Resumen: Se estudió la influencia de diferentes procesos de tratamiento térmico en el rendimiento del material ZG06Cr13Ni4Mo. La prueba muestra que después del tratamiento térmico a 1010 ℃ de normalización + 605 ℃ de templado primario + 580 ℃ de templado secundario, el material alcanza el mejor índice de rendimiento. Su estructura es martensita baja en carbono + austenita de transformación inversa, con alta resistencia, tenacidad a baja temperatura y dureza adecuada. Cumple con los requisitos de rendimiento del producto en la aplicación de producción de tratamiento térmico de fundición de palas grandes.
Palabras clave: ZG06Cr13NI4Mo; acero inoxidable martensítico; cuchilla
Las palas grandes son piezas clave en las turbinas hidroeléctricas. Las condiciones de servicio de las piezas son relativamente duras y están sujetas al impacto, desgaste y erosión del flujo de agua a alta presión durante mucho tiempo. El material se selecciona de acero inoxidable martensítico ZG06Cr13Ni4Mo con buenas propiedades mecánicas integrales y resistencia a la corrosión. Con el desarrollo de la energía hidroeléctrica y las fundiciones relacionadas a gran escala, se plantean requisitos más altos para el rendimiento de materiales de acero inoxidable como ZG06Cr13Ni4Mo. Con este fin, combinado con la prueba de producción de ZG06C r13N i4M o palas grandes de una empresa nacional de equipos hidroeléctricos, a través del control interno de la composición química del material, la prueba de comparación del proceso de tratamiento térmico y el análisis de los resultados de la prueba, el calor optimizado de normalización simple + doble templado Se determinó que el proceso de tratamiento del material de acero inoxidable ZG06C r13N i4M o ZG06C r13N i4M produce piezas fundidas que cumplen con requisitos de alto rendimiento.
1 Control interno de la composición química.
El material ZG06C r13N i4M o es acero inoxidable martensítico de alta resistencia, que debe tener altas propiedades mecánicas y buena tenacidad al impacto a baja temperatura. Para mejorar el rendimiento del material, se controló internamente la composición química, requiriendo w (C) ≤ 0,04%, w (P) ≤ 0,025%, w (S) ≤ 0,08% y se controló el contenido de gas. La Tabla 1 muestra el rango de composición química del control interno del material y los resultados del análisis de la composición química de la muestra, y la Tabla 2 muestra los requisitos de control interno del contenido de gas del material y los resultados del análisis del contenido de gas de la muestra.
Tabla 1 Composición química (fracción de masa,%)
| elemento | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| requisito estándar | ≤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 interno de ingredientes | ≤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 |
| Analizar los resultados | 0.023 | 1.0 | 0,57 | 0.013 | 0.005 | 4.61 | 13.0 | 0,56 | 0,02 | 0.035 |
Tabla 2 Contenido de gas (ppm)
| gas | H | O | N |
| Requisitos de control interno | ≤2,5 | ≤80 | ≤150 |
| Analizar los resultados | 1,69 | 68,6 | 119.3 |
El material ZG06C r13N i4M o se fundió en un horno eléctrico de 30 t, se refinó en un horno LF de 25 T para aleación, ajuste de composición y temperatura, y se decarburó y desgasificó en un horno VOD de 25 T, obteniendo así acero fundido con carbono ultrabajo. composición uniforme, alta pureza y bajo contenido de gases nocivos. Finalmente, se utilizó alambre de aluminio para la desoxidación final para reducir el contenido de oxígeno en el acero fundido y refinar aún más los granos.
2 Prueba del proceso de tratamiento térmico
2.1 Plan de prueba
El cuerpo de fundición se utilizó como cuerpo de prueba, el tamaño del bloque de prueba fue de 70 mm × 70 mm × 230 mm y el tratamiento térmico preliminar fue un recocido suavizante. Después de consultar la literatura, los parámetros del proceso de tratamiento térmico seleccionados fueron: temperatura de normalización 1 010 ℃, temperaturas de templado primario 590 ℃, 605 ℃, 620 ℃, temperatura de templado secundario 580 ℃ y se utilizaron diferentes procesos de templado para pruebas comparativas. El plan de prueba se muestra en la Tabla 3.
Tabla 3 Plan de prueba de tratamiento térmico
| plan de prueba | Proceso de prueba de tratamiento térmico. | Proyectos piloto |
| A1 | 1 010 ℃ Normalización + 620 ℃ Templado | Propiedades de tracción Resistencia al impacto Dureza HB Propiedades de flexión Microestructura |
| A2 | 1 010℃Normalización+620℃Templado+580℃Templado | |
| B1 | 1 010 ℃ Normalización + 620 ℃ Templado | |
| B2 | 1 010℃Normalización+620℃Templado+580℃Templado | |
| C1 | 1 010 ℃ Normalización + 620 ℃ Templado | |
| C2 | 1 010℃Normalización+620℃Templado+580℃Templado |
2.2 Análisis de los resultados de las pruebas.
2.2.1 Análisis de composición química
A partir de los resultados del análisis de la composición química y el contenido de gas en la Tabla 1 y la Tabla 2, los elementos principales y el contenido de gas están en línea con el rango de control de composición optimizado.
2.2.2 Análisis de los resultados de las pruebas de rendimiento
Después del tratamiento térmico según diferentes esquemas de prueba, se llevaron a cabo pruebas de comparación de propiedades mecánicas de acuerdo con las normas GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 y GB/T231.1-2009. Los resultados experimentales se muestran en la Tabla 4 y la Tabla 5.
Tabla 4 Análisis de propiedades mecánicas de diferentes esquemas de procesos de tratamiento térmico.
| plan de prueba | Rp0,2/MPa | Habitación/Mpa | A/% | Z/％ | AKV/J(0℃） | Valor de dureza HBW |
| estándar | ≥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 |
Tabla 5 Prueba de flexión
| plan de prueba | Prueba de flexión (d=25, a=90°) | evaluación |
| B1 | Grieta5.2×1.2mm | Falla |
| B2 | Sin grietas | calificado |
A partir de la comparación y análisis de las propiedades mecánicas: (1) Tratamiento térmico de normalización + templado, el material puede obtener mejores propiedades mecánicas, lo que indica que el material tiene buena templabilidad. (2) Después del tratamiento térmico de normalización, el límite elástico y la plasticidad (alargamiento) del revenido doble mejoran en comparación con el revenido simple. (3) A partir de la inspección y el análisis del rendimiento de flexión, el rendimiento de flexión del proceso de prueba de normalización B1 + templado simple no está calificado, y el rendimiento de la prueba de flexión del proceso de prueba B2 después del templado doble está calificado. (4) A partir de la comparación de los resultados de las pruebas de 6 temperaturas de templado diferentes, el esquema de proceso B2 de 1010 ℃ de normalización + 605 ℃ de templado simple + 580 ℃ de templado secundario tiene las mejores propiedades mecánicas, con un límite elástico de 687 MPa, un alargamiento del 23%, una tenacidad al impacto de más de 160J a 0 ℃, una dureza moderada de 268 HB y un rendimiento de flexión calificado, todos cumpliendo con los requisitos de rendimiento del material.
2.2.3 Análisis de estructura metalográfica
La estructura metalográfica de los procesos de prueba de los materiales B1 y B2 se analizó según el estándar GB/T13298-1991. La Figura 1 muestra la estructura metalográfica de normalización + primer templado a 605 ℃, y la Figura 2 muestra la estructura metalográfica de normalización + primer templado + segundo templado. A partir de la inspección y análisis metalográficos, la estructura principal de ZG06C r13N i4M o después del tratamiento térmico es martensita de listón con bajo contenido de carbono + austenita invertida. A partir del análisis de la estructura metalográfica, los haces de listones de martensita del material después del primer templado son más gruesos y largos. Después del segundo templado, la estructura de la matriz cambia ligeramente, la estructura de martensita también se refina ligeramente y la estructura es más uniforme; en términos de rendimiento, el límite elástico y la plasticidad mejoran hasta cierto punto.
Figura 1 Microestructura de normalización ZG06Cr13Ni4Mo + una de templado
Figura 2 Estructura metalográfica normalizada + templado dos veces ZG06Cr13Ni4Mo
2.2.4 Análisis de los resultados de las pruebas.
1) La prueba confirmó que el material ZG06C r13N i4M o tiene buena templabilidad. Mediante el tratamiento térmico de normalización + templado, el material puede obtener buenas propiedades mecánicas; el límite elástico y las propiedades plásticas (alargamiento) de dos revenidos después del tratamiento térmico de normalización son mucho más altos que los de un revenido.
2) El análisis de prueba demuestra que la estructura de ZG06C r13N i4M o después de la normalización es martensita, y la estructura después del templado es martensita templada con listones con bajo contenido de carbono + austenita invertida. La austenita invertida en la estructura templada tiene una alta estabilidad térmica y tiene un efecto significativo sobre las propiedades mecánicas, las propiedades de impacto y las propiedades del proceso de fundición y soldadura del material. Por lo tanto, el material tiene alta resistencia, alta tenacidad plástica, dureza adecuada, buena resistencia al agrietamiento y buenas propiedades de fundición y soldadura después del tratamiento térmico.
3) Analizar las razones de la mejora del rendimiento del templado secundario de ZG06C r13N i4M o. Después de la normalización, el calentamiento y la conservación del calor, ZG06C r13N i4M o forma austenita de grano fino después de la austenitización y luego se transforma en martensita con bajo contenido de carbono después de un enfriamiento rápido. En el primer revenido, el carbono sobresaturado de la martensita precipita en forma de carburos, reduciendo así la resistencia del material y mejorando la plasticidad y tenacidad del material. Debido a la alta temperatura del primer revenido, el primer revenido produce, además de la martensita revenida, una austenita inversa extremadamente fina. Estas austenitas inversas se transforman parcialmente en martensita durante el enfriamiento del templado, proporcionando las condiciones para la nucleación y el crecimiento de austenita inversa estable generada nuevamente durante el proceso de templado secundario. El propósito del revenido secundario es obtener suficiente austenita inversa estable. Estas austenitas inversas pueden sufrir una transformación de fase durante la deformación plástica, mejorando así la resistencia y plasticidad del material. Debido a condiciones limitadas, es imposible observar y analizar la austenita inversa, por lo que este experimento debe tomar las propiedades mecánicas y la microestructura como principales objetos de investigación para el análisis comparativo.
3 Aplicación de producción
ZG06C r13N i4M o es un material de acero fundido de acero inoxidable de alta resistencia con excelente rendimiento. Cuando se lleva a cabo la producción real de palas, se utilizan para la producción la composición química y los requisitos de control interno determinados por el experimento, y el proceso de tratamiento térmico de normalización secundaria + templado. El proceso de tratamiento térmico se muestra en la Figura 3. En la actualidad, se ha completado la producción de 10 grandes palas hidroeléctricas y el rendimiento ha cumplido con los requisitos del usuario. Han pasado la nueva inspección del usuario y han recibido una buena evaluación.
Para las características de hojas curvas complejas, grandes dimensiones de contorno, cabezas de eje gruesas y fácil deformación y agrietamiento, se deben tomar algunas medidas en el proceso de tratamiento térmico:
1) La cabeza del eje está hacia abajo y la hoja hacia arriba. El esquema de carga del horno se adopta para facilitar una deformación mínima, como se muestra en la Figura 4;
2) Asegúrese de que haya un espacio lo suficientemente grande entre las piezas fundidas y entre las piezas fundidas y la placa inferior de hierro de la almohadilla para garantizar el enfriamiento, y asegúrese de que la cabeza gruesa del eje cumpla con los requisitos de detección ultrasónica;
3) La etapa de calentamiento de la pieza de trabajo se segmenta varias veces para minimizar la tensión organizativa de la pieza fundida durante el proceso de calentamiento para evitar grietas.
La implementación de las medidas de tratamiento térmico anteriores garantiza la calidad del tratamiento térmico de la pala.
Figura 3 Proceso de tratamiento térmico de la pala ZG06Cr13Ni4Mo
Figura 4 Esquema de carga del horno de proceso de tratamiento térmico de palas
4 conclusiones
1) Con base en el control interno de la composición química del material, mediante la prueba del proceso de tratamiento térmico, se determina que el proceso de tratamiento térmico del material de acero inoxidable ZG06C r13N i4M de alta resistencia es un proceso de tratamiento térmico de 1 010 ℃ normalización + 605 ℃ templado primario + 580 ℃ templado secundario, lo que puede garantizar que las propiedades mecánicas, las propiedades de impacto a baja temperatura y las propiedades de flexión en frío del material de fundición cumplan con los requisitos estándar.
2) El material ZG06C r13N i4M o tiene buena templabilidad. La estructura después del tratamiento térmico de normalización + templado dos veces es una martensita de listón con bajo contenido de carbono + austenita inversa con buen rendimiento, que tiene alta resistencia, alta tenacidad plástica, dureza adecuada, buena resistencia al agrietamiento y buen rendimiento de fundición y soldadura.
3) El esquema de tratamiento térmico de normalización + templado doble determinado por el experimento se aplica al proceso de tratamiento térmico de producción de palas grandes, y todas las propiedades del material cumplen con los requisitos estándar del usuario.
Hora de publicación: 28 de junio de 2024
