16. Поковки фланцев, тройников, патрубков и других деталей из стали 15х1м1ф

Поковки, показанные на рис. 23, используются для изготовле­ния деталей паровых турбин мощностью 300 тыс. кет, работающих при температуре до 565° С и давлении до 240 ата. Весьма ответст­венное назначение поковок требует применения надежных техно­логических процессов их изготовления, гарантирующих высокое качество-металла в различных зонах деталей. Контроль качества заготовок осуществляется механическими испытаниями, металло­графическим анализом и ультразвуковой дефектоскопией.

Наличие центральных отверстий во фланцах позволяет в из­вестной мере удалить при расточке наименее качественную осевую зону слитка и одновременно проконтролировать внутрен­нюю поверхность на отсутствие дефектов металла. Более сложным в металлургическом отношении являются тройники, патрубки и другие аналогичные детали, в которых центральные отверстия от­сутствуют, а ответственные участки поковок формуются из вну­тренних слоев слитка. Для таких деталей технологические моменты производства поковок, связанные с выплавкой высококачественной стали, использованием рационального слитка и эффективной меха­нической проработкой металла при ковке, являются решающими

для выхода годных деталей, удовлетворяющих требованиям по чистоте, плотности и однородности металла. Что касается методов контроля качества металла, в том числе в глубинных зонах поко­вок, то благодаря особенностям конструкции деталей они отно­сительно просты и весьма надежны: наличие наклонных отверстий, достигающих центральной области поковки, и возможность вы­сверливания специальным полым сверлом стержней позволяют про­водить всесторонний металлографический анализ и механические испытания разных участков поковки.

Сталь для поковок выплавляется в 3-тонной или 10-тонной электропечи и по технологическим условиям выплавки относится к классу высококачественной. Вес слитков не превышает 2,7 т. Передача слитков в прессовый цех производится в горячем со­стоянии.

Для поковок фланцев (рис. 23, а) используется слиток удлинен­ной формы весом 2,7 т (на четыре поковки) с выходом годного 72 %. Технологическая схема ковки состоит из протяжки слитка на диа­метр 325 мм, рубки заготовок длиной 740 мм и высадки фланца в подкладном кольце. Перед высадкой заготовка подогревается до 1050—1080° С. Все операции ковки производятся на 7-тонном молоте.

Из анализа схемы деформирования следует, что наименьшую степень укова имеет участок поковки диаметром 350 мм, механи­ческая проработка которого ограничивается протяжкой с коэффи­циентом укова 2,0—2,5 и незначительной степенью осадки в полости подкладного кольца, не превышающей 1,2—1,3. Резуль­таты всестороннего контроля, в том числе механические испыта­ния после термообработки на тангенциальных образцах, свидетель­ствуют об удовлетворительном качестве металла этого участка поковки. В частности, при σ_{0 2} > 32,5 кГ/мм² и о_в > 55 кГ/мм² свойства пластичности и ударной вязкости металла фланцев одной из крупных производственных партий находились на следующем уровне: δ = 21,5—27%, ψ = 66—78%, а_н = 14—30 кГ-м/см². При макроконтроле и ультразвуковой дефектоскопии не отме­чено каких-либо дефектов, происхождение которых могло быть связано с недостаточным коэффициентом укова.

Более массивная часть поковки (диаметр 555 мм), полученная методом высадки со степенью дефрмации около 70%, отличается хорошей проработкой металла в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Дополнительные механические испытания металла, взятого от этой части поковки, на тангенциальных образцах по­казали результаты, близкие к результатам участка диаметром 350 мм. При разрезке фланца установлена высокая степень одно­родности механических свойств в тангенциальном и радиальном направлениях.

Поковка тройника (рис. 23, б) изготовляется из слитка весом 2 т на прессе усилием 2000 Т. После биллетирования и предвари­тельной осадки слиток протягивается на заготовку диаметром 465 мм, концевые части которой обжимаются на диаметр 300 мм. После удаления прибыльной и донной частей слитка заготовку разрубают на две равные части, каждая из которых по форме и раз­мерам соответствует поковке, показанной на рис. 23, б. Все опе­рации выполняются за три выноса.

Для конечного формирования поковки нижней части коробки клапана (рис. 23, е) необходимо использовать подкладной штамп. Из слитка весом 3 т после предварительной осадки и протяжки на диаметр 400 мм вырубаются две заготовки длиной 950 мм, которые осаживаются в штампе до заданных размеров. В связи с тем, что нижняя часть заготовки диаметром 410 мм в штампе почти не де­формируется, температура нагрева заготовок перед последним выносом не превышает 1050° С. Несмотря на относительно низкий подогрев, штамп заполняется удовлетворительно, чему способ­ствует весьма благоприятный профиль полости штампа. Поковка изготовляется за четыре выноса на прессе усилием 2000 Т.

Поковка крышки паровой коробки (рис. 23, г) отличается нетехнологичной формой, так как наличие на стержне диаметром 240 мм двух фланцев диаметром 435 мм, находящихся на расстоя­нии 370 мм, создает значительные трудности при ее выполнении непосредственно из слитка. В условиях НЗЛ наиболее целесооб­разным оказалось изготовление таких поковок на 7-тонном молоте из заготовки, откованной на прессе усилием 2000 Т. За-готовки диаметром 435 мм и длиной 670 мм выполняются из слитка весом 3 т (по 3 шт.) с обязательной предварительной осадкой и вытяжкой на заданный размер. Этим обеспечивается необходимая величина укова по фланцам, которые на молоте практически уже не дефор­мируются. Протяжка конца поковки диаметром 200 мм и участка между фланцами производится на молоте при нагреве заготовки до температуры 1050° С. Изготовление поковки на прессе с упро­щением ее конфигурации (без выполнения кольцевой выемки между фланцами) приводит не только к резкому повышению ее веса и трудоемкости механической обработки, но и к значительному браку деталей по результатам макроконтроля травленой поверх­ности межфланцевого участка крышки. Выявляемые дефекты — в основном скопления мелких ликвационных и неметалличес­ких включений. Причина такого явления заключается в боль­шом съеме металла на этом участке при обдирке и чистовой ме­ханической обработке и приближении поверхности к осевой зоне слитка. Действительно, простые расчеты показывают, что в этом случае удаляется около 85% металла, соответствующего наиболее качественной наружной зоне слитка.

Опытом установлено, что при ковке без кольцевой выемки от­сутствие дефектов обеспечивается только при условии выплавки стали особо высокой степени чистоты.

Поковки, откованные из стали 15Х1М1Ф, после переохлаждения в печи до 400° С подвергаются 30-часовой изотермической выдержке при 650° С и последующему медленному охлаждению в печи до 300° С.

Несмотря на относительно большие сечения и неблагоприятную форму рассматриваемых поковок (отсутствие центральных отвер­стий), в практике завода не наблюдались случаи образования в них флокенов. Следует подчеркнуть, что в этом отношении сталь 15Х1М1Ф не вызывает особых опасений даже при некоторых тех­нологических отклонениях от заданного режима, например при отсутствии переохлаждения перед изотермической выдержкой или повышении конечной температуры охлаждения поковок в печи. Такая характеристика состояния поковок тем показательней, что на H3J1 они изготовляются из стали, выплавленной в основной электропечи без вакуумирования при разливке.

Термическая обработка поковок производится после грубой механической обработки — обдирки с припуском 10—12 мм на чистовые размеры и с минимально необходимыми напусками. При­мер обдирки тройника, изображенного на рис. 23, б, показан на рис. 24. Основным напуском в заготовке перед термообработкой остается металл невысверливаемых наклонных отверстий, который в дальнейшем используется для дополнительных механических испытаний и металлографического анализа.

Поковки деталей сложной конфигурации (части коробки кла­пана, тройники, патрубки), имеющие наклонные отверстия и по­лости неправильной формы, до термообработки подвергаются ультразвуковому контролю с плоских и цилиндрических поверх­ностей, которым выявляются дефекты металлургического проис­хождения. Такой контроль, не вызывая значительных трудностей, позволяет прозвучивать весь объем поковки, но в то же время является только предварительным, так как при этом нередко фик­сируются ложные импульсы, связанные со структурной неоднородностью терми­чески необработанного металла. По­этому все доступные места деталей дополнительно прозвучиваются и после термообработки.

Как уже указывалось в гл. V, вид термообработки заготовок из стали 15Х1М1Ф определяется их размерами и требованиями к механическим свой­ствам металла. При этом с точки зре­ния жаропрочности вполне приемлемы как улучшение, так и нормализация с отпуском. Поковки рассматриваемого типа должны удовлетворять следующим нормам механических свойств: σ₀₂ > >30к/7лш²; σ_β > 52 кГ1мм^г\ о > >20%; ψ > 50%; а_н > 5 кГ-м/см². Такой уровень обеспечивается нормализацией с отпуском, в связи с чем для большинства деталей режимом термообработки преду­сматривается, как правило, нормализация с 1000—1020° С и отпуск при 730° С. Наиболее ответственные и массивные поковки корпусных деталей типа тройников, патрубков и т. д. подвер­гаются двойной нормализации с отпуском или нормализации с 1020—1040° С, закалке с 990—1010° С и отпуску при 750° С в течение 8—12 ч. Охлаждение после отпуска производится на воздухе.

В табл. 12 даны типичные результаты механических испытаний поковок из стали 15Х1М1Ф после термообработки. Механические свойства, приведенные в таблице, соответствуют металлу штатных пробных колец или брусков, предусмотренных чертежами поковок (рис. 23). Из таблицы видно, что колебания в значениях σ_0>2, получаемые варьированием температуры отпуска, не вызывают значительного снижения показателей пластичности δ и ψ, сохра­няя их абсолютные значения на достаточно высоком уровне. Например, крышки паровой коробки, откованные из стали одной плавки и термически обработанные на предел текучести 44,5 и 58,0 кГ/мм², имеют значения δ и ψ соответственно 24 и 75% в пер­вом случае и 19 и 70% во втором; более заметно снижается удар­ная вязкость (с 19,6—23,5 до 5,8—7,6 кГ-м/см²).

Несмотря на удовлетворительную пластичность стали при по­вышенной прочности, считается целесообразным производить тер­мообработку поковок на заданный предел текучести с минималь­ным запасом. При этом имеется в виду, что все конструкционные резервы стали будут сосредоточены в показателях пластичности,, и этим повышена надежность деталей в эксплуатации.

Термически обработанные поковки подвергаются травлению и прозвучиванию. Этими контрольными операциями выявляется наличие макродефектов на поверхности деталей и внутренние по­роки металла.

В практике H3JI поковки из стали 15Х1М1Ф, как правило, не имели дефектов металла. Наличие их на отдельных поковках в виде мелких включений или плен на травленой поверхности или недопустимых внутренних пороков металла носило случай­ный характер и всегда был связан с повышенной загрязненно­стью стали конкретной плавки.

Качество металла тройников, патрубков и других деталей, имеющих отверстия, дополнительно контролируется на высверли­ваемых стержнях диаметром 60—80 мм, характеризующих состоя­ние глубинных зон поковок. Поверхность стержня шлифуется, травится и контролируется на наличие макродефектов. Далее от стержня в разных зонах и в разных направлениях отбираются об­разцы для механических испытаний.

Результаты дополнительного контроля металла в производ­ственных масштабах подтвердили высокое качество поковок. Макродефекты в виде мелких ликвационных выделений обнаружи­вались на поверхности стержней только в редких случаях. Меха­нически е свойства металла в объеме поковки отличались стабиль­ностью характеристик пластичности. В поковках тройников, на­пример, переход от периферийной зоны к глубинной сопровож­дался небольшим снижением показателей прочности при высоких и практически постоянных значениях δ, ψ и а_н (табл. 13).

Опыт производства поковок свидетельствует о высоких техно­логических свойствах стали 15Х1М1Ф и о возможности использо­вания ее для деталей ответственного назначения в широком ди­апазоне требований по механическим свойствам металла.