunyai sifat mekanikal terbaik, dengan kekuatan hasil 687MPa, pemanjangan sebanyak 23%, keliatan impak lebih daripada 160J pada 0℃, kekerasan sederhana 268HB, dan prestasi lenturan yang layak, semuanya memenuhi keperluan prestasi bahan.
2.2.3 Analisis struktur metalografik
Struktur metalografi proses ujian bahan B1 dan B2 dianalisis mengikut piawaian GB/T13298-1991. Rajah 1 menunjukkan struktur metalografik menormalkan + 605℃ pembajaan pertama, dan Rajah 2 menunjukkan struktur metalografik menormalkan + pembajaan pertama + pembajaan kedua. Daripada pemeriksaan dan analisis metalografik, struktur utama ZG06C r13N i4M o selepas rawatan haba ialah martensit lath karbon rendah + austenit terbalik. Daripada analisis struktur metalografik, berkas martensit lath bahan selepas pembajaan pertama adalah lebih tebal dan lebih lama. Selepas pembajaan kedua, struktur matriks berubah sedikit, struktur martensit juga sedikit halus, dan strukturnya lebih seragam; dari segi prestasi, kekuatan hasil dan keplastikan ditingkatkan pada tahap tertentu.
Rajah 1 ZG06Cr13Ni4Mo menormalkan + satu struktur mikro pembajaan
Rajah 2 ZG06Cr13Ni4Mo menormalkan + dua kali membaja struktur metalografi
2.2.4 Analisis keputusan ujian
1) Ujian mengesahkan bahawa bahan ZG06C r13N i4M o mempunyai kebolehkerasan yang baik. Melalui rawatan haba normalisasi + pembajaan, bahan boleh memperoleh sifat mekanikal yang baik; kekuatan hasil dan sifat plastik (pemanjangan) dua pembajaan selepas menormalkan rawatan haba adalah lebih tinggi daripada satu pembajaan.
2) Analisis ujian membuktikan bahawa struktur ZG06C r13N i4M o selepas menormalkan adalah martensit, dan struktur selepas pembajaan adalah martensit terbaja lath karbon rendah + austenit terbalik. Austenit terbalik dalam struktur terbaja mempunyai kestabilan haba yang tinggi dan mempunyai kesan ketara ke atas sifat mekanikal, sifat hentaman dan sifat proses tuangan dan kimpalan bahan. Oleh itu, bahan tersebut mempunyai kekuatan tinggi, keliatan plastik yang tinggi, kekerasan yang sesuai, rintangan retak yang baik dan sifat pemutus dan kimpalan yang baik selepas rawatan haba.
3) Menganalisis sebab penambahbaikan prestasi pembajaan sekunder ZG06C r13N i4M o. Selepas menormalkan, pemanasan dan pemeliharaan haba, ZG06C r13N i4M o membentuk austenit berbutir halus selepas austenitisasi, dan kemudian berubah menjadi martensit karbon rendah selepas penyejukan pantas. Dalam pembajaan pertama, karbon supertepu dalam martensit mendakan dalam bentuk karbida, dengan itu mengurangkan kekuatan bahan dan meningkatkan keplastikan dan keliatan bahan. Disebabkan oleh suhu tinggi pembajaan pertama, pembajaan pertama menghasilkan austenit terbalik yang sangat halus sebagai tambahan kepada martensit terbaja. Austenit songsang ini sebahagiannya diubah menjadi martensit semasa penyejukan pembajaan, menyediakan keadaan untuk nukleasi dan pertumbuhan austenit songsang stabil yang dijana semula semasa proses pembajaan sekunder. Tujuan pembajaan sekunder adalah untuk mendapatkan austenit songsang yang cukup stabil. Austenit terbalik ini boleh mengalami perubahan fasa semasa ubah bentuk plastik, dengan itu meningkatkan kekuatan dan keplastikan bahan. Oleh kerana keadaan terhad, adalah mustahil untuk memerhati dan menganalisis austenit terbalik, jadi eksperimen ini harus mengambil sifat mekanikal dan mikrostruktur sebagai objek penyelidikan utama untuk analisis perbandingan.
3 Aplikasi Pengeluaran
ZG06C r13N i4M o ialah bahan keluli tuang keluli tahan karat berkekuatan tinggi dengan prestasi cemerlang. Apabila pengeluaran sebenar bilah dijalankan, komposisi kimia dan keperluan kawalan dalaman ditentukan oleh eksperimen, dan proses rawatan haba penormalan sekunder + pembajaan digunakan untuk pengeluaran. Proses rawatan haba ditunjukkan dalam Rajah 3. Pada masa ini, pengeluaran 10 bilah kuasa hidro besar telah selesai, dan prestasi semuanya telah memenuhi keperluan pengguna. Mereka telah lulus pemeriksaan semula pengguna dan telah menerima penilaian yang baik.
Untuk ciri-ciri bilah melengkung yang kompleks, dimensi kontur yang besar, kepala aci tebal, dan ubah bentuk dan retak yang mudah, beberapa langkah proses perlu diambil dalam proses rawatan haba:
1) Kepala aci ke bawah dan bilah ke atas. Skim pemuatan relau diguna pakai untuk memudahkan ubah bentuk minimum, seperti ditunjukkan dalam Rajah 4;
2) Pastikan terdapat jurang yang cukup besar antara tuangan dan antara tuangan dan plat bawah besi pad untuk memastikan penyejukan, dan pastikan kepala aci tebal memenuhi keperluan pengesanan ultrasonik;
3) Peringkat pemanasan bahan kerja dibahagikan beberapa kali untuk meminimumkan tekanan organisasi tuangan semasa proses pemanasan untuk mengelakkan keretakan.
Pelaksanaan langkah rawatan haba di atas memastikan kualiti rawatan haba bilah.
Rajah 3 Proses rawatan haba bilah ZG06Cr13Ni4Mo
Rajah 4 Skim pemuatan relau proses rawatan haba bilah
4 Kesimpulan
1) Berdasarkan kawalan dalaman komposisi kimia bahan, melalui ujian proses rawatan haba, ditentukan bahawa proses rawatan haba ZG06C r13N i4M o bahan keluli tahan karat berkekuatan tinggi adalah proses rawatan haba sebanyak 1 010 ℃ menormalkan + 605 ℃ pembajaan primer + 580 ℃ pembajaan sekunder, yang boleh memastikan bahawa sifat mekanikal, sifat impak suhu rendah dan sifat lenturan sejuk bahan tuangan memenuhi keperluan standard.
2) Bahan ZG06C r13N i4M o mempunyai kebolehkerasan yang baik. Struktur selepas menormalkan + rawatan haba pembajaan dua kali ialah martensit lath karbon rendah + austenit terbalik dengan prestasi yang baik, yang mempunyai kekuatan tinggi, keliatan plastik yang tinggi, kekerasan yang sesuai, rintangan retak yang baik dan prestasi tuangan dan kimpalan yang baik.
3) Skim rawatan haba menormalkan + dua kali pembajaan yang ditentukan oleh eksperimen digunakan pada pengeluaran proses rawatan haba bilah besar, dan sifat bahan semuanya memenuhi keperluan standard pengguna.
Masa siaran: Jun-28-2024
