ملخص: تمت دراسة تأثير عمليات المعالجة الحرارية المختلفة على أداء المادة ZG06Cr13Ni4Mo. يوضح الاختبار أنه بعد المعالجة الحرارية عند 1010 درجة مئوية للتطبيع + درجة حرارة أولية 605 درجة مئوية + درجة حرارة ثانوية 580 درجة مئوية، تصل المادة إلى أفضل مؤشر أداء. هيكلها هو مارتنسيت منخفض الكربون + أوستينيت التحول العكسي، مع قوة عالية، وصلابة درجات الحرارة المنخفضة وصلابة مناسبة. إنه يلبي متطلبات أداء المنتج في تطبيق إنتاج المعالجة الحرارية لصب الشفرة الكبيرة.
الكلمات الرئيسية: ZG06Cr13NI4Mo؛ الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي؛ شفرة
الشفرات الكبيرة هي الأجزاء الرئيسية في توربينات الطاقة الكهرومائية. ظروف الخدمة للأجزاء قاسية نسبيًا، وتتعرض لتأثير تدفق المياه عالي الضغط والتآكل والتآكل لفترة طويلة. يتم اختيار المادة من الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي ZG06Cr13Ni4Mo مع خصائص ميكانيكية شاملة جيدة ومقاومة للتآكل. مع تطور الطاقة الكهرومائية والمسبوكات ذات الصلة على نطاق واسع، تم طرح متطلبات أعلى لأداء مواد الفولاذ المقاوم للصدأ مثل ZG06Cr13Ni4Mo. تحقيقًا لهذه الغاية، جنبًا إلى جنب مع تجربة إنتاج الشفرات الكبيرة ZG06C r13N i4M o لمؤسسة معدات الطاقة الكهرومائية المحلية، من خلال التحكم الداخلي في التركيب الكيميائي للمادة واختبار مقارنة عملية المعالجة الحرارية وتحليل نتائج الاختبار، التطبيع الفردي الأمثل + حرارة التقسية المزدوجة تم تحديد عملية معالجة مادة الفولاذ المقاوم للصدأ ZG06C r13N i4M o لإنتاج مصبوبات تلبي متطلبات الأداء العالي.
1 الرقابة الداخلية على التركيب الكيميائي
مادة ZG06C r13N i4M o عبارة عن فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتي عالي القوة، وهو مطلوب للحصول على خصائص ميكانيكية عالية وصلابة جيدة عند التعرض لدرجات الحرارة المنخفضة. من أجل تحسين أداء المادة، تم التحكم في التركيب الكيميائي داخليًا، حيث يتطلب w (C) ≥ 0.04%، w (P) ≥ 0.025%، w (S) ≥ 0.08%، وتم التحكم في محتوى الغاز. ويبين الجدول 1 نطاق التركيب الكيميائي للرقابة الداخلية للمادة ونتائج تحليل التركيب الكيميائي للعينة، ويبين الجدول 2 متطلبات الرقابة الداخلية لمحتوى غاز المادة ونتائج تحليل محتوى غاز العينة.
الجدول 1: التركيب الكيميائي (الجزء الكتلي، %)
| عنصر | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| المتطلبات القياسية | .0.06 | .01.0 | .80.80 | .035.035 | .00.025 | 3.5-5.0 | 11.5-13.5 | 0.4-1.0 | .50.5 |
|
| مكونات الرقابة الداخلية | .0.04 | 0.6-0.9 | 1.4-0.7 | .00.025 | .00.008 | 4.0-5.0 | 12.0-13.0 | 0.5-0.7 | .50.5 | .00.040 |
| تحليل النتائج | 0.023 | 1.0 | 0.57 | 0.013 | 0.005 | 4.61 | 13.0 | 0.56 | 0.02 | 0.035 |
الجدول 2 محتوى الغاز (جزء في المليون)
| غاز | H | O | N |
| متطلبات الرقابة الداخلية | .52.5 | ≥80 | ≥150 |
| تحليل النتائج | 1.69 | 68.6 | 119.3 |
تم صهر مادة ZG06C r13N i4M o في فرن كهربائي 30 طن، وتم تكريرها في فرن 25T LF لصناعة السبائك، وضبط التركيب ودرجة الحرارة، وإزالة الكربنة وتفريغ الغاز في فرن 25T VOD، وبالتالي الحصول على الفولاذ المنصهر مع كربون منخفض للغاية، تكوين موحد، درجة نقاء عالية، ومحتوى غاز ضار منخفض. وأخيرًا، تم استخدام أسلاك الألمنيوم لإزالة الأكسدة النهائية لتقليل محتوى الأكسجين في الفولاذ المنصهر وزيادة صقل الحبوب.
2 اختبار عملية المعالجة الحرارية
2.1 خطة الاختبار
تم استخدام جسم الصب كجسم اختبار، وكان حجم كتلة الاختبار 70 مم × 70 مم × 230 مم، والمعالجة الحرارية الأولية كانت تلدين وتليين. بعد الرجوع إلى الأدبيات، كانت معلمات عملية المعالجة الحرارية المختارة هي: درجة الحرارة الطبيعية 1010 درجة مئوية، ودرجات حرارة التقسية الأولية 590 درجة مئوية، و605 درجة مئوية، و620 درجة مئوية، ودرجة حرارة التقسية الثانوية 580 درجة مئوية، وعمليات تقسية مختلفة تم استخدامها للاختبارات المقارنة. تظهر خطة الاختبار في الجدول 3.
الجدول 3: خطة اختبار المعالجة الحرارية
| خطة المحاكمة | عملية اختبار المعالجة الحرارية | مشاريع تجريبية |
| A1 | 1 010 درجة مئوية التطبيع + 620 درجة مئوية التقسية | خصائص الشد، صلابة التأثير، الصلابة، HB، خصائص الانحناء، البنية المجهرية |
| A2 | 1 010 درجة مئوية التطبيع + 620 درجة مئوية التقسية + 580 درجة مئوية التقسية | |
| B1 | 1 010 درجة مئوية التطبيع + 620 درجة مئوية التقسية | |
| B2 | 1 010 درجة مئوية التطبيع + 620 درجة مئوية التقسية + 580 درجة مئوية التقسية | |
| C1 | 1 010 درجة مئوية التطبيع + 620 درجة مئوية التقسية | |
| C2 | 1 010 درجة مئوية التطبيع + 620 درجة مئوية التقسية + 580 درجة مئوية التقسية |
2.2 تحليل نتائج الاختبار
2.2.1 تحليل التركيب الكيميائي
من نتائج تحليل التركيب الكيميائي ومحتوى الغاز في الجدول 1 والجدول 2، تتوافق العناصر الرئيسية ومحتوى الغاز مع نطاق التحكم في التركيب الأمثل.
2.2.2 تحليل نتائج اختبار الأداء
بعد المعالجة الحرارية وفقًا لمخططات اختبار مختلفة، تم إجراء اختبارات مقارنة الخواص الميكانيكية وفقًا لمعايير GB/T228.1-2010، GB/T229-2007، وGB/T231.1-2009. وتظهر النتائج التجريبية في الجدول 4 والجدول 5.
الجدول 4: تحليل الخواص الميكانيكية لمخططات عملية المعالجة الحرارية المختلفة
| خطة المحاكمة | Rp0.2/ميغاباسكال | جمهورية مقدونيا / ميجاباسكال | أ/％ | ض/％ | AKV/ي (0 درجة مئوية) | قيمة الصلابة اتش بي دبليو |
| معيار | ≥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 |
الجدول 5: اختبار الانحناء
| خطة المحاكمة | اختبار الانحناء (د = 25، أ = 90 درجة) | تقدير |
| B1 | الكراك 5.2 × 1.2 ملم | فشل |
| B2 | لا الشقوق | مؤهَل |
من مقارنة وتحليل الخواص الميكانيكية: (1) التطبيع + المعالجة الحرارية بالتلطيف، يمكن للمادة الحصول على خواص ميكانيكية أفضل، مما يشير إلى أن المادة تتمتع بصلابة جيدة. (2) بعد تطبيع المعالجة الحرارية، يتم تحسين قوة الخضوع واللدونة (الاستطالة) للتلطيف المزدوج مقارنة بالتلطيف الفردي. (3) من فحص وتحليل أداء الانحناء، فإن أداء الانحناء لعملية التطبيع B1 + اختبار التقسية المفردة غير مؤهل، وأداء اختبار الانحناء لعملية اختبار B2 بعد التقسية المزدوجة مؤهل. (4) من مقارنة نتائج الاختبار لـ 6 درجات حرارة تقسية مختلفة، فإن مخطط المعالجة B2 المتمثل في التطبيع 1010 درجة مئوية + التقسية المفردة 605 درجة مئوية + التقسية الثانوية 580 درجة مئوية يتمتع بأفضل الخواص الميكانيكية، مع قوة إنتاج تبلغ 687 ميجا باسكال، واستطالة 23%، وصلابة تأثير تزيد عن 160J عند 0 درجة مئوية، وصلابة معتدلة 268HB، وأداء ثني مؤهل، كل ذلك يلبي متطلبات أداء المادة.
2.2.3 تحليل التركيب المعدني
تم تحليل البنية المعدنية لعمليات اختبار المواد B1 وB2 وفقًا لمعيار GB/T13298-1991. يوضح الشكل 1 البنية المعدنية للتطبيع + التقسية الأولى + 605 درجة مئوية، ويبين الشكل 2 البنية المعدنية للتطبيع + التقسية الأولى + التقسية الثانية. من الفحص والتحليل المعدني، فإن الهيكل الرئيسي لـ ZG06C r13N i4M o بعد المعالجة الحرارية هو مارتنسيت منخفض الكربون + الأوستينيت المعكوس. من تحليل البنية المعدنية، تكون حزم مارتنزيت اللوح من المادة بعد التقسية الأولى أكثر سمكًا وأطول. بعد التقسية الثانية، يتغير هيكل المصفوفة قليلاً، كما يتم تحسين هيكل المارتنسيت قليلاً، ويكون الهيكل أكثر تجانساً؛ من حيث الأداء، تم تحسين قوة الخضوع واللدونة إلى حد ما.
الشكل 1: تطبيع ZG06Cr13Ni4Mo + بنية مجهرية واحدة
الشكل 2: تطبيع ZG06Cr13Ni4Mo + الهيكل المعدني مرتين
2.2.4 تحليل نتائج الاختبار
1) أكد الاختبار أن مادة ZG06C r13N i4M o تتمتع بصلابة جيدة. من خلال التطبيع + المعالجة الحرارية، يمكن للمادة الحصول على خصائص ميكانيكية جيدة؛ إن قوة الخضوع وخصائص البلاستيك (الاستطالة) لدرجتين من التقسية بعد المعالجة الحرارية الطبيعية أعلى بكثير من تلك الخاصة بإحدى درجات التقسية.
2) أثبت تحليل الاختبار أن هيكل ZG06C r13N i4M o بعد التطبيع هو مارتنسيت، والهيكل بعد التقسية هو مارتنسيت مقسى منخفض الكربون + أوستينيت معكوس. يتمتع الأوستينيت المعكوس في الهيكل المقسى بثبات حراري عالي وله تأثير كبير على الخواص الميكانيكية وخصائص التأثير وخصائص عملية الصب واللحام للمادة. لذلك، فإن المادة لديها قوة عالية، وصلابة بلاستيكية عالية، وصلابة مناسبة، ومقاومة جيدة للتشقق، وخصائص صب ولحام جيدة بعد المعالجة الحرارية.
3) تحليل أسباب تحسين أداء التقسية الثانوية لـ ZG06C r13N i4M o. بعد التطبيع والتسخين والحفاظ على الحرارة، يشكل ZG06C r13N i4M o الأوستينيت ذو الحبيبات الدقيقة بعد الأوستنيت، ثم يتحول إلى مارتنسيت منخفض الكربون بعد التبريد السريع. في عملية التقسية الأولى، يترسب الكربون المفرط في المارتنسيت على شكل كربيدات، مما يقلل من قوة المادة ويحسن من مرونة المادة وصلابتها. بسبب ارتفاع درجة حرارة التقسية الأولى، تنتج عملية التقسية الأولى أوستينيت عكسي ناعم للغاية بالإضافة إلى مارتنسيت المقسى. يتم تحويل هذه الأوستينيت العكسي جزئيًا إلى مارتنسيت أثناء تبريد التقسية، مما يوفر الظروف اللازمة للتنوي ونمو الأوستينيت العكسي المستقر الذي يتم توليده مرة أخرى أثناء عملية التقسية الثانوية. الغرض من التقسية الثانوية هو الحصول على ما يكفي من الأوستينيت العكسي المستقر. يمكن لهذه الأوستنيتات العكسية أن تخضع لمرحلة تحول أثناء تشوه البلاستيك، وبالتالي تحسين قوة ومرونة المادة. بسبب الظروف المحدودة، من المستحيل مراقبة وتحليل الأوستينيت العكسي، لذلك يجب أن تأخذ هذه التجربة الخواص الميكانيكية والبنية المجهرية ككائنات بحثية رئيسية للتحليل المقارن.
3 تطبيق الإنتاج
ZG06C r13N i4M o عبارة عن مادة فولاذية مصبوبة من الفولاذ المقاوم للصدأ عالية القوة مع أداء ممتاز. عندما يتم تنفيذ الإنتاج الفعلي للشفرات، يتم استخدام التركيب الكيميائي ومتطلبات التحكم الداخلي التي تحددها التجربة، وعملية المعالجة الحرارية للتطبيع الثانوي + التقسية للإنتاج. تظهر عملية المعالجة الحرارية في الشكل 3. في الوقت الحاضر، تم الانتهاء من إنتاج 10 شفرات كبيرة للطاقة الكهرومائية، وقد استوفى الأداء متطلبات المستخدم. لقد اجتازوا إعادة فحص المستخدم وحصلوا على تقييم جيد.
بالنسبة لخصائص الشفرات المنحنية المعقدة، والأبعاد الكنتورية الكبيرة، ورؤوس العمود السميكة، وسهولة التشوه والتشقق، يجب اتخاذ بعض التدابير العملية في عملية المعالجة الحرارية:
1) رأس العمود للأسفل والشفرة للأعلى. تم اعتماد نظام تحميل الفرن لتسهيل الحد الأدنى من التشوه، كما هو مبين في الشكل 4؛
2) التأكد من وجود فجوة كبيرة بما يكفي بين المسبوكات وبين المسبوكات واللوحة السفلية من حديد الوسادة لضمان التبريد، والتأكد من أن رأس العمود السميك يلبي متطلبات الكشف بالموجات فوق الصوتية؛
3) يتم تقسيم مرحلة التسخين لقطعة العمل عدة مرات لتقليل الضغط التنظيمي للصب أثناء عملية التسخين لمنع التشقق.
إن تنفيذ إجراءات المعالجة الحرارية المذكورة أعلاه يضمن جودة المعالجة الحرارية للشفرة.
الشكل 3: عملية المعالجة الحرارية للشفرة ZG06Cr13Ni4Mo
الشكل 4: مخطط تحميل الفرن لعملية المعالجة الحرارية للشفرة
4 الاستنتاجات
1) بناءً على التحكم الداخلي في التركيب الكيميائي للمادة، من خلال اختبار عملية المعالجة الحرارية، تم تحديد أن عملية المعالجة الحرارية لمادة الفولاذ المقاوم للصدأ ZG06C r13N i4M o عالية القوة هي عملية معالجة حرارية تبلغ 1 تطبيع 010 درجة مئوية + تقسية أولية 605 درجة مئوية + تقسية ثانوية 580 درجة مئوية، والتي يمكن أن تضمن أن الخواص الميكانيكية وخصائص التأثير في درجات الحرارة المنخفضة وخصائص الانحناء البارد لمواد الصب تلبي المتطلبات القياسية.
2) مادة ZG06C r13N i4M o تتمتع بصلابة جيدة. الهيكل بعد التطبيع + المعالجة الحرارية مرتين هو عبارة عن مارتنسيت منخفض الكربون + أوستينيت عكسي مع أداء جيد، والذي يتميز بقوة عالية، وصلابة بلاستيكية عالية، وصلابة مناسبة، ومقاومة جيدة للتشقق وأداء جيد في الصب واللحام.
3) يتم تطبيق نظام المعالجة الحرارية للتطبيع + التقسية مرتين التي تحددها التجربة على عملية المعالجة الحرارية لإنتاج الشفرات الكبيرة، وجميع خصائص المواد تلبي المتطلبات القياسية للمستخدم.
وقت النشر: 28 يونيو 2024
