Abstrak: Pengaruh proses perlakuan panas yang berbeda terhadap kinerja material ZG06Cr13Ni4Mo dipelajari. Pengujian menunjukkan bahwa setelah perlakuan panas pada normalisasi 1 010℃ + 605℃ tempering primer + 580℃ tempering sekunder, material mencapai indeks kinerja terbaik. Strukturnya adalah martensit rendah karbon + austenit transformasi terbalik, dengan kekuatan tinggi, ketangguhan suhu rendah, dan kekerasan yang sesuai. Ini memenuhi persyaratan kinerja produk dalam penerapan produksi perlakuan panas pengecoran pisau besar.
Kata Kunci : ZG06Cr13NI4Mo; baja tahan karat martensit; bilah
Bilah besar adalah bagian penting dalam turbin pembangkit listrik tenaga air. Kondisi servis suku cadang tersebut relatif keras, dan terkena dampak aliran air bertekanan tinggi, keausan, dan erosi dalam waktu yang lama. Bahannya dipilih dari baja tahan karat martensit ZG06Cr13Ni4Mo dengan sifat mekanik komprehensif yang baik dan ketahanan terhadap korosi. Dengan perkembangan pembangkit listrik tenaga air dan pengecoran terkait menuju skala besar, persyaratan yang lebih tinggi diajukan untuk kinerja bahan baja tahan karat seperti ZG06Cr13Ni4Mo. Untuk tujuan ini, dikombinasikan dengan uji coba produksi ZG06C r13N i4M o bilah besar dari perusahaan peralatan pembangkit listrik tenaga air dalam negeri, melalui pengendalian internal komposisi bahan kimia, uji perbandingan proses perlakuan panas dan analisis hasil pengujian, normalisasi tunggal + panas temper ganda yang dioptimalkan proses perawatan material baja tahan karat ZG06C r13N i4M o bertekad untuk menghasilkan coran yang memenuhi persyaratan kinerja tinggi.
1 Pengendalian internal komposisi kimia
Bahan ZG06C r13N i4M o adalah baja tahan karat martensit berkekuatan tinggi, yang harus memiliki sifat mekanik tinggi dan ketangguhan benturan suhu rendah yang baik. Untuk meningkatkan kinerja material, komposisi kimia dikontrol secara internal, membutuhkan w (C) ≤ 0,04%, w (P) ≤ 0,025%, w (S) ≤ 0,08%, dan kandungan gas dikontrol. Tabel 1 menunjukkan kisaran komposisi kimia pengendalian internal material dan hasil analisis komposisi kimia sampel, dan Tabel 2 menunjukkan persyaratan pengendalian internal kandungan gas material dan hasil analisis kandungan gas sampel.
Tabel 1 Komposisi kimia (fraksi massa,%)
| elemen | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| persyaratan standar | ≤0,06 | ≤1.0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3.5-5.0 | 11.5-13.5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Bahan Pengendalian Internal | ≤0,04 | 0,6-0,9 | 1.4-0.7 | ≤0,025 | ≤0,008 | 4.0-5.0 | 12.0-13.0 | 0,5-0,7 | ≤0,5 | ≤0,040 |
| Analisis hasilnya | 0,023 | 1.0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4.61 | 13.0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
Tabel 2 Kandungan gas (ppm)
| gas | H | O | N |
| Persyaratan pengendalian internal | ≤2.5 | ≤80 | ≤150 |
| Analisis hasilnya | 1.69 | 68.6 | 119.3 |
Bahan ZG06C r13N i4M o dilebur dalam tungku listrik 30 t, dimurnikan dalam tungku LF 25T untuk paduan, menyesuaikan komposisi dan suhu, dan didekarburasi dan dihilangkan gasnya dalam tungku VOD 25T, sehingga diperoleh baja cair dengan karbon sangat rendah, komposisi seragam, kemurnian tinggi, dan kandungan gas berbahaya rendah. Terakhir, kawat aluminium digunakan untuk deoksidasi akhir guna mengurangi kandungan oksigen dalam baja cair dan selanjutnya memurnikan butiran.
2 Uji proses perlakuan panas
2.1 Rencana pengujian
Badan pengecoran digunakan sebagai badan uji, ukuran blok uji adalah 70mm× 70mm×230mm, dan perlakuan panas awal adalah pelunakan anil. Setelah berkonsultasi dengan literatur, parameter proses perlakuan panas yang dipilih adalah: suhu normalisasi 1 010℃, suhu temper primer 590℃, 605℃, 620℃, suhu tempering sekunder 580℃, dan proses tempering yang berbeda digunakan untuk uji perbandingan. Rencana pengujian ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 3 Rencana uji perlakuan panas
| Rencana percobaan | Proses uji perlakuan panas | Proyek percontohan |
| A1 | 1 010℃Normalisasi+620℃Tempering | Sifat tarik Ketangguhan benturan Kekerasan HB Sifat lentur Struktur mikro |
| A2 | 1 010℃Normalisasi+620℃Tempering+580℃Tempering | |
| B1 | 1 010℃Normalisasi+620℃Tempering | |
| B2 | 1 010℃Normalisasi+620℃Tempering+580℃Tempering | |
| C1 | 1 010℃Normalisasi+620℃Tempering | |
| C2 | 1 010℃Normalisasi+620℃Tempering+580℃Tempering |
2.2 Analisis hasil tes
2.2.1 Analisis komposisi kimia
Dari hasil analisis komposisi kimia dan kandungan gas pada Tabel 1 dan Tabel 2, unsur utama dan kandungan gas berada pada rentang kendali komposisi optimal.
2.2.2 Analisis hasil tes kinerja
Setelah perlakuan panas sesuai dengan skema pengujian yang berbeda, uji perbandingan sifat mekanik dilakukan sesuai dengan standar GB/T228.1-2010, GB/T229-2007, dan GB/T231.1-2009. Hasil percobaan ditunjukkan pada Tabel 4 dan Tabel 5.
Tabel 4 Analisis sifat mekanik berbagai skema proses perlakuan panas
| Rencana percobaan | Rp0,2/Mpa | RM/Mpa | A/% | Z/％ | AKV/J(0℃） | Nilai kekerasan PBR |
| standar | ≥550 | ≥750 | ≥15 | ≥35 | ≥50 | 210~290 |
| A1 | 526 | 786 | 21.5 | 71 | 168、160、168 | 247 |
| A2 | 572 | 809 | 26 | 71 | 142、143、139 | 247 |
| B1 | 588 | 811 | 21.5 | 71 | 153、144、156 | 250 |
| B2 | 687 | 851 | 23 | 71 | 172、165、176 | 268 |
| C1 | 650 | 806 | 23 | 71 | 147、152、156 | 247 |
| C2 | 664 | 842 | 23.5 | 70 | 147、141、139 | 263 |
Tabel 5 Uji lentur
| Rencana percobaan | Uji lentur（d=25,a=90°） | penilaian |
| B1 | Retak5.2×1.2mm | Kegagalan |
| B2 | Tidak ada retakan | memenuhi syarat |
Dari perbandingan dan analisis sifat mekanik: (1) Normalisasi + perlakuan panas tempering, material dapat memperoleh sifat mekanik yang lebih baik, yang menunjukkan bahwa material tersebut memiliki kemampuan pengerasan yang baik. (2) Setelah perlakuan panas normalisasi, kekuatan luluh dan plastisitas (perpanjangan) dari tempering ganda meningkat dibandingkan dengan tempering tunggal. (3) Dari pemeriksaan dan analisis kinerja lentur, kinerja lentur dari proses normalisasi B1 + uji tempering tunggal tidak memenuhi syarat, dan kinerja uji lentur dari proses pengujian B2 setelah temper ganda memenuhi syarat. (4) Dari perbandingan hasil pengujian 6 temperatur tempering yang berbeda, skema proses B2 normalisasi 1 010℃ + 605℃ tempering tunggal + 580℃ tempering sekunder memiliki sifat mekanik terbaik, dengan kekuatan luluh 687MPa, perpanjangan sebesar 23%, ketangguhan benturan lebih dari 160J pada 0℃, kekerasan sedang 268HB, dan kinerja tekuk yang memenuhi syarat, semuanya memenuhi persyaratan kinerja material.
2.2.3 Analisis struktur metalografi
Struktur metalografi proses pengujian bahan B1 dan B2 dianalisis menurut standar GB/T13298-1991. Gambar 1 menunjukkan struktur metalografi normalisasi + 605℃ tempering pertama, dan Gambar 2 menunjukkan struktur metalografi normalisasi + tempering pertama + tempering kedua. Dari pemeriksaan dan analisis metalografi, struktur utama ZG06C r13N i4M o setelah perlakuan panas adalah martensit reng rendah karbon + austenit terbalik. Dari analisis struktur metalografi, ikatan material martensit reng setelah tempering pertama lebih tebal dan panjang. Setelah temper kedua, struktur matriks sedikit berubah, struktur martensit juga sedikit halus, dan struktur lebih seragam; dalam hal kinerja, kekuatan luluh dan plastisitas ditingkatkan sampai batas tertentu.
Gambar 1 Normalisasi ZG06Cr13Ni4Mo + satu struktur mikro tempering
Gambar 2 Normalisasi ZG06Cr13Ni4Mo + dua kali tempering struktur metalografi
2.2.4 Analisis hasil tes
1) Pengujian memastikan bahwa material ZG06C r13N i4M o memiliki kemampuan pengerasan yang baik. Melalui perlakuan panas normalisasi + temper, material dapat memperoleh sifat mekanik yang baik; kekuatan luluh dan sifat plastis (perpanjangan) dari dua temper setelah perlakuan panas normalisasi jauh lebih tinggi dibandingkan dengan satu temper.
2) Analisis pengujian membuktikan bahwa struktur ZG06C r13N i4M o setelah normalisasi adalah martensit, dan struktur setelah temper adalah martensit tempered lath rendah karbon + austenit terbalik. Austenit terbalik dalam struktur temper memiliki stabilitas termal yang tinggi dan memiliki pengaruh yang signifikan terhadap sifat mekanik, sifat tumbukan, serta sifat proses pengecoran dan pengelasan material. Oleh karena itu, material tersebut memiliki kekuatan tinggi, ketangguhan plastik tinggi, kekerasan yang sesuai, ketahanan retak yang baik, serta sifat pengecoran dan pengelasan yang baik setelah perlakuan panas.
3) Menganalisis alasan peningkatan kinerja tempering sekunder ZG06C r13N i4M o. Setelah normalisasi, pemanasan dan pelestarian panas, ZG06C r13N i4M o membentuk austenit berbutir halus setelah austenitisasi, dan kemudian berubah menjadi martensit rendah karbon setelah pendinginan cepat. Pada tempering pertama, karbon lewat jenuh dalam martensit mengendap dalam bentuk karbida, sehingga mengurangi kekuatan material dan meningkatkan plastisitas serta ketangguhan material. Karena suhu temper pertama yang tinggi, tempering pertama menghasilkan austenit terbalik yang sangat halus selain martensit temper. Austenit terbalik ini sebagian diubah menjadi martensit selama pendinginan temper, memberikan kondisi untuk nukleasi dan pertumbuhan austenit terbalik stabil yang dihasilkan kembali selama proses temper sekunder. Tujuan dari tempering sekunder adalah untuk mendapatkan austenit balik yang cukup stabil. Austenit terbalik ini dapat mengalami transformasi fasa selama deformasi plastis, sehingga meningkatkan kekuatan dan plastisitas material. Karena kondisi yang terbatas, tidak mungkin untuk mengamati dan menganalisis austenit terbalik, sehingga percobaan ini sebaiknya mengambil sifat mekanik dan struktur mikro sebagai objek penelitian utama untuk analisis perbandingan.
3 Aplikasi Produksi
ZG06C r13N i4M o adalah material baja tuang baja tahan karat berkekuatan tinggi dengan kinerja luar biasa. Ketika produksi bilah sebenarnya dilakukan, komposisi kimia dan persyaratan kontrol internal ditentukan oleh eksperimen, dan proses perlakuan panas normalisasi sekunder + temper digunakan untuk produksi. Proses perlakuan panas ditunjukkan pada Gambar 3. Saat ini, produksi 10 bilah pembangkit listrik tenaga air besar telah selesai, dan kinerjanya semuanya telah memenuhi kebutuhan pengguna. Mereka telah lulus pemeriksaan ulang pengguna dan telah menerima evaluasi yang baik.
Untuk karakteristik bilah melengkung yang rumit, dimensi kontur yang besar, kepala poros yang tebal, serta mudah mengalami deformasi dan retak, beberapa tindakan proses perlu dilakukan dalam proses perlakuan panas:
1) Kepala poros berada di bawah dan bilah berada di atas. Skema pemuatan tungku diadopsi untuk memfasilitasi deformasi minimum, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4;
2) Pastikan ada celah yang cukup besar antara coran dan antara coran dan pelat bawah besi bantalan untuk memastikan pendinginan, dan pastikan bahwa kepala poros tebal memenuhi persyaratan deteksi ultrasonik;
3) Tahap pemanasan benda kerja disegmentasi beberapa kali untuk meminimalkan tekanan organisasi pengecoran selama proses pemanasan untuk mencegah retak.
Penerapan langkah-langkah perlakuan panas di atas memastikan kualitas perlakuan panas pada pisau.
Gambar 3 Proses perlakuan panas blade ZG06Cr13Ni4Mo
Gambar 4 Skema pemuatan tungku proses perlakuan panas bilah
4 Kesimpulan
1) Berdasarkan pengendalian internal komposisi kimia bahan, melalui pengujian proses perlakuan panas, ditentukan bahwa proses perlakuan panas ZG06C r13N i4M o material baja tahan karat berkekuatan tinggi merupakan proses perlakuan panas 1 010℃ normalisasi + 605℃ tempering primer + 580℃ tempering sekunder, yang dapat memastikan bahwa sifat mekanik, sifat benturan suhu rendah, dan sifat tekuk dingin bahan pengecoran memenuhi persyaratan standar.
2) Bahan ZG06C r13N i4M o memiliki kemampuan pengerasan yang baik. Struktur setelah normalisasi + perlakuan panas tempering dua kali adalah martensit reng rendah karbon + austenit terbalik dengan kinerja yang baik, yang memiliki kekuatan tinggi, ketangguhan plastik tinggi, kekerasan yang sesuai, ketahanan retak yang baik, serta kinerja pengecoran dan pengelasan yang baik.
3) Skema perlakuan panas normalisasi + dua kali temper yang ditentukan oleh eksperimen diterapkan pada proses perlakuan panas produksi bilah besar, dan sifat material semuanya memenuhi persyaratan standar pengguna.
Waktu posting: 28 Juni 2024
