Термическая обработка стали ЮГН2МФА применительно к деталям корпусного оборудования АЭС

Для разработки режимов термической обработки необходимо знать кинетику распада переохлажденного аустенита стали. Из анализа термокинетических диаграмм стали 10ГН2МФА «пониженного» и «повышенного» химического состава (в пределах марочного) можно заключить следующее. В случае охлаждения от температуры аустенизации стали «повышенного» легирования (иа верхнем уровне марочного состава) только при скорости охлаждения менее 150 °/ч наблюдается распад аустенита в перлитной и бейнитной областях. С помощью количественного дилатометрического анализа было установлено, что превращение аустенита в перлитной области составляет 10 %, остальные 90 % — в промежуточной области. При скоростях охлаждения больших, чем 150°/ч, перлитный распад не наблюдается. Таким образом, даже при нормализации натурных деталей из стали «повышенного» состава по всему сечению будет однородная структура, состоящая из бейнита и небольшого количества продуктов распада аустенита в перлитной области.
Иная картина наблюдается при термической обработке изделий из стали «пониженного» легирования (на нижнем уровне марочного состава). В случае реальных скоростей охлаждения по сечению обечайки при нормализации соотношение структур, образующихся в перлитном и промежуточном интервалах температур, примерно одинаково- Только при охлаждении, обеспечивающем скорости более 4000 °/ч, структура стали состоит целиком из бейнита.
Исходя из изложенного режимы термической обработки натурных изделий из стали 10ГН2МФА необходимо назначать с учетом химического состава, габаритов и массы изделия.
Учитывая, что в структуре стали присутствуют специальные карбиды, нагрев под окончательную термическую обработку следует проводить при температуре, обеспечивающей достаточно полное их растворение, насыщение аустенита легирующими элементами и повышение его устойчивости. С другой стороны, необходимо учитывать, что температура нагрева является одним из важных факторов, определяющих коробление (поводки) деталей при закалке.
Влияние температуры аустенизации на свойства стали 10ГН2МФА исследовалось на промышленном металле. Как видео из рисунка, закалка в воде заготовок от всех исследованных температур в интервале
760 ... 920 °С обеспечивает получение требуемых в соответствии с техническими условиями механических свойств. Наиболее высокий уровень прочностных, пластических свойств и ударной вязкости при +20 И —20 °С обеспечивает закалка от температур 870 ... 920 °С.
С целью уменьшения коробления и поводок при термической обработке были исследованы различные варианты ее проведения на промышленном металле «пониженного» и «повышенного» химического состава; нормализация, закалка с глубоким подстуживанием, закалка от надкритических температур, закалка из меж-критического интервала и двойная перекристаллизация с разными скоростями охлаждения. Для имитации закалки обечаек заготовки 20X20X180 мм охлаждались на воздухе. Охлаждение заготовок в печи со скоростью 100 °/ч соответствовало скорости охлаждения натурных обечаек парогенератора В-1000 при нормализации. Режим закалки с подстуживанием имитировался по схеме: нагрев до 920 °С, охлаждение с печью до 800 °С> далее на воздухе.
Как видно из таблицы, нормализация стали «пониженного» химического состава обеспечивает незначительный запас прочности при 20 и 350 °С. Последующий технологический доотпуск приводит к недопустимому снижению этих характеристик. При назначении режима термообработки изделий из стали «пониженного» состава проводить нормализацию - не рекомендуется — следует термообрабатывать по режиму закалки. Нормализация изделий из стали «повышенного» химсостава обеспечивает требуемый уровень свойств. Таким образом, с учетом химического состава конкретной плавки необходимо оценивать перспективность проведения режима нормализации натурного изделия.
Для снижения коробления и поводок была исследована возможность проведения закалки с глубоким подстуживанием. Из таблицы следует, что этот вариант проведения термообработки гарантирует получение необходимого комплекса механических свойств. Такая технология проведения закалки несколько сложнее в своем осуществлении, чем обычная закалка или нормализация.
Выводы
1. Анализ термокинетических диаграмм распада переохлажденного аустенита стали 10ГН2МФА позволил установить, что режим термической обработки стали необходимо назначать исходя из химического состава металла, габаритов, массы изделий и требований, предъявляемых к механическим и служебным свойствам.
2. Для стали «пониженного» состава рекомендуется проводить закалку с отпуском, для стали «повышенного» химического состава закалка и нормализация с высоким отпуском обеспечивают гарантированный уровень свойств.