Способ термической обработки литых деталей из перлитной хромомолибденованадиевой стали

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советск и

Социалистических

Республик

<,1 964011 (61)Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 28.04.80 (21) 2920029/22-02

Р М К,з с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Государственный комитет.

СССР ло делам изобретений и открытий

С 21 0 1/78

Опубликовано 07.1032. Бюллетень Мо 37

Дата опубликования описания 021082

РИНЖ 621.789 ° .79(088.8) Л.Д.Мищенко. В.N.Õàáà÷åâ. С.С.Дьяченко и В.ф.Тарабайфйа;-:. вЂ,,»

Харьковский ордена Ленина и ордена Трудов го К(раенЬго, Знамени турбинный завод нм. С.М.Кирова и арьЫфве сцй автомобильно-дорожный институт им.Комсомола= ц ийй --;..

1 (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ

ИЗ ПЕРЛИТНОЙ ХРОМОМОЛИБДЕНОВАНАДИЕВОЙ СТАЛИ

20

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, преимущественно паротурбиностроения, и может быть использовано при термической обработке литых деталей арматуры и турбин из перлитной хромомо-. либденованадиевой стали, эксплуатируемых в условиях повышенных температур до 570оС. 10

Известен способ термической обработки жаропрочной перлитной хромомолибденоваданиевой стали состава (%) не более:

С . - 0,3

Мп — -0 25-0,75

Сг - 0,5 -1,5

Ио — 0,2 -1,25

М вЂ” 0,07-0.4

Si - До04 р До 0,045

S — До 0 045е заключающийся в нормализации стали при 985-1150 С с последующим охлаждением на воздухе, холодной обработ ке со степенью деформации 5-25% и отпуске при 660-7604Ct 1).

Данным способом-получают сталь с высокими показателями пластичности . и прочности в условиях длительной работы стальных деталей при 540-580 С.ЗО

Однако в таком способе обязательной операцией, оказывающей существенное влияние на структурообразование, а следовательно, и на механические свойства стали,. является холодная обработка, отрицательно ска» зывающаяся на экономичности всего процесса и значительно сужающая область использования способа по номенклатуре деталей. Способ целесообразно применять преимущественно для термической обработки бойлерных труб.

Известен способ термической обработки .катаных труб из перлитной хромомолибденованадиевой стали, включающий нагрев до 980 С, охлаждение о со скоростью, например, 3000оС/ч и отпуск -при 700-720 C. Такой режим позволяет за счет получения-полностью бейнитной структуры повысить длительную прочность стали(2).

Недостаток известного способа заключается в том, кто он не позволяет повысить длительную пластичность литых деталей, имеющих большее сечение, сложные переходы и концентраторы напряжений,более высокий уровень исходной повреждаемости структуры и эксплуатируемых в условиях большого

964011 приятные условия для получения равномерных свойств по всему :бъему отливки, включая тонкостенные и толстостенные зоны.

Благодаря выбранной скорости охлаждения в сочетании с нагревом учетом операций гомогеииэирующего отжига при 1040-1060 С и отпуска при 700-720 С происходит фазовая перекристаллизация с образованием (в отличие от получаемой в настоящее время чисто бейнитной структуры) смешанной структуры. содержащей 30-40% бейнита, остальное — феррит.

При этом в получаемой струкI B стали наиболее вероятный размер 1ерен феррита находится в пределах

20-30 мк и бейнита - 30-40 мк. A величина карбидов внутри указанной ферритной составляющей не превышает

400 Х. а по границам зерен — порядка 1000 A.

Эти структурные характеристики обеспечивают получение оптимального для энергетического машиностроения комплекса механических свойств стали, т.е. сочетания высоких показателей кратковременной и длительной прочности и сопротивления ползучести с высокой кратковременной и длительной пластичностью при достаточной ударной вязкости.

Предлагаемая технология термической обработки литых деталей из перлитной хромомолибденованадиевой стали иллюстрируется следующим примером.

Для испытания были взяты 9 отливок из промышленной перлитной хромомолибденованадиевой стали марки

15Х1М1Ф весом до 2,5 т с толщиной стенок от 70 до 250 мм.

Состав стали, Ъ

C - 0,14-0,20

Ип — 0,60-0.90

Si - 0,20-0.40

Cr — 1, 20-1, 70

Мо — О, 90-1. 20

О, 25-0. 40

N i — Не более О. 30

5 — 0,025

P, - О 025 и

Cu - 0.30

Все отливки подвергали гомогенизирующему отжигу при 1050 С, выдержке в течение 1 мин, на 1 мм наибольшей толщины стенки детали, охлаждению со скоростью 55 град/ч.

После этого производили нагрев деталей под нормализацию при 990 С, выдерживали в течение:1 мин на 1 мм наибольшей толщины стенки детали. Затем отливки охлаждали на воздухе с тремя различными скоростями:

200. 275 и 350 C/ч.

После охлаждения осуществляли от пуск отливок при 728 С, выдерживаперепада температур по сечению и высоте.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к изобретению является способ термической обработки литых 5 деталей из перлитной хромомолибдено- под нормализацию до 980-1000ОС и с ванадиевой стали, включающий гомо генизирующий. отжиг при 1040-1060 С, нормализацию при 980-1000 С с последующим охлаждением со скоростью 1000->0

1500 С/ч и отпуск при 700-720 С (31.

Благодаря температурным режимам операций гомогенизирующего отжига; нормализации и отпуска, в совокуп» ности с заданной скоростью охлажде- 15 ния при нормализации в пределах 10081500 град/ч, получают сталь с высокими жаропрочными свойствами.

Так, например, литая перлитная хромомолибденованадиевая сталь 20 состава (Ъ): С - 0,14-0,20, No

1.0-1.2. Cr — 1.2-1.7. Х - 0.25-0.40 после термической обработки имеет предел ползучести при продолжительности работы стальной отливки 10 ч и температуре 575 С 8.5 кгс/мм

Недостаток способа заключается в том, что сталь после термической обработки, обладая достаточно высокими показателями прочности. имеет недопустимо низкую (с точки зренйя . устойчивости литых деталей к хрупкому разрушению) длительную пластичность .

Как правило, относительное удлинение у такой стали. характеризующее ее пластичность, при 20 С не превышает 14%. а при 565 С за 10ч работы составляет 2-9%, а эа 10 ч - соот4 ветственно 2-5%.

Эти показатели снижают надежность 40 работы деталей паровых турбин иэ указанной стали и уменьшают срок их службы, что в целом -снижает эффективность работы всего турбинного агрегата. 45

Целью изобретения являтеся повышение длительной пластичности стали беэ снижения прочности за счет получения структуры. состоящей из

30-403 бейнита Остйьное - Феррит 50

Поставленная цель достигается тем. что по предложенному способу термической обработки литых деталей иэ перлитной хромомолибденованадиевой стали. включающему гомогенизирующий отжиг при 1040-1060ОС. нормализацию при 980-1000 С и отпуск при 700-720 С. охлаждение отливок с температурой нормализации проводят со скоростью 200-350ОС/ч.

Заявляемый диапазон скоростей охлаждения 200-350 град/ч после нагрева под нормализацию обеспечивает низкий градиент температур между наружной и центральной частью отливок, вследствие чего создаются благо- 65

964011

20 ли их в течения 3 мин, на 2 мм толщины стенки детали, после чего охо лаждалн с печью со скоростью 45 С/ч до 350 С, далее на воздухе.

Для получения сравнительных данных параллельно проводилась термическая 5 обработка однотипных отливок, изготовленных из той же стали, со скоростями охлаждения после нагрева под нормализацию согласно прототипу, соответственно 1000; 1225 и 10

1500 С/ч.

Определение структурных составляющих во всех отливках производилось при помощи светового микроскопа с увеличением от 200 до 1000 и злектроиного микроскопа с увеличением 20000 методами количественной металлографии.

Усредненные данные сведены в таблицу 1.

Как следует из таблицы, предлагаемый способ т рмической обработки литья деталей из перлитной хромомолибденованадиевой стали обеспечивает при сохранении достаточно высоких показателей кратковременной и длительной прочности к ударной вязкости увеличение по сравнению с прототипом: при 20 С вЂ” относительного удлинения на 2-4% — относительного сужения на 5-7Ъ при 565 С относительного удлинения эа 10зч работы отливок на 6-8%

- относительного удлинения за 104ч работы на 2.5-3.53 относительного сужения эа 105ч работы отливок на 20.5-36.5%

- относительного сужения за 10 ч работы на 20-26%.

Предлагаемый способ термической обработки литых деталей из перлит« ной храмомолибденованадиевой стали позволяет получить высокие показатели кратковременной и длительной пластичности беэ практического снижения кратковременной и длительной прочности и ударной вязкости стали, надежно сохранить полученный уровень механических свойств при длительной работе литых деталей арматуры и .турбин в условиях повыаенных температур

540-570 С.

Испытания,показафи. что благода ря повышению качества стали надежность стальных отливок при длитель-. ной эксплуатации под воздействием повышенных температур. п6 сравнению с прототипом, увеличилась на ЗОВ.

964011 Ф

aai p

aaI r

aaI

Ю

CO а-4

4Л

CI ф

4«Ъ

4Ч а-«

Ю

0)

CO л о м аА . 00

1О аА

CO ч3

CO аФ ь

0Ъ

an оа

Ю

Ю

4Л

\ аА

% 4

Ю а

° 4

% 4

Ю

Оа а-!

Ю

Ю 4 м

CI

Ю

Ю а-4

М л о

«Р а"4

ОФ l

Cal) I

Ю а

° .4

an

CI

%-4

i aA

Ю

% 4

Ю Ю ж .an ь аА

° 4

Ю

«Ф. сЧ аА а

4"Ъ

% 4 л Vlca

О О!! аф

И1 ,о vtX

C lV

Ia I

Ю

М) Ю

4Л

Ю а0

Ю

Ю

CI аА

Ю

° I

1О

CI

CO Ф

4Л

%".4 .aA аА а

4а4 аА аА а аА

4Л

Ю

an а 4

aD а

4» а 4

Ю а аО

Ю а

ОЪ

% 4

CI оа

Р 4 ь

IA

an аА

1 Ъ

4«Ъ

Ю аФ

4«Ъ 4 VIc х3!.»

4«Ъ

Ю ь

Ю а аО

4Л а vi

11

1 а н х х

Я е

IA а э х

aaI 5 2 3 а.о о х . "иэн н о

>IN а aaI а Ch н н эо анонс а н

В O хо с х

Е,4! Н

4О 1 В

44 на

coОЕ ое н х е хо

I IIIÐ ай н а иъ vg юие ое

I а

I Е Я

I А! !» . I Х н э о е аы

IVЦOmOeW ) Вехе ! oo3x33I

an o

«ч о сч-а

Т4 %-4

Ю

Ю

4«4

«

O о о о

И

I I

1 1

1 I

I 1

1 1

1 !

1 I

I 1

I 1

1 I

1 I

1 1

1 1

I 1 !

1 Э 1

1 III 1

Н I о

I C I ! о!

1 Cal I !

О!

1 I !

ГЕ х. о

1О ! э

Р

Ж х

I „ I

l 1

I

I 1

I I

I

1 I

1 I

1 I

1 аса 4 т" Ф П 4 ф

4Л Ю

»О Я 4«

I Pa э е м

aaI Н Ф 3С он э ceo аА

CI аА

Ia1 I 4«Ъ

CI Ю

I O

Aо

I aXXO

VOVt I еоеоо!!!Ore@ аэо5а10

Э6 4011

Формула изобретения

Составитель А.Секей

Техред Ж.Кастелевич Корректор.Н.Король

Редактор Л.утехина

Заказ 264/2 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,Раушская наб., д. 4/5

Филиал ЙИП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ термической обработки литых деталей из перлитной хромомолибденованадиевой стали, включающий гомогениэирующий отжиг при 1040-1060 С, нормализацию при 980-1000 С и отпуск при 700-720 С, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения пластичности при сохранении прочности путем получения в структуре

30«40% бейнита, остальное - феррит. охлаждение отливок с температуры нормализации производят со скоростью 200-350 С/ч.

Источники информации. принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 3344000. кл.148.12.3. опублик. 1967.

2. Ланская К.A. Жаропрочные стали. M... "Металлургия", 1969. с.28, 176.

3. Гуляев В.Н. Металл в теплоэнергетических установках. М., "Металлургия", 1969, с,128-133 (прототип)..