21. Поковки из стали 0х12нд

В одном из вариантов рабочего колеса мощной гидротурбины составными элементами являются детали, изготовляемые из ко­ваных заготовок нержавеющей стали 0Х12НД (содержание основ­ных элементов, %: 0,10 С; 12—13,5 Сr; 1,0—1,5 Ni; 1,0—1,3 Сu). До последнего времени эта сталь применялась только в виде фа­сонного литья, и производство поковок из нее в заводской практике явилось первым опытом.

Сталь 0Х12НД отличается высокой кавитационной стойкостью, удовлетворительными и стабильными механическими свойствами, хорошей свариваемостью. Технологической особенностью этой стали является наличие в ней около 1 % меди, вызывавшие в на­чальный период опытных работ известные опасения в отношении ее деформируемости в горячем состоянии.

Номенклатура поковок из стали 0Х12НД состояла из плит и слябов размером 390 X 1040 X 3950, 480 X 750 X 4600, 480 X X 1250 X 2600, 470 X 1300 X 3100 мм. По разработанному тех­нологическому процессу каждая поковка подлежала изготовлению из слитка весом 21,6 т.

Предварительными опытными работами на слитках весом 2 т были выявлены оптимальные температурные условия ковки. Уста­новлено, что сталь 0Х12НД обладает достаточно большим запасом пластичности в интервале температур 1220—800° С. В этих тем­пературных пределах допускаемые обжатия за один ход пресса при различных ковочных операциях не ниже, чем при ковке хро­мистой нержавеющей стали типа 2X13.

Сталь для ковки крупных производственных поковок выплав­лялась в 40-тонной дуговой электропечи с основным подом. Шихта состояла из специально выплавленной шихтовой заготовки, никеля марки HI и передельного чугуна (10% от веса завалки). Металл разливался в изложницы, густо окрашенные лаком, через индивидуальные воронки с обеспечением обильной факельности. Фактическое содержание химических элементов в шести производ­ственных плавках колебалось в следующих пределах, %: 0,06— 0,08 С; 0,14—0,28 Si; 0,30—0,40 Μη; 12,5—13,5 Сr; 1,25— 1,50 Ni; 1,15—1,25 Си; 0,005—0,017 S; 0,017—0,030 Р. Слитки охлаждались в изложницах до 700—750° Сив горячем состоянии подавались для нагрева под ковку. Режимы нагрева соответство­вали установленным режимам для высокохромистых сталей типа ЭИ802 (см. п. 20). Ковка производилась на прессе усилием 3000 Т. Технологические схемы ковки заготовок приведены в табл. 41.

Во всех случаях начальная температура нагрева слитков и заготовок на промежуточных этапах ковки не превышала 1190° С, конечная температура ковки колебалась в пределах 830—900\С. Фактическая величина обжатий на разных операциях вытяжки составляла в основном 50—80 мм, однако и единичные обжатия до 120 мм на первых операциях выноса не приводили к разрывам металла.

Оценивая поведение стали 0Х12НД при горячем деформирова­нии, следует отметить, что ковка относительно крупных слитков не вызывала технологических трудностей: запас пластичности металла оказался вполне достаточным для формирования заготовок без какой-либо специальной подготовки поверхности (обдирка слитков или промежуточной заготовки). Незначительные поверх­ностные дефекты — мелкие рванины протяженностью 8—10 мм или трещины глубиной до 3—5 мм — наблюдались на некоторых заготовках по линии ребер, на поверхности боковых граней и весьма редко на широких плоскостях.

Первичная термообработка и охлаждение заготовок произво­дились в термической печи по специальной схеме, показанной на рис. 56. Вопрос о правильном режиме первичной термообра­ботки относится к числу наиболее важных в общем технологи­ческом цикле производства поковок из стали 0Х12НД. Эта сталь относится к той же группе высокохромистых сложнолегированных сталей, что и стали 1Х12ВНМФ (ЭИ802), 15Х11МФБ и другие, весьма склонные к образованию термических трещин и дефек­тов типа флокенов.

Поэтому создание благоприятных температурных условий, способствующих диффузии водорода и минимуму внутренних напряжений, является непременной предпосылкой, обеспечива­ющей отсутствие дефектов в поковках.

Приведенный на схеме (рис. 56) температурный режим охла­ждения поковок опробован и внедрен в производство после дли­тельного опыта применительно к стали 0Х12НД, выплавляемой на НЗЛ в основных электропечах и не вакуумируемой при раз­ливке.

Первоначальный режим для первой опытной поковки состоял из 10-часовой выдержки при 650—670° С и медленного охлаждения в печи до 200° С.

После выгрузки из печи на поверхности поковки были обнаружены трещины термического характера. Увеличение дли­тельности выдержки до 50 ч не привело к лучшим результатам: как и в первом случае, поковка оказалась пораженной трещинами. Поковки не подвергались разрезке и ультразвуковому контролю, поэтому состояние металла по наличию дополнительных внутрен­них дефектов неизвестно.

Последующий режим первичной термообработки заготовок состоял из 75-часовой выдержки при 640—660° С с промежуточным двойным переохлаждением при 280—300° С и охлаждением в печи до 400° С со скоростью 50 град/ч и далее до 200° С со скоростью 20 град/ч. При визуальном осмотре на поверхности поковок не было обнаружено каких-либо дефектов типа трещин. Однако ультразвуковым контролем в поковках выявлены внутренние пороки металла, которые по характеру импульсов были квалифи­цированы как флокены. Макроисследование стержней, высверлен­ных из разных зон поковок, подтвердили показания ультразвуко-

вой дефектоскопии: на травленой поверхности стержней, а затем и в их изломе обнаружены дефекты, имеющие характер флокенов, протяженностью до 6 мм.

Поковки, термически обработанные и охлажденные по схеме, показанной на рис. 56, при всестороннем макро- и ультразвуковом контроле показали отсутствие трещин, флокенов и других несплошностей металла.

Отличительной особенностью режима термообработки являются два глубоких переохлаждения после перекристаллизации до 150— 170° С и длительная общая изотермическая выдержка при 640— €60° С. Основные элементы режима установлены исходя из глав­ной предпосылки, что сталь ОХ 12НД обладает повышенной устой­чивостью аустенита в перлитной области и склонностью к высоким фазовым напряжениям, в связи с чем режим должен обеспечивать постепенный и полный распад аустенита с отпуском продуктов распада при минимальных фазовых напряжениях. Эта задача решается введением в схему режима промежуточных переохлажде­ний и длительных изотермических выдержек при 640—660° С. Перекристаллизация стали в процессе первичной термообработки, улучшая структурное состояние металла, повышает эффект по­следующих термических операций, а также благоприятствует удалению водорода и более равномерному его распределению по сечению поковки.

Окончательная термообработка поковок, предназначенных , непосредственного использования в конструкции машины, состояла из нормализации с 1040—1060° С и отпуска при 650—670° С в течение 25 ч. Охлаждение после отпуска до 200° С производилась в печи со скоростью 30—40 град/ч.

Механические свойства поковок характеризуются следующими средними значениями показателей (на продольных образцах σ_{0 2} = 55-60 кГ/мм², σ_в =6570 кГ/мм², δ =18-22%, ψ =60 70%, а_н= 1015 кГм/см². Твердость Η В 169—229.