Optymalizowanie struktury i właściwości mechanicznych stali martenzytycznych przeznaczonych na wielkogabarytowe pierścienie

• Autorzy: Pachutko B. , Lulkiewicz J. , Surma M. , Ziółkiewicz S. , Kajpust S.

Warianty tytułu

EN

Optimization of the structure and mechanical properties of martensitic steels intended for large-size rings

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Duże zapotrzebowanie na odkuwki w postaci pierścieni dla różnych gałęzi przemysłu wymaga stosowania nowoczesnych stali martenzytycznych o właściwościach mechanicznych dostosowanych do konkretnego zastosowania. Aby sprostać wymaganiom rynku, powstała koncepcja projektu niskoodpadowej technologii kształtowania wielkogabarytowych pierścieni ze stali X20Cr13 i X10CrMoVNb9-1 o profilowanych pobocznicach. Liderem projektu jest firma Zarmen FPA. Jednym z etapów tego projektu jest opracowanie technologii obróbki cieplnej pierścieni. Wykonano badania mikrostruktury i właściwości mechanicznych (wg norm PN-EN ISO 6892-1:2016-09, PN-EN ISO 148-1:2017-02 i PN-EN ISO 6507-1:2007) na próbkach pobranych z odkuwek kutych swobodnie przy temperaturze 1110±20°C z redukcją wysokości materiału wsadowego 50% oraz obrobionych cieplnie w 2 wariantach: hartowanie stali X20Cr13 z temperatury 1020±10°C w oleju oraz odpuszczanie przy temperaturze 600°C i 700°C, hartowanie stali X10CrMoVNb9-1 z temperatury 1050±10°C w oleju oraz odpuszczanie przy temperaturze 650°C i 700°C. Materiałem wsadowym były wałki ϕ40x60 mm. Wykonano też badania porównawcze na próbkach pobranych z wałków w stanie dostawy hutniczej i poddanych obróbce cieplnej w tych samych warunkach co odkuwki. Wskaźniki Rp0,2 i Rm, zgodne z założeniami, otrzymano dla obu stali po odpuszczaniu próbek pobranych z odkuwek przy temperaturze 700°C, wynoszące odpowiednio: 660 MPa i 844 MPa dla stali X20Cr13 oraz 764 MPa i 893 MPa dla stali X10CrMoVNb9-1. Wydłużenie próbek z obu stali wyniosło 21%, a praca łamania KV2: 25 J dla stali X20Cr13 i 38 J dla stali X10CrMoVNb9-1. Planowana jest weryfikacja właściwości mechanicznych uzyskanych na próbkach pobranych z kutych wałków oraz z eksperymentalnie walcowanych pierścieni.

EN

The large demand for forgings in the form of rings for various branches of industry requires the application of modern martensitic steels with mechanical properties adapted to the specific application. To meet the requirements of the market, the first concept of low-waste forming technology for large-size rings made of X20Cr13 and X10CrMoVNb9-1 steel, with profiled side surfaces, was created. The leader of the project is Zarmen FPA. One of the stages of this project is the development of ring heat treatment technology. Tests of microstructure and mechanical properties (according to standards PN-EN ISO 68921:2016-09, PN-EN ISO 148-1:2017-02 and PN-EN ISO 6507-1:2007) were performed on samples collected from flat-die forgings at temperature 1110±20°C with 50% height reduction of the stock material and heat treatment in 2 variants: hardening of X20Cr13 steel from temperature 1020±10°C in oil and tempering at temperature 600°C and 700°C, hardening of X10CrMoVNb9-1 steel from temperature 1050±10°C in oil and tempering at temperature 650°C and 700°C. The stock material was ϕ40x60 mm shafts. Comparative tests were also performed on samples collected from shafts in the state as delivered from the mill and subjected to heat treatment under the same conditions as forgings. Indicators Rp0.2 and Rm, according to assumptions, were obtained for both steels after tempering of samples collected from forgings at temperature 700°C, and were equal to, respectively: 660 MPa and 844 MPa for X20Cr13 steel and 764 MPa and 893 MPa for X10CrMoVNb9-1 steel. Elongation of samples for both steels was 21%, and energy absorbed during fracture KV2: 25 J for X20Cr13 steel and 38 J for X10CrMoVNb9-1 steel. It is planned to verify mechanical properties obtained in samples collected from forged shafts and from experimentally rolled rings.

Słowa kluczowe

PL

stal martenzytyczna; kucie; obróbka cieplna; próba rozciągania; próba udarności

EN

martensitic steel; forging; heat treatment; tensile test; impact test

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 29, nr 4
• Strony: 315--330
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Pachutko B.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

autor

Lulkiewicz J.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

autor

Surma M.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

autor

Ziółkiewicz S.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

autor

Kajpust S.

• Zarmen FPA Sp. z o.o., ul. Filarskiego 39, 47-330 Zdzieszowice, Poland

Bibliografia

• [1] Prieto G., J.E. Ipiña Perez, W.R. Tuckart. 2014. „Cryogenic treatments on AISI 420 stainless steel: Microstructure and mechanical properties”. Materials Science & Engineering A 605: 236–243.
• [2] Norma PN-EN 10088-1:2014-12 -- Stale odporne na korozję -- Część 1: Wykaz stali odpornych na korozję.
• [3] Norma PN-EN 10088-3:2015-01 -- Stale odporne na korozję -- Część 3: Warunki techniczne dostawy półwyrobów, prętów, walcówki, drutu, kształtowników i wyrobów o powierzchni jasnej ze stali nierdzewnych ogólnego przeznaczenia.
• [4] Dobrzański J. 2011. „Nowej generacji martenzytyczne stale 9-12%Cr do pracy w warunkach pełzania na elementy krytyczne części ciśnieniowej kotłów energetycznych o nadkrytycznych parametrach pracy”. Prace IMŻ 63 (4): 1–13.
• [5] Pandej C., A. Giri, M.M. Mahapatra. 2016. „Evolution of Phases in P91 steel in various heat treatment conditions and their effect on microstructure stability and mechanical properties”. Materials Science & Engineering A 664: 58–74.
• [6] Zieliński A., M. Miczka, B. Boryczko, M. Sroka. 2016. „Forecasting in the presence of microstructural changes for the case of P91 steel after long-term ageing”. Archives of Civil and Mechanical Engineering 16: 813–824.
• [7] Guo X., Y. Jiang, J. Gong, X. Weng. 2016. “The influence of long-term thermal exposure on microstructural stabilization and mechanical properties in 9Cr-0,5Mo-1.8W-VNb heat-resistant steel”. Materials Science & Engineering A 672: 194–202.
• [8] Norma PN-EN 10222-2: 2017-06 -- Odkuwki stalowe na urządzenia ciśnieniowe -- Część 2: Stale ferrytyczne i martenzytyczne o określonych własnościach w podwyższonych temperaturach.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).