RU2503727C2 - Method of making heat exchanger shell from austenite stainless steel - Google Patents
Method of making heat exchanger shell from austenite stainless steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2503727C2 RU2503727C2 RU2012107495/02A RU2012107495A RU2503727C2 RU 2503727 C2 RU2503727 C2 RU 2503727C2 RU 2012107495/02 A RU2012107495/02 A RU 2012107495/02A RU 2012107495 A RU2012107495 A RU 2012107495A RU 2503727 C2 RU2503727 C2 RU 2503727C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat treatment
- annealing
- shell
- stainless steel
- minutes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке аустенитной нержавеющей стали, и может быть использовано при изготовлении внутренних оболочек теплообменников, полученных методом ротационного выдавливания с последующей механической обработкой, а именно блока сопла камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя.The invention relates to metallurgy, in particular to the heat treatment of austenitic stainless steel, and can be used in the manufacture of inner shells of heat exchangers obtained by rotational extrusion followed by mechanical processing, namely, a nozzle block of a combustion chamber of a liquid propellant rocket engine.
Известен способ изготовления и термической обработки котировочных зеркал из аустенитной нержавеющей стали, включающий механическую обработку заготовок, обработку холодом, пластическую деформацию, шлифование, повторную обработку холодом, деформацию и доводку (Патент РФ №2038388 C1, 27.06.1995 - аналог).A known method of manufacturing and heat treatment of quotation mirrors made of austenitic stainless steel, including machining of workpieces, cold working, plastic deformation, grinding, repeated cold treatment, deformation and lapping (RF Patent No. 2038388 C1, June 27, 1995 - analogue).
Недостатком такого способа является необходимость предварительно проводить охлаждение заготовок из сталей 09Х18Н10Т и 12Х18Н10Т в течение 4-5 минут в жидком азоте при - 196°C при степени деформации 55-65%, с последующим немедленным старением при 400-420°C.The disadvantage of this method is the need to pre-cool the billets of steel 09Kh18N10T and 12Kh18N10T for 4-5 minutes in liquid nitrogen at -196 ° C with a degree of deformation of 55-65%, followed by immediate aging at 400-420 ° C.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является создание способа изготовления оболочки теплообменника из аустенитной нержавеющей стали, который улучшит условия для механической обработки аустенитной нержавеющей стали, например 12Х18Н10Т, и обеспечит необходимые геометрические размеры и состояние поверхности охлаждающих каналов блока сопла камеры сгорания.The technical result to which this invention is directed is to create a method for manufacturing a heat exchanger shell made of austenitic stainless steel, which will improve the conditions for machining austenitic stainless steel, for example 12X18H10T, and provide the necessary geometric dimensions and surface condition of the cooling channels of the combustion chamber nozzle block.
Данный технический результат достигается с помощью способа изготовления оболочки теплообменника из аустенитной нержавеющей стали, включающий формообразование оболочки методом ротационного выдавливания за четыре перехода. Затем проводят термическую обработку после каждого перехода. Выполняют механическую обработку оболочки фрезерованием с образованием в ней охлаждающих каналов.This technical result is achieved using a method of manufacturing a heat exchanger shell made of austenitic stainless steel, including forming the shell by rotational extrusion in four transitions. Then heat treatment is carried out after each transition. The shell is machined by milling with the formation of cooling channels in it.
При этом после третьего и четвертого переходов проводят механический наклеп со степенью де4юрмации 38,0% и 45,0% соответственно. Термическую обработку в виде рекристаллизационного отжига осуществляют при температуре 780°C-800°C в течение 30 минут.In this case, after the third and fourth transitions, mechanical hardening is carried out with a degree of dermation of 38.0% and 45.0%, respectively. Heat treatment in the form of recrystallization annealing is carried out at a temperature of 780 ° C-800 ° C for 30 minutes.
Одним из наиболее прогрессивных технологических процессов получения деталей типа конусообразных оболочек является ротационное выдавливание (Гредитор М.А. Давильные работы и ротационное выдавливание. М., «Машиностроение», 1971, с.15-37).One of the most advanced technological processes for producing parts such as cone-shaped shells is rotational extrusion (Gredor MA Pressing and rotational extrusion. M., "Engineering", 1971, p.15-37).
Изготовление оболочки блока сопла камеры сгорания выполняют на стане ХТРВ-2500 и предусматривает четыре перехода (фиг.1).The manufacture of the shell of the block of the nozzle of the combustion chamber is performed on the HTRV-2500 mill and provides for four transitions (Fig. 1).
При выполнении первого (I) и второго переходов (II) обкаткой происходит изменение формы заготовки без существенного изменения толщины материала со степенью деформации 6,0%.When performing the first (I) and second transitions (II) by run-in, the shape of the workpiece changes without a significant change in the thickness of the material with a degree of deformation of 6.0%.
Выполнение формообразования ротационным выдавливанием сопровождается утонением заготовки после третьего (III) перехода с 16 мм до 10 мм (степень деформации 38,0%) и после четвертого (IV) с 10 мм до 5,5 мм (степень деформации 45,0%).Forming by rotational extrusion is accompanied by thinning of the workpiece after the third (III) transition from 16 mm to 10 mm (strain rate 38.0%) and after the fourth (IV) from 10 mm to 5.5 mm (strain rate 45.0%).
Термическая обработка после каждого перехода формообразования проводилась по режиму: закалка при температуре 1050°C в течение 30 минут с охлаждением на воздухе (Сорокин В.Г., Волосникова А.В., Вяткин С.А. и др. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 1989, с.524-525).The heat treatment after each transition of shaping was carried out according to the regime: quenching at a temperature of 1050 ° C for 30 minutes with cooling in air (Sorokin V.G., Volosnikova A.V., Vyatkin S.A. et al. Marochnik of steels and alloys. M.: Engineering, 1989, p. 544-525).
На окончательно готовой оболочке вдоль образующей фрезеруют охлаждающие каналы переменной толщины с ребрами, которые должны иметь стабильные размеры и постоянный шаг между ребрами.On the finished shell along the generatrix, cooling channels of variable thickness with ribs are milled, which must have stable dimensions and a constant pitch between the ribs.
В связи с высокой пластичностью стали в процессе механической обработки происходит ее наволакивание на режущий инструмент и поверхность каналов, что приводит к уменьшению сечения каналов, утонению ребер и изменению шага между ребрами. При сборке отверстия в коллекторе не совпадают с пазами между ребрами, что может привести к неравномерному охлаждению блока сопла. Уменьшение сечения приводит к образованию запаев в каналах в процессе пайки с потерей охлаждения на этих участках.Due to the high ductility of steel during machining, it is wrapped on the cutting tool and the surface of the channels, which leads to a decrease in the cross section of the channels, thinning of the ribs and a change in the pitch between the ribs. When assembling, the holes in the manifold do not coincide with the grooves between the ribs, which can lead to uneven cooling of the nozzle block. Reducing the cross section leads to the formation of seals in the channels during the soldering process with loss of cooling in these areas.
Металлографическое исследование заготовок после различных переходов производилось на образцах, вырезанных вдоль и поперек образующей непосредственно после операции раскатки и после термической обработки при температуре 1050°C в течение 30 минут.A metallographic study of the blanks after various transitions was carried out on samples cut along and across the generatrix immediately after the rolling operation and after heat treatment at a temperature of 1050 ° C for 30 minutes.
После первого и второго перехода значительного изменения величины зерна и структуры по отношению к исходному состоянию не обнаружено. После третьего перехода, вследствие значительной степени деформации имеет место искажение формы зерен, а после четвертого исчезает четкая граница между зернами.After the first and second transitions, no significant changes in the grain size and structure with respect to the initial state were detected. After the third transition, due to a significant degree of deformation, the grain shape is distorted, and after the fourth, a clear boundary between the grains disappears.
После отжига по режиму: температура 1050°C, в течение 30 минут происходит полная рекристаллизация стали с ростом зерен аустенита до размеров соответствующих исходному состоянию.After annealing according to the regime: temperature 1050 ° C, steel is completely recrystallized within 30 minutes with the growth of austenite grains to sizes corresponding to the initial state.
При ротационном выдавливании в качестве исходной заготовки используют лист толщиной 16,0 мм. По результатам обработки данных проверки 10 плавок средним уровень механических свойств составляет: предел прочности σв=63,2 кгс/мм2, предел текучести σ0,2=39,6 кгс/мм2, относительное удлинение δ=49,2%.During rotational extrusion, a sheet with a thickness of 16.0 mm is used as the initial blank. According to the results of processing the test data of 10 heats, the average level of mechanical properties is: tensile strength σ in = 63.2 kgf / mm 2 , yield strength σ 0.2 = 39.6 kgf / mm 2 , elongation δ = 49.2%.
Определение механических свойств заготовок после каждого из четырех переходов проводилось на шести продольных и поперечных образцах, вырезанных вдоль и поперек образующей оболочки непосредственно после операции обкатки и после термической обработки. После третьего и четвертого переходов, при деформации 38,0% и 45,0% соответственно, наблюдается значительный рост предела прочности и предела текучести при снижении пластичности.The mechanical properties of the workpieces after each of the four transitions were determined on six longitudinal and transverse samples cut along and across the generatrix of the shell immediately after the running-in operation and after heat treatment. After the third and fourth transitions, with a strain of 38.0% and 45.0%, respectively, a significant increase in the tensile strength and yield strength with a decrease in ductility is observed.
Термообработка при температуре 1050°C в течение 30 минут с охлаждением на воздухе восстанавливает уровень свойств, который был до ротационного выдавливания. Данные по результатам испытаний приведены в таблице №1.Heat treatment at a temperature of 1050 ° C for 30 minutes with cooling in air restores the level of properties that was before rotational extrusion. Data on the test results are shown in table No. 1.
С целью определения оптимального режима отжига для проведения последующей механической обработки было проведено исследование изменения структуры и механических свойств материала оболочки стали 12Х18Н10Т после III и IV переходов с последующим отжигом при температурах 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C, 700°C, 800°C, 900°C, 1000°C, 1100°C, 1200°C в течение 30 минут с охлаждением на воздухе. Данные по изменению предела прочности, предела текучести и относительного удлинения в зависимости от температуры после раскатки без термообработки приведены в таблице №2.In order to determine the optimal annealing mode for subsequent machining, we studied the changes in the structure and mechanical properties of the shell material of steel 12Kh18N10T after III and IV transitions followed by annealing at temperatures of 200 ° C, 300 ° C, 400 ° C, 500 ° C, 600 ° C, 700 ° C, 800 ° C, 900 ° C, 1000 ° C, 1100 ° C, 1200 ° C for 30 minutes with air cooling. Data on the change in tensile strength, yield strength and elongation depending on the temperature after rolling without heat treatment are shown in table No. 2.
При отжиге в интервале температур 700°C-800°C наблюдается снижение предела прочности, предела текучести и повышение пластичности до уровня, необходимого для проведения механической обработки оболочки с обеспечением необходимых геометрических размеров и состояния поверхности.During annealing in the temperature range 700 ° C-800 ° C, a decrease in the tensile strength, yield strength and increase in ductility to the level required for mechanical processing of the shell with the necessary geometric dimensions and surface conditions are observed.
К числу показателей механических свойств, оказывающих в первую очередь влияние на сопротивление материала деформированию относятся предел прочности, предел текучести и относительное удлинение (Давыдов Ю.П. и Покровский Г.В. Листовая штамповка легированных сталей и сплавов. Оборонгиз 1962, с.9).Among the indicators of mechanical properties that primarily affect the resistance of a material to deformation are tensile strength, yield strength, and elongation (Davydov Yu.P. and Pokrovsky GV Sheet stamping of alloy steels and alloys. Oborongiz 1962, p.9) .
Для обеспечения достаточных условий при обработке резанием оболочки из стали 12Х18Н10Т, также большое значение имеют отношение предела прочности к пределу текучести σв/σ0,2 и относительное удлинение 5. При степени деформации 38,0% и 45,0% после отжига 800°C в течение 30 минут отношение предела прочности к пределу текучести составляет соответственно 1,65 и 1,72, в то время как после отжига 1050°C в течение 30 минут оно находится в пределах от 2,0 до 2,25 (таблица №3).To ensure sufficient conditions when cutting a shell made of 12Kh18N10T steel by cutting, the ratio of tensile strength to yield strength σ in / σ 0.2 and elongation of 5 are also very important. With a degree of deformation of 38.0% and 45.0% after annealing at 800 ° C for 30 minutes, the ratio of tensile strength to yield strength is 1.65 and 1.72, respectively, while after annealing at 1050 ° C for 30 minutes it is in the range from 2.0 to 2.25 (table No. 3 )
Методом высокотемпературной рентгенографии на дифрактометре ДРОН 1,5 изучалось изменение линии кристаллической решетки аустенита в интервале температур от 200°C до 1000°C и было установлено, что первичная рекристаллизация стали 12Х18Н10Т, подвергнутой ротационному выдавливанию с деформацией от 38,0% до 45,0%, начинается при температуре 700°C и завершается при 800°C.Using high-temperature X-ray diffraction on a DRON 1.5 diffractometer, we studied the change in the austenite crystal lattice line in the temperature range from 200 ° C to 1000 ° C and it was found that the primary recrystallization of 12Kh18N10T steel subjected to rotational extrusion with deformation from 38.0% to 45.0 %, starts at 700 ° C and ends at 800 ° C.
Такие же результаты были получены при исследовании структурного состояния стали 12Х18Н10Т в зависимости от температуры отжига. Установлено, что первичная рекристаллизация начинается при температуре 780°C (Кайбышев О.А., Гордиенко С.Г. Сверхпластичность стали Х18Н10Т. МиТОМ №4, 1973, с.66-67).The same results were obtained when studying the structural state of 12Kh18N10T steel depending on the annealing temperature. It has been established that primary recrystallization begins at a temperature of 780 ° C (Kaybyshev OA, Gordienko SG. Superplasticity of Kh18N10T steel. MiTOM No. 4, 1973, p. 66-67).
В работе Костыкова О.С. «Закономерность формирования фазового состава и текстуры в аустенитных и малоуглеродистых сталях при прокате и листовой штамповке» (Диссертация, 2001 г.) была определена закономерность формирования фазового состава и текстуры аустенитных сталей при прокате и установлено, что основным резервом для улучшения условий проката и повышения штампуемости является структурный фактор. Пластическая деформация аустенитной стали в этих условиях происходит с образованием мартенсита. Однако при таких условиях деформации отжиг при 600°C-700°C сопровождается обратным мартенситным превращением и возвращением уровня механических свойств к исходному состоянию.In the work of Kostykov, O.S. “The regularity of the formation of the phase composition and texture in austenitic and low-carbon steels during rolling and sheet stamping” (Thesis, 2001), the regularity of the formation of the phase composition and texture of austenitic steels during rolling was determined and it was established that the main reserve for improving the conditions of rolling and increasing stampability is a structural factor. Plastic deformation of austenitic steel under these conditions occurs with the formation of martensite. However, under such strain conditions, annealing at 600 ° C – 700 ° C is accompanied by reverse martensitic transformation and the return of the level of mechanical properties to the initial state.
Пластическая деформация при механическом наклепе, который имеет место при ротационном выдавливании, приводит к торможению мартенситного превращения в не распавшемся аустените.Plastic deformation during mechanical hardening, which takes place during rotational extrusion, inhibits the martensitic transformation in non-decomposed austenite.
В работах Г.В Курдюмова и О.П. Максимовой, А.Н. Никоноровой «Проблемы металловедения и физики металлов» (Сб.5, Металлургиздат, 1958, с.41) было показано, что малые степени деформации активизируют превращение, а большие тормозят его. Так в стали с 0,05% C; 17,25% Cr; 9,16% Ni (деформация при 100°C) при -125°C в недеформированном состоянии и после деформации 17,0% образуется 2,7% и менее одного процента мартенсита соответственно. Нагрев выше 400°C уменьшает напряжения второго рода. В интервале 400°C -600°C тормозящий эффект наклепа еще не снимается и только нагрев до 800°C растормаживает этот процесс и устраняет напряжения второго рода.In the works of G.V. Kurdyumov and O.P. Maximova, A.N. Nikonorova's “Problems of Metal Science and Metal Physics” (Sat. 5, Metallurgizdat, 1958, p. 41) it was shown that small degrees of deformation activate the transformation, while large ones inhibit it. So in steel with 0.05% C; 17.25% Cr; 9.16% Ni (deformation at 100 ° C) at -125 ° C in the undeformed state and after deformation of 17.0% 2.7% and less than one percent of martensite are formed, respectively. Heating above 400 ° C reduces stresses of the second kind. In the range of 400 ° C -600 ° C, the braking effect of hardening is not yet removed and only heating to 800 ° C inhibits this process and eliminates second-type stresses.
Состояние поверхности и формирование охлаждающих каналов при фрезеровании после отжига при температуре 800°C и 1050°C представлено на фиг.2а и б соответственно.The surface condition and the formation of cooling channels during milling after annealing at a temperature of 800 ° C and 1050 ° C are presented in figa and b, respectively.
Изменение шага между ребрами после выполнения отжига при температуре 800°C в течение 30 минут находится в пределах допуска от 0,2 мм до 0,85 мм. Статистический анализ разношаговости в зависимости от температуры отжига представлен на фиг.3 (1 - при температуре 1050°C, 2 - при температуре отжига 800°C).The change in pitch between the ribs after performing annealing at a temperature of 800 ° C for 30 minutes is within the tolerance of 0.2 mm to 0.85 mm. A statistical analysis of the differential steps depending on the annealing temperature is shown in Fig. 3 (1 - at a temperature of 1050 ° C, 2 - at an annealing temperature of 800 ° C).
Таким образом, установлен режим термической обработки оболочки теплообменника из аустенитной нержавеющей стали, например 12Х18Н10Т, полученной ротационным выдавливанием, который обеспечивает проведение механической обработки с выполнением необходимых геометрии и состояния поверхности охлаждающих каналов в блоке сопла камеры сгорания.Thus, the regime of heat treatment of the shell of the heat exchanger made of austenitic stainless steel, for example 12X18H10T, obtained by rotational extrusion, which provides mechanical processing with the necessary geometry and surface condition of the cooling channels in the nozzle block of the combustion chamber, is set.
В таблице приведены минимальные, максимальные и средние значения результатов испытаний шести образцов.The table shows the minimum, maximum and average values of the test results of six samples.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012107495/02A RU2503727C2 (en) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | Method of making heat exchanger shell from austenite stainless steel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012107495/02A RU2503727C2 (en) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | Method of making heat exchanger shell from austenite stainless steel |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012107495A RU2012107495A (en) | 2013-09-10 |
RU2503727C2 true RU2503727C2 (en) | 2014-01-10 |
Family
ID=49164487
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012107495/02A RU2503727C2 (en) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | Method of making heat exchanger shell from austenite stainless steel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2503727C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2227765C1 (en) * | 2002-09-12 | 2004-04-27 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А.Дегтярева" | Method for making thin-wall cylindrical envelope from martensite ageing steels |
RU2365633C1 (en) * | 2008-06-24 | 2009-08-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") | Method of cryogenic-deformation processing of steel |
RU2394922C1 (en) * | 2009-10-23 | 2010-07-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") | Procedure for cryogen-deformative treatment of steel |
RU2426617C1 (en) * | 2010-03-18 | 2011-08-20 | Федеральное Государственное унитарное предприятие "Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" | Method of producing thin-wall shells |
-
2012
- 2012-02-28 RU RU2012107495/02A patent/RU2503727C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2227765C1 (en) * | 2002-09-12 | 2004-04-27 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А.Дегтярева" | Method for making thin-wall cylindrical envelope from martensite ageing steels |
RU2365633C1 (en) * | 2008-06-24 | 2009-08-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") | Method of cryogenic-deformation processing of steel |
RU2394922C1 (en) * | 2009-10-23 | 2010-07-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") | Procedure for cryogen-deformative treatment of steel |
RU2426617C1 (en) * | 2010-03-18 | 2011-08-20 | Федеральное Государственное унитарное предприятие "Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" | Method of producing thin-wall shells |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012107495A (en) | 2013-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103008342B (en) | Production method of 5052-H32 aluminum alloy plate-strip | |
CN111386354B (en) | Metal ring formed of beryllium copper alloy | |
CN106414788B (en) | The manufacturing method of Fe-Ni base superalloy | |
CN111868287A (en) | Method for producing Ni-based superalloy and Ni-based superalloy | |
CN103014454A (en) | Production method of 5052-H34 aluminum alloy plate strip | |
RU2555267C2 (en) | Method of fabrication of thin sheets from two-phase titanium alloy and product from these sheets | |
CN102994918A (en) | Production method of 5754-H32 aluminum alloy plate strip | |
US10948046B2 (en) | CVT ring member and method for manufacturing the same | |
EP2883974B1 (en) | Wire rod having good strength and ductility and method for producing same | |
CN100590210C (en) | Technological process for improving twin boundary amount in gamma' precipitation strengthened type ferrous alloy | |
CN112536406B (en) | Forging drawing method for avoiding surface cracking | |
CN102626724B (en) | Method for producing titanium alloy pipe | |
WO2015009416A1 (en) | High strength-high ductility cold rolled recovery annealed steel | |
RU2503727C2 (en) | Method of making heat exchanger shell from austenite stainless steel | |
CN114231869B (en) | Near-alpha type high-temperature titanium alloy strip and preparation method thereof | |
CN112496216B (en) | Forging production process of 30Cr15MoN high-nitrogen martensitic stainless steel bar | |
CN115106471A (en) | Forging method of titanium alloy forging with rectangular cross section | |
RU2692539C1 (en) | Method of obtaining volumetric blanks of high-manganese steel with recrystallized fine-grained structure | |
JP4319948B2 (en) | High carbon cold-rolled steel sheet with excellent stretch flangeability | |
RU2250806C1 (en) | Method for making thin sheets of high-strength titanium alloys | |
JPH07150244A (en) | Production of ferritic stainless steel for cold working | |
RU2798022C1 (en) | Method for manufacturing tubular products from zirconium-based alloy | |
JP2008075138A (en) | Method for producing maraging steel material | |
RU2641214C1 (en) | Method for manufacturing sheets from ot4 titanium alloy | |
TWI635189B (en) | Method for producing steel and application thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140301 |