Способ термической обработки литых деталей из перлитной хромомолибденованадиевой стали

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскими.СоциалистическихРеспублик(23) Приоритет -Государственный комитет СССР ло делам изобретений и открытийС 21 0 1/78 Опубликовано 07.10.82. Бюллетень Мо 37Дата опубликования описания 021082 РИНЖ 621.789,79(088.8) Л.Д.Мищенко, В.М.Хабачев. С.С.Дьяченко и В.ф.ТаРабайрва;:. -Харьковский ордена Ленина и ордена Трудов го КраенЬго,Знамени турбинный завод нм. С.М.Кирова иарьЫфвесцй .""автомобильно-дорожный институт им.Комсомола= цикй "(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПЕРЛИТНОЙ ХРОМОМОЛИБДЕНОВАНАДИЕВОЙ СТАЛИ 15 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 570 ос. 10Известен способ термической обработки жаропрочной перлитной хромомолибденоваданиевой стали состава(%) не болееС . - 0,3Мп- 0,25-0,75Сг - 0,5 -1,5Ио - 0,2 -1,25М - 0,07-0.45 - До 0 4Р До 0,045- До 0 045 е заключающийся в нормализации стали при 985-1150 С с последующим охлаждением на воздухе, холодной обработ ке со степенью деформации 5-25 и 25 отпуске при 660-760 оСГ 1Данным 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, охлаждениеосо скоростью, например,3000 оС/ч и отпуск при 700-720 оС. Такой режим позволяет за счет получения полностью бейнитной структуры повысить длительную прочность сталй 2. Недостаток известного способа заключается в том, что 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 большогоприятные 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 струков,е стали наиболее вероятный размер ерен феррита находится в пределах 20-30 мк и бейнита - 30-40 мк. Л величина карбидов внутри указанной ферритной составляющей не превышает 400 Й, а пограницам зерен - порядка 1000 Л.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 15 Х 1 М 1 Ф весом до 2,5 т с толщиной стенок от 70 до 250 мм.Состав стали,С - 0,14-0,20Ип - 0,60-0,9051 -0,20-0.40Сг - 1,20-1,70Мо - О, 90-1. 20У - О, 25-0. 40й 1 - Не более 0,305 - 0,025Р, - 0.,025 иСц - 0,30Все 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 фС/ч.После охлаждения осуществляли от пуск отливок при 728 фС, выдерживаперепада температур по сечению ивысоте,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому техническому эФфекту к изобретению являетсяспособ термической обработки литых 5деталей из перлитной хромомолибдено- под нормализацию до 980-1000 ОС и сванадиевой стали, включающий гомогенизирующий. отжиг при 1040-1060 цС,нормализацию при 980-1000 фС с последующим охлаждением со скоростью 1000-101500 С/ч и отпуск при 700-720 С СЗ.Благодаря температурным режимамопераций гомогенизирующего отжига;нормализации и отпуска, в совокупности с заданной скоростью охлаждения при нормализации в пределах 10001500 град/ч, получают сталь с высокими жаропрочными свойствами.Так, например, литая перлитнаяхромомолибденованадиевая сталь 20состава : С - 0,14-0,20, Мо1.0-1,2. Сг - 1.2"1.7, Х - 0,25-0.40после термической обработки имеетпредел ползучести при продолжительности работы стальной отливки 10 чи температуре 575 фС 8,5 кгс/ммНедостаток способа заключаетсяв том, что сталь после термическойобработки, обладая достаточно высокими показателями прочности, имеетнедопустимо низкую с точки зренияустойчивости литых деталей к хрупкому разрушению) длительную пластичность.Как правило, относительное удлинение у такой стали. характеризующееее пластичность, при 20 С не превы"шает 14. а при 565 С за 10 ч работысоставляет 2-9, а эа 10 ч - соответственно 2-5.Эти показатели снижают надежность 40работы деталей паровых турбин иэуказанной стали и уменьшают сроких службы, что в целом .снижает эффективность работы всего турбинногоагрегата. 45Целью изобретения являтеся повышение длительной пластичности сталибеэ снижения прочности за счетполучения структуры, состоящей из30-40 бейнита. остальное - Феррит.Поставленная цель достигаетсятем, что по предложенному способутермической обработки литых деталейиэ перлитной хромомолибденованадиевой стали. включающему гомогенизирующий отжиг при 1040-1060 ОС. нормализацию при 980-1000 С и отпускпри 700-720 С. охлаждение отливокс температурой нормализации проводятсо скоростью 200"350 ОС/ч.Заявляемый диапазон скоростей охлаждения 200-350 град/ч после нагрева под нормализацию обеспечиваетнизкий градиент температур междунаружной и центральной частью отливок, вследствие чего создаются благо20 ли их в течения 3 мин, на 2 мм толщины стенки детали, после чего охо лаждалнс 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 термической обработки литья деталей из перлитной хро" момолибденованадиевой стали обеспечивает при сохранении достаточно высоких показателей кратковременной и длительной прочности к ударной вязкости увеличение по сравнению с прототипом;при 20 С - относительного удлинения на 2-4- относительного сужения на 5-7 при 565 Сотносительного удлинения эа 10 зч работы отливок на 6-8- относительного удлинения за 10 фч работы на 2.5-3,5 относительного сужения эа 105 ч 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 повьааенных температур 540-570 С.Испытания,показафи. что благода- ря повышению качества стали надежность стальных отливок при длитель-. ной эксплуатации под воздействием повышенных температур. пб сравнению с прототипом, увеличилась на 30.3 Ъ о %Л Ю %Ю О Ъ 3 Ъ о ЪЧ ЮФ тЧ ЛО 1о ой 1э 31х х э Р 3 э 41 65 хм а.о о х 1 ЕЭН н о53 ю ФФйй н н эо моно нВ эхоФ хэднОВж Н 1 ЪФОэмое н.х эхо1 ЕйФ н АЪ 0 Ю 11 Э Ъ ОЕ 1Ь1 Э ЯД 11 НЭОЕаЫ1 ОЮОаОЕ81 Ф э х ъООХХ 1:3 Ъ О ч о Ч Л ф -3 Ю о С 4 О о о о И о 11 11 11 11 11111 11 11 11 1111 111 111611 й 1н 1о1 Ф 1о1 01111 11 ГЭ.х.о1 ОэРЖх1 111 11111 11111 11 1.1 11 11 фт" Ф П 4 1 1 Р э э м э нФЗФ он а око, Ю Ю ь 1 1 О АО но х х о ооонн эоэоо щоьод м о 3 д10 Э 6 4011 формула изобретения Составитель А.СекейТехред Ж.Кастелевич Корректор.Н.КорольРедактор Л.утехина Заказ 264/2 Тираж 587 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж,Раушская наб., д. 4/5 филиал ЙИП "Патентф, 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 - щи й с я тем, что, с целью повышения пластичности при сохранении прочности путем получения в структуре 3040 бейнита, остальное - феррит. охлаждение отливок с температуры нормализации производят со скоростью 200-350 С/ч.Источники информации.принятые во внимание при экспертизе1. Патент США 9 3344000, кл.148.123, опублик. 1967.2. Ланская К.А. Жаропрочные стали. М., "Металлургияф, 1969. с.28,176.3. Гуляев В.Н. Металл в теплоэнергетических установках. М.,