Водород и флокены в крупных поковках

Склюев П.В.

Машгиз, 1963 г.

ОСНОВНЫЕ   ПРИНЦИПЫ  РАЗРАБОТКИ  РЕЖИМОВ ОХЛАЖДЕНИЯ  КРУПНЫХ  ПОКОВОК

Как показывает практика охлаждения крупных поковок и литературные данные, конструкционные стали, применяемые в тяжелом машиностроении, в отношении флокеночувствительности можно разделить на четыре группы.

1. Стали с низкой флокеночувствительностью — углеродистые, содержащие до 0,5—0,6% углерода, и низколегированные 35Н, 40Н, 50Н. Мелкие поковки из этих марок стали могут охлаждаться на воздухе или в яме. Крупные поковки обычно подвергаются нормализации с изотермической выдержкой в течение 1,5—2,0 час. на 100 ммсечения и выдержкой для выравнивания температуры крупной садки в течение примерно 20 час. Фактор времени равен 0,02—0,03. Для особо ответственных поковок изотермическая выдержка при 640—660° увеличивается так, чтобы фактор времени стал 0,03—0,04. Это же относится к поковкам, отковываемым из весьма крупных слитков.

2. Стали со средней флокеночувствительностью — среднелегированные 40Х, 38ХГН, 34ХМ, 34ХМ1А, 40ХН, 60ХН и т. п. Поковки из этих сталей даже больших сечений (до 1000—1300 мм) в том случае, когда они после предварительной механической  обработки подвергаются окончательной термической обработке (закалке с отпуском или нормализации с отпуском), после ковки подвергаются изотермической выдержке без перекристаллизации. Поковки же особо ответственные из крупных слитков (роторы, турбинные валы и т. п.) после ковки подвергаются нормализации с изотермической выдержкой. Переохлаждение перед изотермической выдержкой необходимо только для обеспечения быстрого переохлаждения и превращения аустенита по всему сечению поковки.

Если же охлаждение после ковки является окончательной термической обработкой, то поковки подвергаются нормализации с изотермической выдержкой при 600—660°. Длительность изотермической выдержки равняется 5—8 час. на 100 ммсечения, а фактор времени 0,04—0,06. Для весьма ответственных поковок, а также для поковок, отковываемых из весьма крупных слитков, фактор времени соответствует верхнему пределу и может даже превышать его.

3. Стали с повышенной флокеночувствительностью — высоколегированные 5ХНВ, 5ХНМ и др. Эти стали обладают повышенной и высокой устойчивостью аустенита в перлитной области. Поковки из них после ковки, как правило, подвергаются переохлаждению до температур, обеспечивающих бейнитное превращение по всему сечению (до 250—320°). Более низкая температура переохлаждения, учитывая различия в сечениях, колебания температуры по объему печи и т. д., нежелательна из-за опасности появления флокенов при высоком содержании водорода. Переохлаждение производится в печи с выключенным газом на выкаченной подине или на воздухе со снятием с подины.

После переохлаждения поковки закатываются в печь, в которой выдерживаются в течение 1,2—1,5 час. на 100 ммсечения при 250—320°. Практика Уралмашзавода по охлаждению поковок показывает, что такая выдержка и температура достаточны для превращения аустенита по всему сечению. Длительность изотермической выдержки при температурах 640—660° обычно принимается из расчета 100 ммпри факторе времени 0,06—0,08.

Изотермическая выдержка для поковок квадратного и прямоугольного сечения увеличивается по сравнению с поковками круглого сечения в 1,4—1,5 раз.

4. Стали с высокой флокеночувствительностью 34ХНЗМ, 34ХН1М, 20ХЗН4А, 18ХНВА и т. д. Эти стали обладают весьма высокой устойчивостью аустенита в перлитной области. Поковки из них сечением до 800 ммобычно подвергаются простому изотермическому охлаждению  с переохлаждением до 250—320°, с выдержкой при этих температурах по 1,2—1,5 час. на 100 мм, нагревом до 640—660° и выдержкой при 640—660° в течение 12— 15 час. на 100 мм.

Весьма крупные поковки особо ответственного назначения (диски с высотой ступицы выше 350 мм, ответственные поковки с диаметром свыше 100Qмм) после ковки подвергаются промежуточной изотермической выдержке (промежуточному отжигу), состоящей из переохлаждения до 250—320° и изотермической выдержки при 640—660° в течение 10 час. на 100 ммдиаметра или 14 час. на 100 ммвысоты ступицы диска, с последующим нагревом под окончательную ковку. Снижение флокеночувствительности в этом случае достигается не только в результате дополнительной изотермической выдержки, но и в результате дополнительной ковки. Окончательным охлаждением поковок является или нормализация с изотермической выдержкой (роторы и другие уникальные поковки), или изотермическое охлаждение (диски) с выдержкой до 16—20 час на 100 ммдиаметра или высоты ступицы. Фактор времени для этих поковок колеблется обычно в пределах 0,09—0,12.

Практика охлаждения крупных поковок показывает, что при данном уровне качества стали (содержании водорода, степени развития ликвационной неоднородности) основным фактором, влияющим на появление флокенов, является длительность изотермической выдержки. Во всех случаях нашей практики, когда при освоении нового вида деталей обнаруживались флокены, увеличение длительности изотермической выдержки предотвращало их появление.

Раньше было указано, что растягивающие напряжения способствуют появлению флокенов. Следовательно, охлаждение крупных поковок после изотермической выдержки должно быть достаточно медленным в интервале температур пластического и упруго-пластического состояния (выше 450—500°) для того, чтобы не вызывать значительных растягивающих напряжений в центральной зоне поковок. Охлаждение ниже 300—400° может быть проведено на воздухе.