Resumo: Foi estudada a influência de diferentes processos de tratamento térmico no desempenho do material ZG06Cr13Ni4Mo. O teste mostra que após tratamento térmico a 1 010 ℃ normalizando + 605 ℃ revenido primário + 580 ℃ revenido secundário, o material atinge o melhor índice de desempenho. Sua estrutura é martensita de baixo carbono + austenita de transformação reversa, com alta resistência, tenacidade a baixas temperaturas e dureza adequada. Ele atende aos requisitos de desempenho do produto na aplicação de produção de tratamento térmico de fundição de lâminas grandes.
Palavras-chave: ZG06Cr13NI4Mo; aço inoxidável martensítico; lâmina
Pás grandes são peças essenciais em turbinas hidrelétricas. As condições de serviço das peças são relativamente adversas e estão sujeitas ao impacto do fluxo de água de alta pressão, desgaste e erosão por um longo tempo. O material é selecionado de aço inoxidável martensítico ZG06Cr13Ni4Mo com boas propriedades mecânicas abrangentes e resistência à corrosão. Com o desenvolvimento da energia hidrelétrica e das peças fundidas relacionadas em larga escala, requisitos mais elevados são apresentados para o desempenho de materiais de aço inoxidável, como ZG06Cr13Ni4Mo. Para este fim, combinado com o teste de produção de grandes lâminas ZG06C r13N i4M de uma empresa nacional de equipamentos hidrelétricos, por meio de controle interno da composição química do material, teste de comparação do processo de tratamento térmico e análise de resultados de teste, o calor de normalização única otimizado + têmpera dupla O processo de tratamento do material de aço inoxidável ZG06C r13N i4M o foi determinado para produzir peças fundidas que atendam aos requisitos de alto desempenho.
1 Controle interno da composição química
O material ZG06C r13N i4M o é aço inoxidável martensítico de alta resistência, que deve ter altas propriedades mecânicas e boa resistência ao impacto em baixas temperaturas. Para melhorar o desempenho do material, a composição química foi controlada internamente, sendo necessário w (C) ≤ 0,04%, w (P) ≤ 0,025%, w (S) ≤ 0,08%, e o teor de gás foi controlado. A Tabela 1 mostra a faixa de composição química do controle interno do material e os resultados da análise da composição química da amostra, e a Tabela 2 mostra os requisitos de controle interno do conteúdo do gás do material e os resultados da análise do conteúdo do gás da amostra.
Tabela 1 Composição química (fração mássica, %)
| elemento | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| requisito padrão | ≤0,06 | ≤1,0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3,5-5,0 | 11,5-13,5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Ingredientes Controle Interno | ≤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 |
| Analise os resultados | 0,023 | 1,0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4,61 | 13,0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
Tabela 2 Conteúdo de gás (ppm)
| gás | H | O | N |
| Requisitos de controle interno | ≤2,5 | ≤80 | ≤150 |
| Analise os resultados | 1,69 | 68,6 | 119,3 |
O material ZG06C r13N i4M o foi fundido em forno elétrico de 30 t, refinado em forno LF de 25 T para liga, ajuste de composição e temperatura, e descarbonetado e desgaseificado em forno VOD de 25 T, obtendo assim aço fundido com ultrabaixo carbono, composição uniforme, alta pureza e baixo teor de gases nocivos. Finalmente, o fio de alumínio foi utilizado para a desoxidação final para reduzir o teor de oxigênio no aço fundido e refinar ainda mais os grãos.
2 Teste de processo de tratamento térmico
2.1 Plano de teste
O corpo fundido foi usado como corpo de teste, o tamanho do bloco de teste foi 70 mm × 70 mm × 230 mm e o tratamento térmico preliminar foi o recozimento suavizante. Após consulta à literatura, os parâmetros do processo de tratamento térmico selecionados foram: temperatura de normalização 1.010°C, temperaturas de revenido primário 590°C, 605°C, 620°C, temperatura de revenido secundário 580°C, e diferentes processos de revenido foram utilizados para testes comparativos. O plano de teste é mostrado na Tabela 3.
Tabela 3 Plano de teste de tratamento térmico
| Plano de teste | Processo de teste de tratamento térmico | Projetos piloto |
| A1 | 1 010℃Normalização+620℃Têmpera | Propriedades de tração Resistência ao impacto Dureza HB Propriedades de flexão Microestrutura |
| A2 | 1 010℃Normalização+620℃Têmpera+580℃Têmpera | |
| B1 | 1 010℃Normalização+620℃Têmpera | |
| B2 | 1 010℃Normalização+620℃Têmpera+580℃Têmpera | |
| C1 | 1 010℃Normalização+620℃Têmpera | |
| C2 | 1 010℃Normalização+620℃Têmpera+580℃Têmpera |
2.2 Análise dos resultados dos testes
2.2.1 Análise da composição química
A partir dos resultados da análise da composição química e do teor de gás na Tabela 1 e na Tabela 2, os principais elementos e o teor de gás estão alinhados com a faixa de controle de composição otimizada.
2.2.2 Análise dos resultados dos testes de desempenho
Após o tratamento térmico de acordo com diferentes esquemas de teste, testes de comparação de propriedades mecânicas foram realizados de acordo com os padrões GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 e GB/T231.1-2009. Os resultados experimentais são mostrados na Tabela 4 e Tabela 5.
Tabela 4 Análise das propriedades mecânicas de diferentes esquemas de processos de tratamento térmico
| Plano de teste | Rp0,2/Mpa | Rm/Mpa | UM/% | Z/％ | AKV/J(0℃） | Valor de dureza HBW |
| padrão | ≥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 |
Tabela 5 Teste de flexão
| Plano de teste | Teste de flexão（d=25，a=90°） | avaliação |
| B1 | Rachadura5,2×1,2mm | Falha |
| B2 | Sem rachaduras | qualificado |
A partir da comparação e análise das propriedades mecânicas: (1) Tratamento térmico de normalização + revenimento, o material pode obter melhores propriedades mecânicas, indicando que o material possui boa temperabilidade. (2) Após a normalização do tratamento térmico, o limite de escoamento e a plasticidade (alongamento) do revenido duplo são melhorados em comparação com o revenido simples. (3) A partir da inspeção e análise do desempenho de flexão, o desempenho de flexão do processo de normalização B1 + teste de revenido único não é qualificado, e o desempenho do teste de flexão do processo de teste B2 após o revenido duplo é qualificado. (4) A partir da comparação dos resultados do teste de 6 temperaturas de revenido diferentes, o esquema do processo B2 de normalização de 1.010 ℃ + revenido único de 605 ℃ + revenido secundário de 580 ℃ tem as melhores propriedades mecânicas, com um limite de escoamento de 687 MPa, um alongamento de 23%, uma resistência ao impacto de mais de 160J a 0°C, uma dureza moderada de 268HB e um desempenho de flexão qualificado, todos atendendo aos requisitos de desempenho do material.
2.2.3 Análise da estrutura metalográfica
A estrutura metalográfica dos processos de teste do material B1 e B2 foi analisada de acordo com o padrão GB/T13298-1991. A Figura 1 mostra a estrutura metalográfica da normalização + primeiro revenido de 605 ℃, e a Figura 2 mostra a estrutura metalográfica da normalização + primeiro revenido + segundo revenido. A partir da inspeção e análise metalográfica, a estrutura principal do ZG06C r13N i4M o após o tratamento térmico é martensita de ripas de baixo carbono + austenita invertida. A partir da análise da estrutura metalográfica, os feixes de martensita do material após o primeiro revenido são mais espessos e longos. Após o segundo revenido, a estrutura da matriz muda ligeiramente, a estrutura da martensita também é ligeiramente refinada e a estrutura é mais uniforme; em termos de desempenho, a resistência ao escoamento e a plasticidade são melhoradas até certo ponto.
Figura 1 Normalização ZG06Cr13Ni4Mo + uma microestrutura de revenido
Figura 2 ZG06Cr13Ni4Mo normalizando + revenido duas vezes estrutura metalográfica
2.2.4 Análise dos resultados dos testes
1) O teste confirmou que o material ZG06C r13N i4M o tem boa temperabilidade. Através do tratamento térmico de normalização + revenimento, o material pode obter boas propriedades mecânicas; a resistência ao escoamento e as propriedades plásticas (alongamento) de dois revenidos após a normalização do tratamento térmico são muito maiores do que aquelas de um revenido.
2) A análise de teste prova que a estrutura de ZG06C r13N i4M o após a normalização é martensita, e a estrutura após o revenido é martensita temperada com ripas de baixo carbono + austenita invertida. A austenita invertida na estrutura temperada possui alta estabilidade térmica e tem um efeito significativo nas propriedades mecânicas, propriedades de impacto e propriedades do processo de fundição e soldagem do material. Portanto, o material possui alta resistência, alta tenacidade plástica, dureza apropriada, boa resistência a trincas e boas propriedades de fundição e soldagem após tratamento térmico.
3) Analisar as razões para a melhoria do desempenho do revenido secundário do ZG06C r13N i4M o. Após normalização, aquecimento e preservação de calor, ZG06C r13N i4M o forma austenita de granulação fina após a austenitização e, em seguida, transforma-se em martensita de baixo carbono após resfriamento rápido. No primeiro revenido, o carbono supersaturado da martensita precipita na forma de carbonetos, reduzindo assim a resistência do material e melhorando a plasticidade e tenacidade do material. Devido à alta temperatura do primeiro revenido, o primeiro revenido produz austenita reversa extremamente fina, além da martensita revenida. Estas austenitas reversas são parcialmente transformadas em martensita durante o resfriamento do revenido, proporcionando condições para a nucleação e crescimento da austenita reversa estável gerada novamente durante o processo de revenido secundário. O objetivo do revenido secundário é obter austenita reversa suficientemente estável. Estas austenitas reversas podem sofrer transformação de fase durante a deformação plástica, melhorando assim a resistência e a plasticidade do material. Devido às condições limitadas, é impossível observar e analisar a austenita reversa, portanto este experimento deve tomar as propriedades mecânicas e a microestrutura como principais objetos de pesquisa para análise comparativa.
3 Aplicação de Produção
ZG06C r13N i4M o é um material de aço fundido de alta resistência com excelente desempenho. Quando a produção real de lâminas é realizada, a composição química e os requisitos de controle interno determinados pelo experimento, e o processo de tratamento térmico de normalização secundária + têmpera são utilizados para a produção. O processo de tratamento térmico é mostrado na Figura 3. Atualmente, a produção de 10 grandes pás hidrelétricas foi concluída e o desempenho atendeu aos requisitos do usuário. Eles passaram na reinspeção do usuário e receberam uma boa avaliação.
Para as características de lâminas curvas complexas, grandes dimensões de contorno, cabeças de eixo grossas e fácil deformação e rachaduras, algumas medidas de processo precisam ser tomadas no processo de tratamento térmico:
1) A cabeça do eixo está para baixo e a lâmina está para cima. O esquema de carregamento do forno é adotado para facilitar a deformação mínima, conforme Figura 4;
2) Certifique-se de que haja uma folga grande o suficiente entre as peças fundidas e entre as peças fundidas e a placa inferior de ferro para garantir o resfriamento e garantir que a cabeça do eixo espessa atenda aos requisitos de detecção ultrassônica;
3) O estágio de aquecimento da peça é segmentado várias vezes para minimizar o estresse organizacional da peça fundida durante o processo de aquecimento para evitar rachaduras.
A implementação das medidas de tratamento térmico acima garante a qualidade do tratamento térmico da lâmina.
Figura 3 Processo de tratamento térmico da lâmina ZG06Cr13Ni4Mo
Figura 4 Esquema de carregamento do forno do processo de tratamento térmico de lâmina
4 Conclusões
1) Com base no controle interno da composição química do material, por meio do teste do processo de tratamento térmico, determina-se que o processo de tratamento térmico do material de aço inoxidável de alta resistência ZG06C r13N i4M o é um processo de tratamento térmico de 1 Normalização de 010 ℃ + revenido primário de 605 ℃ + revenido secundário de 580 ℃, o que pode garantir que as propriedades mecânicas, propriedades de impacto em baixa temperatura e propriedades de flexão a frio do material de fundição atendam aos requisitos padrão.
2) O material ZG06C r13N i4M o tem boa temperabilidade. A estrutura após normalização + tratamento térmico de revenimento duplo é uma martensita de ripas de baixo carbono + austenita reversa com bom desempenho, que possui alta resistência, alta tenacidade plástica, dureza apropriada, boa resistência a trincas e bom desempenho de fundição e soldagem.
3) O esquema de tratamento térmico de normalização + revenimento duplo determinado pelo experimento é aplicado ao processo de tratamento térmico de produção de lâminas grandes, e todas as propriedades do material atendem aos requisitos padrão do usuário.
Horário da postagem: 28 de junho de 2024
