CS267865B1

CS267865B1 - Method of primary cooling of stainless steel castings

Info

Publication number: CS267865B1
Application number: CS871204A
Authority: CS
Inventors: Josef Ing Csc Bystricky; Josef Ing Bosman; Frantisek Ludvik
Original assignee: Bystricky Josef; Bosman Josef; Frantisek Ludvik
Priority date: 1987-02-24
Filing date: 1987-02-24
Publication date: 1990-02-12
Also published as: CS120487A1

Abstract

Účelem primárního vychlazování odlitků z-antikorozních ocelí je podstatné .zkrácení celého technologického postupu vychlazování a vytvoření optimálního strukturního stavu ve vztahu k docíleným plastickým vlastnostem po vychlazení a zejména po konečném tepelném zpracování. Uvedeného účelu se dosáhne tím, že po odstranění nálitků při teplotě 500 až 300 °C se odlitky homogenizují na teplotu 300 až 500 °C. Poté se postupně zchladí v peci rychlostí 2 až 20 0C.h-l do teploty 120 až 80 °. Pak se odlitky popouští při teplotě 550 až 610 °C a ochlazování v peci je rychlostí 2 až 20 °C.h"l do teploty B0 až 40 °C.The purpose of primary cooling of stainless steel castings is to significantly shorten the entire technological cooling process and create an optimal structural state in relation to the achieved plastic properties after cooling and especially after final heat treatment. The stated purpose is achieved by removing the burrs at a temperature of 500 to 300 °C and homogenizing the castings to a temperature of 300 to 500 °C. Then they are gradually cooled in a furnace at a rate of 2 to 20 0C.h-l to a temperature of 120 to 80 °. Then the castings are tempered at a temperature of 550 to 610 °C and cooling in the furnace is at a rate of 2 to 20 °C.h"l to a temperature of B0 to 40 °C.

Description

Vynález se týká způsobu primárního vychlazování rozměrných a hmotných odlitků zhotovených z antikorozních ocelí, například rozváděčích kol vodních turbín, čerpadel, oběžných lopat vodních turbín apod.The invention relates to a method for the primary cooling of large and mass castings made of anti-corrosion steels, for example water turbine manifolds, pumps, water turbine impellers and the like.

Podle současných technologií se rozměrné odlitky zhotovené z antikorozních ocelí, obsahujících 13 '-í chrómu, 4 nebo 6 t niklu a 0,5 % molybdenu, vychlazují po odlití nejdříve ve formě do teploty 400 až 600 °C. Pak následuje vytržení odlitků, hrubé očištění od formovacích materiálů a upálení nálitků. Teplota v nejslabším místě odlitku nesmí klesnout pod 300 θθ. Po vyrovnání teplot v peci následuje regulované ochlazování rychlostí nejvýše 10 °C.h-l do teploty prvé transformace, tj. 120 až 80 °C. Následuje popuštění při teplotě- 590 až 610 OC. Po prodlevě na této teplotě se odlitek ochlazuje v peci rychlostí nejvýše 10 ⁰C.h~l do teploty 80 až 40 °C. Po vyrovnání teploty v celém průřezu odlitku se provede popuštění při 590 až 610 °C s následným chladnutím v peci do teploty 300 OC.According to current technologies, large castings made of anti-corrosion steels containing 13 'chromium, 4 or 6 t of nickel and 0.5% molybdenum are first cooled in the mold after casting to a temperature of 400 to 600 ° C. This is followed by tearing out the castings, rough cleaning of the molding materials and burning of the risers. The temperature at the weakest point of the casting must not fall below 300 θθ. After equilibration of the furnace temperatures, controlled cooling follows at a rate of at most 10 ° Ch-1 to the temperature of the first transformation, i.e. 120 to 80 ° C. This is followed by tempering at a temperature of 590 to 610 ° C. After a dwell time at this temperature in the furnace is cooled casting speed exceeding 10 Ch ~ l ⁰ in a temperature 80 to 40 ° C. After equalizing the temperature in the entire cross-section of the casting, tempering is carried out at 590 to 610 ° C, followed by cooling in an oven to a temperature of 300 ° C.

Nevýhodou dosavadních způsobů primárního vychlazování rozměrných a hmotných odlitků z antikorozních ocelí je velká časová náročnost výše uvedeného technologického režimu. Další nevýhodou je nízká míra bezpečnosti proti vzniku transformačních trhlin, vyplývající z toho, že po skončeném primárním vychlazování odlitků je struktura tvořena směsí popuštěného martenzitu, popouštěcího austenitu a netransformovaného austenitu. Hranice dendritických zrn jsou lemovány souvislou sítí karbidu chrómu, takže základní kovová matrice se vyznačuje velmi nízkou úrovní pevnosti v kohezi i nízkými plastickými vlastnostmi. Tento strukturní stav se pak může v průběhu úpravárenských operací, tj. při odstraňování zbytků formovacích směsí pomocí tlakové vody, zejména v zimních měsících, kdy teplota vody dosahuje až +5 °C, podílet na vzniku pnulových trhlin, jako důsledek dodatečné transformace zbytkového austenitu na martenzit.The disadvantage of the existing methods of primary cooling of large and mass castings from stainless steels is the great time-consuming nature of the above technological regime. Another disadvantage is the low degree of safety against the formation of transformation cracks, resulting from the fact that after the primary cooling of the castings is completed, the structure consists of a mixture of tempered martensite, tempering austenite and untransformed austenite. The boundaries of the dendritic grains are lined with a continuous network of chromium carbide, so that the basic metal matrix is characterized by a very low level of cohesion strength and low plastic properties. This structural state can then contribute to the formation of full-scale cracks during the treatment operations, ie during the removal of residual molding mixtures with pressurized water, especially in the winter months, when the water temperature reaches up to +5 ° C, as a result of additional transformation of residual austenite to martensite.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob primárního vychlazování odlitků z antikorozních ocelí, kde se odlitky, po odstranění nálitků při teplotě v rozmezí 500 až 300 °C a následné homogenizaci teploty na 300 až 500 °C, postupně zchladí v peci rychlostí 2 až 20 °C.h^ do teploty 120 až 80 °C, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se odlitky následně ohřejí na teplotu 550 až 610 °C, načež následuje ochlazování rychlostí 2 až 20 °C.h^-1 na teplotu 80 až 40 °C.The above-mentioned disadvantages are eliminated by the method of primary cooling of stainless steel castings, where the castings, after removal of the risers at a temperature in the range of 500 to 300 ° C and subsequent homogenization of the temperature to 300 to 500 ° C, are gradually cooled in the furnace at 2 to 20 ° C. temperature of 120 to 80 ° C, according to the invention, the essence of which consists in that the castings are subsequently heated to a temperature of 550 to 610 ° C, followed by cooling at a rate of 2 to 20 ° C ^-1 to a temperature of 80 to 40 ° C.

Předností způsobu podle vynálezu je podstatné urychlení technologické operace primárního vychlazování. Zkrácení procesu představuje úsporu pecní kapacity v průměru o 30 %. U rozměrných a hmotných odlitků je to úspora až 95 hodin. Další předností způsobu podle vynálezu je skutečnost, že po dochlazení ve druhém stupni na teplotu 80 až 40 °C je struktura tvořena směsí popuštěného martenzitu, popouštěcího austenitu a zbytkového austenitu. Tomuto strukturnímu stavu odpovídá hodnota vrubové houževnatosti 25 až 45 3.cm a tranzitní teplota 50 až 80 °C. 3e tedy nejnižší teplota dochlazení právě limitní pro polohu tranzitní teploty. Tím je splněn základní požadavek pro bezpečné a reprodukovatelné primární vychlazení odlitků. Mimo zachování celistvosti odlitků se vytvoří optimální strukturní podmínky pro následné zpracování na konečnou.jakost. jednonásobný ohřev na popouštěcí teplotu v rozmezí 550 až 610 °C snižuje obsah popouštěcího austenitu ve srovnání s dvojnásobným popouštěním o 25 až 30 ¾. Tím se snižuje následná kalicí teplota konečného tepelného zpracování a současně s tím i teplota transformace tak, že po austenitizačním ohřevu a dochlazení na teplotu dílny je podíl transformované fáze 90 až 96 což zaručuje vynikající pevnostní a plastické vlastnosti. 'An advantage of the method according to the invention is the substantial acceleration of the technological operation of the primary cooling. Shortening the process represents a saving of furnace capacity by an average of 30%. For large and material castings, this saves up to 95 hours. Another advantage of the process according to the invention is the fact that, after cooling in the second stage to a temperature of 80 to 40 ° C, the structure consists of a mixture of tempered martensite, tempering austenite and residual austenite. This structural state corresponds to a notched toughness value of 25 to 45 3.cm and a transit temperature of 50 to 80 ° C. 3e, therefore, the lowest aftercooling temperature is just the limit for the position of the transit temperature. This meets the basic requirement for safe and reproducible primary cooling of castings. In addition to maintaining the integrity of the castings, optimal structural conditions are created for subsequent processing to the final quality. single heating to a tempering temperature in the range of 550 to 610 ° C reduces the content of tempering austenite compared to double tempering by 25 to 30 ¾. This reduces the subsequent hardening temperature of the final heat treatment and at the same time the transformation temperature so that after austenitizing heating and cooling to the workshop temperature, the proportion of the transformed phase is 90 to 96, which guarantees excellent strength and plastic properties. '

Příkladem řešení způsobu podle vynálezu je technologický postup primárního vychlazování odlitku oběžné lopatky Kaplanovy turbíny o hmotnosti 20 t. Odlitek z oceli obsahuje v hmotnostních procentech 0,05 % uhlíku, 0,75 % manganu, 0,39 \ křemíku, 12,60 % chrómu, 5,64 % niklu, 0,46 % molybdenu, 0,017 % fosforu, 0,015 % síry, zbytek železo. Odlitek chladne ve formě v intervalu teplot 1 600 až 600 °C rychlostí 5 °C.h^-^. Po dosažení teploty 450 °C se odlitek vytrhne z formy a při této teplotě se pálením odstraní nálitek. List lopaty je při pálení chráněn proti ochlazování rohožemi z vláknitých keramických materiálů. Po skončeném pálení je teplota v místě čepu 410 °C, v místě listu 325 °C. Lopata se založí na vozovou pec teplou 350 °C, s prodlevou na vyrovnání teplot 12 h. Pak následuje chladnutí v peci průměrnou rychlostí 9,5 °C.h^-1. Přitom maximální rychlost ochlazování v intervalu teplot 350 až 200 °C je 14,5 θΟ.Η^-·¹. V okamžiku docílení prvého vychlazovacího stupně je teplota lopatky v rozmezí 90 až 110 °C. Následuje ohřev rychlostí 20 °C.h”^ na teplotu 570 až 590 °C s prodlevou 20 h.An example of the solution of the method according to the invention is the technological process of primary cooling of the casting of the impeller blade of a Kaplan turbine with a weight of 20 t. , 5.64% nickel, 0.46% molybdenum, 0.017% phosphorus, 0.015% sulfur, the remainder iron. The casting cools in the mold in the temperature range of 1,600 to 600 ° C at a rate of 5 ° Ch ^- ^. After reaching a temperature of 450 ° C, the casting is pulled out of the mold and at this temperature the sprue is removed by firing. The blade of the bucket is protected against cooling by mats made of fibrous ceramic materials during firing. After firing, the temperature at the point of the pin is 410 ° C, at the point of the leaf 325 ° C. The bucket is placed on a car furnace at a temperature of 350 ° C, with a temperature equalization delay of 12 h. This is followed by cooling in the furnace at an average rate of 9.5 ° Ch ^-1 . The maximum cooling rate in the temperature range 350 to 200 ° C is 14.5 θΟ.Η ^- · ¹ . At the moment of reaching the first cooling stage, the temperature of the blade is in the range of 90 to 110 ° C. This is followed by heating at a rate of 20 DEG C. to a temperature of 570 DEG to 590 DEG C. with a delay of 20 hours.

Následné chladnutí v peci da teploty čepu 75 °C a listu 55 °C probíhá průměrnou rychlostí 7,5 °C.h^-1. Maximální rychlost ochlazování odpovídá intervalu teplot 580 až 200 °C a je 18,5 °C.h”l. Pro vyrovnání teplot mezi listem a čepem na 50 až 60 °C se zařadí prodleva 8 h, po níž se provede tepelné zpracování na konečnou jakost, sestávající z ohřevu na teplotu 930 až 960 °C, s ochlazením na vzduchu a popuštění na teplotu 570 až 590 °C.Subsequent cooling in the oven at a pin temperature of 75 ° C and a blade temperature of 55 ° C takes place at an average rate of 7.5 ° Ch ^-1 . The maximum cooling rate corresponds to a temperature range of 580 to 200 ° C and is 18.5 ° C. To equalize the temperatures between the blade and the pin to 50 to 60 ° C, a delay of 8 h is included, after which a heat treatment to final quality is performed, consisting of heating to 930 to 960 ° C, air cooling and tempering to 570 to 590 ° C.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

A method of primary cooling of stainless steel castings, where the castings, after removal of the bosses at a temperature in the range of 500 to 300 ° C and subsequent homogenization of the temperature to 300 to 500 ° C, are gradually cooled in an oven at a rate of 2 to 20 ° C to a temperature of 120 to 80 ° C, characterized in that the castings are subsequently heated to a temperature of 550 to 610 ° C, followed by cooling at a rate of 2 to 20 ° C to a temperature of 80 to 40 ° C. ’