Ved at analysere den faste opløsning og udfældningsmekanismen af nitrogen i F55 duplex rustfrit stål inden for smedningstemperaturområdet, smedningsproces er forbedret for at løse problemerne med overfladerevner og forsinkede overfladerevner i stor størrelse F55 duplex rustfrit stål efter smedning. Det nitrogen, der udfældes langs korngrænsen, er vanskeligt at genopløse i strukturen, hvilket resulterer i dannelsen af betydelig indre spænding. Under smededeformationsprocessen fremmer trækspænding nitrogenudfældning i mikrostrukturen, mens trykspænding forhindrer og fremmer nitrogendiffusion ind i mikrostrukturen. Derfor bør spændingstilstanden inde i barren kontrolleres under smedningsprocessen for at holde den i en kompressionsspændingstilstand og undgå overdreven ikke-deformation og mikrodeformationszoner inde i barren. Brug af en "V"-formet ambolt under smedning er en effektiv foranstaltning. Samtidig bruges metoden med først lille deformation og derefter stor deformation til at ændre den indre deformationsspændingstilstand, hvilket effektivt undgår problemet med stor trækspænding dannet indeni, når den cirkulære sektion er smedet til en firkant. Når den inkluderede vinkel på den "V"-formede ambolt er 135°, er trykspændingstilstanden inde i barren den bedste.
Hvad er F55 duplex rustfrit stål?
F55 duplex rustfrit stål, som et højt nitrogenindhold super duplex rustfrit stål, er tilbøjelig til at revne efter smedning. Der er foretaget megen forskning i krakningsmekanismen i rustfrit stål med højt nitrogenindhold i hjemmet og internationalt. Forskellige synspunkter er blevet foreslået, hovedsageligt med fokus på studiet af forskellige mikrostrukturudfældning og revnedannelses- og ekspansionsmekanismer under stress, såsom σ-fase, nitridudfældning eller skør aluminiumoxidudfældning, under påvirkning af indre stress danner revner langs den udfældede fase . Der er udført tilstrækkelig forskning i den faste nitrogenopløsning i forskellige temperaturer og væv. Alligevel er der begrænset forskning i diffusionen og berigelsen af nitrogen i væv og den resulterende stresskoncentration og revnedannelse.
Den konventionelle form for indenlandsk F55 duplex rustfrit stål er en rundt skaft, og specialværktøjer bruges til at lave smedningsemnet i en tilstand af trykspænding. Denne proces er relativt moden på nuværende tidspunkt, og kvaliteten er stabil. Smedningsforskningen af store firkantede F55 duplex rustfrit stål er dog ikke involveret, og der er ingen standardiseret varmbearbejdningsproces. Der er behov for mere diskussion om nitrogen-diffusionsmekanismen og årsagerne til revner i store barrer. Denne artikel analyserer årsagerne til eksterne og interne revner i smedning af F55 duplex rustfrit stål firkantede ventilhuse gennem de mulige diffusionsformer af nitrogen i strukturen. Emnets smedeproces er blevet forbedret og optimeret, hvilket giver et referencegrundlag for smedning og produktion af andre store nitrogenholdige rustfri stål.
1. Eksisterende F55 firkantet ventilhus i rustfrit stål smedningsproces
1.1 Dimensioner og materialer af F55 ventilhus i rustfrit stål
Nitrogen i α, fasens opløselighed er relativt lav, γ-opløseligheden af fasen høj, og en vis andel nitrogen tilsættes austenit og duplex rustfrit stål. Gennem solid opløsning behandling, styrken af rustfrit stål er forstærket, og materialets korrosionsbestandighed forbedres. Forbedringen af den omfattende ydeevne har gjort rustfrit stål mere udbredt. Under afkølingsprocessen udfælder nitrogen og danner nitrider. Når nitrogenindholdet er højt, såsom i F55 duplex rustfrit stål, er nitrogenindholdet så højt som 0.23%. Overdreven udfældning af nitrogen kan danne en fri gastilstand, som er svær at genopløse ved høje temperaturer. Der opstår store indre spændinger inde i det rustfri stål, hvilket forårsager revner på den smedede overflade og forsinket revnedannelse efter bearbejdning, især ved smedning af større produkter. Uddyb optimering af smedningsprocessen for F55 duplex rustfrit stål i stor størrelse.
Størrelsen på F55 duplex ventilhus i rustfrit stål smedegods er 820 mm × den kemiske sammensætning af det 2250 mm F55 duplex ventilhusmateriale af rustfrit stål er vist i tabel 1, og dets mekaniske ydeevnekrav er vist i tabel 2.
Tabel.1 Kemisk sammensætning (%, massefraktion) af F55 duplex ventilhus i rustfrit stål
C | Si | S | P | Mn | Cr | Ni | Mo | W | Cu | N |
0.02 | 0.35 | 0.01 | 0.03 | 0.72 | 24.2 | 6.83 | 3.25 | 0.62 | 0.55 | 0.23 |
Tabel.2 Krav til mekaniske egenskaber for F55 Duplex ventilhus i rustfrit stål
Parameter | Flydespænding ReL/ MPa | Trækstyrke Rm/ MPa | Forlængelse A/% |
Numerisk værdi | ≥550 | ≥750 | ≥45 |
1.2 Eksisterende F55 duplex ventilhus i rustfrit stål
Råmaterialet er stålbarre, og stålfremstillingsprocessen er elektrisk ovn LF + VODC + elektroslagg, med specifikationer for Ф 1000mm x 2100mm. Smedningsprocessen er som følger: den indledende smedningstemperatur er 1150 ℃, den endelige smedningstemperatur er 950 ℃, og smedevarmen er 3 gange. Smedningen udføres på en 60000 kN presse. Deformationsprocessen er råmateriale, der forstyrrer, strækker, forstyrrer, strækker og danner produkter.
1.3 Kvalitetsproblemer med F55 duplex ventilhus i rustfrit stål
Efter smedning af F55 duplex-ventilhuset i rustfrit stål opstod der revner på overfladen af emnet (Figur 1), men de kunne fjernes efter mild polering. Revnedybden var ≤ 2 mm, men der opstod igen revner efter bearbejdning, som kunne fjernes efter mild polering. Dette fænomen opstod gentagne gange i forskellige positioner. Når produktet saves ned til en dybde på 50 mm, resulterer den samlede tværgående revnedannelse i emnet i et rivelignende brud (Figur 2). Ifølge UT-inspektion er interiøret grovkornet med kornstørrelse niveau 2.
Figur.1 Overfladerevner
Figur.2 Overflade tværgående revnebrudflade
2. Smedning kvalitetsanalyse af F55 Duplex rustfrit stål ventilhus
2.1 Spændingsrevnemekanisme af F55 duplex ventilhus i rustfrit stål
F55 duplex rustfrit stål inden for smedningstemperaturområdet inde i materialet α, γ variationskurve for kvælstofindhold i de to faser med temperatur er vist i figur 3. Kvælstof i γ indholdet i fasen er større end dets α indholdet af nitrogen i fasen er mellem 950 og 1150 ℃ γ indholdet i fasen er 1.4% -1.5%, hvilket indikerer dets tilstedeværelse i α 10 gange indholdet i fasen.
Figur.3 Nitrogen i α Xianghe γ Indholdskurve i fase
Nitrogenindholdet i F55 duplex rustfrit stål er 0.23%, og andelen af nitrogen i de strukturelle ændringer inden for smedetemperaturområdet; Men efterhånden som smedetemperaturen falder, vil nitrogenet α Når indholdet af fasen falder, vil kvælstof α udfældet kvælstof ved korngrænsen er vanskeligt at opløse γ Fase igen fast. Når smedetemperaturen er mellem 650 og 950 ℃, nogle nitrogen former i form af Cr2N α/γ Nedbør ved fasegrænsen; Når temperaturen stiger, γ Fasereduktion, γ Faseovergang til α I fase stiger nitrogen fra høj opløselighed γ Udfældning i fasen øger også α/γ berigelse af nitrogenindhold i fasegrænsen øger den indre spænding. Ved multivarmesmedning stiger og falder temperaturen gentagne gange. Når temperaturen stiger, går γ Fase over til lavt kvælstofindhold α Fase, kvælstof fra γ Udfældning i fasen; Ved afkøling er nitrogen til stede i α-opløseligheden af fasen falder fra α Udfældning i fasen. Derfor kan flere smedningsrunder få nitrogen til at skifte fra γ-fase og α-udfældning i fasen. Imidlertid vil akkumulering af en stor mængde frit nitrogen udfældet ved korngrænser i sidste ende danne betydelig indre spænding, hvilket gør det vanskeligt effektivt at opløse og diffundere nitrogen selv gennem stor deformation gennem den trykspændingstilstand, der genereres af smedning. På grund af udfældning og berigelse af nitrogen under smedningens opvarmnings- og afkølingsprocesser dannes der betydelig intern spænding, og der dannes direkte overfladerevner på overfladen af den smedede billet. Den indre spænding forårsager forsinket overfladerevne, efter at emnet er savet eller bearbejdet
2.2 Analyse af smedningsprocessen af F55 Duplex ventilhus i rustfrit stål
Ifølge analysen af spændingsrevnemekanismen i F55 duplex ventilhuset i rustfrit stål fører flere smedningsrunder til gentagne temperaturstigninger fald, og nitrogen langs α/γ. Hovedårsagen til revnedannelse er udfældning og berigelse af fasegrænser og vanskeligheden ved effektive faste opløsninger inden for smedetemperaturområdet efter nitrogenudfældning. Under smededeformationsprocessen fremmer trækspænding udfældningen af nitrogen i mikrostrukturen, især i områder med højt nitrogenindhold γ Udfældning i fasen, og trykspænding fremmer udfældningen af nitrogen mod α-fase og γ Intrafase-diffusion; under smedningsprocessen bør spændingstilstanden inde i emnet derfor kontrolleres for at holde den i en kompressionsspændingstilstand for at undgå overdreven ikke-deformation og mikrodeformationszoner inde i emnet. Samtidig bør hurtig afkøling udføres efter smedning for at undgå Cr2N, Cr23C6 og σ-faseudfældning.
3. Procesoptimering
3.1 Kontrol af spændingstilstanden af barrer
3.1.1 Smedekontrol
Når en cirkulær barre er smedet til et kvadratisk produkt, er der uundgåeligt en stor trækspænding i midten af den cirkulære aksel barre, hvilket fremmer nitrogenorientering α/γ. Udfældningen og berigelsen af fasegrænser danner betydelige indre spændinger. En "V"-formet ambolt er effektiv, når der dannes firkantede produkter fra cirkulære emner for at undgå dannelse af trækspændinger inde i emnet. Samtidig bruges deformationsmetoden med først lille deformation og derefter stor deformation til at ændre spændingstilstanden for intern deformation, hvilket effektivt undgår den store trækspænding, der dannes inde i barren, når der dannes firkantede produkter. Når den inkluderede vinkel på den "V"-formede ambolt er 135°, er trykspændingstilstanden inde i barren den bedste.
Den originale enkelt store amboltoverfladepresning forårsagede mange ikke-deformations- og mikrodeformationsområder inde i barren. Efter at have forbedret processen blev en kombination af stor amboltoverfladepresning og lille firkantet amboltpresning vedtaget, hvilket ikke kun øgede den nære overflade deformation af barren, men også gjorde den samlede deformation af barren ensartet, hvilket sikrede, at det indre af barren er altid i en trykspændingstilstand under deformationsprocessen.
3.1.2 Temperaturregulering
F55 duplex rustfrit stål har dårlig varmeledningsevne og en stor emnestørrelse. For at forhindre en betydelig stigning i den indre temperatur på grund af for høj deformationshastighed er det nødvendigt at sænke den indledende smedningstemperatur fra 1150 ℃ til 1120 ℃, mens man kontrollerer deformationshastigheden fra 3 smedevarme til 9 smedevarme og justerer deformationsmængden fra 30 % -50 % til 20 % -25 %. Smedetemperaturen stiger, og i F55 duplex rustfrit stål γ Fase reduktion, γ Faseovergang til α I fase stiger kvælstof fra høj opløselighed γ Udfældning i fasen øger indholdet af nitrogenberiget ved korngrænser, øger indre stress, og regulering af temperaturen kan effektivt reducere graden af nitrogenberigelse ved korngrænser – hurtig afkøling efter smedning for at forhindre nitrogen, Cr2N, Cr23C6 og σ-faseudfældning.
3.2 Procesvalideringsprodukter
3.2.1 Overflade og indre kvalitet
Efter procesforbedring og smedning af emnet viser produktets overflade ikke længere revner, og der er ingen forsinkede revner efter forarbejdning. Der er ingen defekter opdaget gennem PT-test. Efter UT-testning kvalificeres produktets interne kvalitet.
3.2.2 Mekanisk funktionstest
Tabel 3 viser de mekaniske præstationstestresultater for produktet, som opfylder produktdesignkravene.
Tabel.3 Testresultater af mekaniske egenskaber for produkter
Parameter | Flydespænding ReL/MPa | Trækstyrke Rm/MPa | Forlængelse A/% |
Numerisk værdi | 650 | 770 | 67 |
4. konklusion
- (1) Under smedningsprocessen af F55 duplex rustfrit stål ventilhus, når smedetemperaturen stiger, reduceres det høje nitrogenindhold γ Fase, overgang til det lavere nitrogenindhold α Fase, nitrogen fra γ Udfældning i fasen; Når smedetemperaturen falder, falder nitrogen α-indholdet i fasen fra α Udfældning i fasen. Nitrogen udfældes og akkumuleres kontinuerligt langs korngrænserne, hvilket gør det vanskeligt for det udfældede nitrogen at opløses fast igen. α Xianghe γ-fasestrukturen danner betydelig indre spænding, hvilket fører til overfladerevner i den smedede barre og forsinket overfladerevnelse efter forarbejdning.
- (2) Under smededeformationsprocessen fremmer trækspænding udfældningen af nitrogen i mikrostrukturen, mens trykspænding forhindrer og fremmer udfældning af nitrogen mod α-fasen og γ-fasens diffusion; under smedningsprocessen bør det indre af emnet derfor holdes i en trykspændingstilstand for at undgå overdreven ikke-deformation og mikrodeformationszoner inde i emnet. Smedningen anvender en "V"-formet ambolt og en metode til lille deformation efterfulgt af stor deformation, som ændrer den indre deformationsspændingstilstand og effektivt undgår den store trækspænding, der dannes indeni, når en cirkulær sektion smedes til en firkantet sektion. Når den medfølgende vinkel på den "V"-formede ambolt er 135 °, er den indre trykspændingstilstand af barren den bedste.
Forfatter: Sun Changfen
Giv en kommentar