zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2020-86-11-42-47zldm-1314Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование свойств крупногабаритных заготовок турбинных лопаток из стали 15Х11МФ-Ш в завимости от способа получения исходного металлаStudy of the properties of large-sized blanks of turbine blades made of 15Kh11MF-Sh steel depending on the method of obtaining the initial metalСмирновМ. О.SmirnovM. O.

Максим Олегович Смирнов

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

Maksim O. Smirnov

29, ul. Politehnicheskaya, St. Petersburg, 195251

Smirnov_MO@mail.ruЗолотовА. М.ZolotovA. M.

Александр Максимович Золотов

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

Aleksandr M. Zolotov

29, ul. Politehnicheskaya, St. Petersburg, 195251

ЧижикТ. А.ChizhikT. A.

Татьяна Александровна Чижик

195009, Санкт-Петербург, ул. Ватутина, д. 3, лит. А

Tatiana A. Chizhik

3 lit. A, ul. Vatutina, St. Petersburg, 195009

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian FederationСиловые машины, ПАОРоссияPower machines, PJSCRussian Federation20201611202086114247Copyright © Смирнов М.О., Золотов А.М., Чижик Т.А., 20202020Смирнов М.О., Золотов А.М., Чижик Т.А.Smirnov M.O., Zolotov A.M., Chizhik T.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1314

В последнее время возникла задача изготовления заготовок под штамповку для производства турбинных лопаток из стали 15Х11МФ-Ш электрошлакового переплава особо крупных габаритов (длина более 2 м, масса более 450 кг). Технология производства, как известно, влияет на структуру материала и, как следствие, на конечные свойства изделия. В работе представлены результаты исследования влияния способа получения исходного металла заготовок (сортового проката и кованых прутков) на свойства крупногабаритных штамповок турбинных лопаток. Механические характеристики, свойства микроструктуры, химический состав и содержание δ-феррита определяли, исследуя исходные образцы сортового проката и кованых прутков. Установлено, что заготовка в кованом состоянии имеет более высокие прочностные характеристики. Однако после процесса штамповки свойства лопаток выравниваются. Можно заключить, что после штамповки и термической обработки формируется одинаковая структура вне зависимости от способа получения исходной заготовки. Полученные результаты могут быть использованы при серийном производстве крупногабаритных турбинных лопаток нового профиля.

We consider the manufacturing process of forgings for turbine blades of extra-large dimensions (length >2 m) from electroslag remelting steel 15H11MF-Sh. With an increase of the workpiece dimensions (weight >450 kg), we face the problem of choosing the technology for obtaining the original billet. The production technology is known to affect the structure of the material and, as a consequence, the final properties of the product. We present the results of studying the influence of the method of obtaining the original metal blanks (hot-rolled steel bars and forged billets) on the properties of large-sized forgings of turbine blades. The mechanical characteristics, microstructure properties, chemical composition and content of δ-ferrite were determined by examining the initial samples of long products and forged rods. It is shown that billet in the forged state exhibit higher strength characteristics. However, after the stamping process, the properties of the blades equalize, i.e., after stamping and heat treatment, the same structure is formed, regardless of the method of obtaining the original workpiece. The results obtained can be used in the serial production of large-sized turbine blades of a new profile.

турбинная лопаткамартенситная стальсортовой прокаткованая заготовкапоковкамеханические свойствамикроструктураturbine blademartensitic steellong productsblank forgingforgingmechanical propertiesmicrostructureReferencesMisek T., Kubin Z. Static and Dynamic Analysis of 48’’ Steel Last Stage Blade for Steam Turbine / Proceedings of ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea and Air. — Orlando, Florida, USA, 2009. DOI: 10.1115/GT2009-59085.Misek T., Kubin Z. Static and Dynamic Analysis of 48’’ Steel Last Stage Blade for Steam Turbine / Proceedings of ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea and Air. — Orlando, Florida, USA, 2009. DOI: 10.1115/GT2009-59085.Jaffee R. Titanium steam turbine blading / Prep. for the Electric power research inst. — New York: Pergamon press, 1990. — 459 p.Jaffee R. Titanium steam turbine blading / Prep. for the Electric power research inst. — New York: Pergamon press, 1990. — 459 p.Дуб А. В., Скоробогатых В. Н. Материаловедческая и технологическая база для создания перспективного теплового энергооборудования / Теплоэнергетика. 2012. ¹ 4. С. 7 – 13.Dub A. V., Skorobogatykh V. N. Materials science and technological base for the creation of advanced thermal power equipment / Teploénergetika. 2012. N 4. P. 7 – 13 [in Russian].Helis L., Toda Y., Hara T., Miyazaki H., Abe F. Effect of cobalt on the microstructure of tempered martensitic 9Cr steel for ultra-supercritical power plants / Mater. Sci. Eng. 2009. A510 – 511. P. 88 – 94. DOI: 10.1016/j.msea.2008.04.131.Helis L., Toda Y., Hara T., Miyazaki H., Abe F. Effect of cobalt on the microstructure of tempered martensitic 9Cr steel for ultra-supercritical power plants / Mater. Sci. Eng. 2009. A510 – 511. P. 88 – 94. DOI: 10.1016/j.msea.2008.04.131.Viswanathan R., Bakker W. Materials for Ultrasupercritical Coal Power Plants — Turbine Materials. Part 2 / J. Mater. Eng. Perform. 2001. Vol. 10. N 1. P. 96 – 101.Viswanathan R., Bakker W. Materials for Ultrasupercritical Coal Power Plants — Turbine Materials. Part 2 / J. Mater. Eng. Perform. 2001. Vol. 10. N 1. P. 96 – 101.Dashunin N. V., Manilova E. P., Rybnikov A. I. Phase and structural transformations in 12% chromium steel ÉP428 due to long-term operation of moving blades / Metal Sci. Heat Treatment. 2007. Vol. 49. Issue 1 – 2. P. 17 – 23. DOI: 10.1007/s11041-007-0003-z.Dashunin N. V., Manilova E. P., Rybnikov A. I. Phase and structural transformations in 12% chromium steel ÉP428 due to long-term operation of moving blades / Metal Sci. Heat Treatment. 2007. Vol. 49. Issue 1 – 2. P. 17 – 23. DOI: 10.1007/s11041-007-0003-z.Das G., Chowdhury S. Gh., Ray A. K., et al. Turbine blade failure in a thermal power plant / Eng. Failure Anal. 2003. Vol. 10. Issue 1. P. 85 – 91. DOI: 10.1016/S1350-6307 (02)00022- 5.Das G., Chowdhury S. Gh., Ray A. K., et al. Turbine blade failure in a thermal power plant / Eng. Failure Anal. 2003. Vol. 10. Issue 1. P. 85 – 91. DOI: 10.1016/S1350-6307(02)00022-5.Рудской А. И., Колбасников Н. Г., Торопов С. С. Структура, пластичность и разрушение сталей. Эксперимент и моделирование. — СПб.: Изд-во политех. ун-та, 2016. — 328 с.Rudskoi A. I., Kolbasnikov N. G., Toropov S. S. Structure, ductility and fracture of steels. Experiment and Simulation. — St. Petersburg: Izd. Politekhn. Univ., 2016. — 328 p. [in Russian].Коджаспиров Г. Е., Рудской А. И., Рыбин В. В. Физические основы и ресурсосберегающие технологии изготовления изделий пластическим деформированием. — СПб.: Наука, 2006. — 350 с.Kodzhaspirov G. E., Rudskoi A. I., Rybin V. V. Physical foundations and resource-saving technologies for manufacturing products by plastic deformation. — St. Petersburg: Nauka, 2006. — 350 p. [in Russian].Bogatov A. A., Nukhov D. S. Forging of strip by alternating deformation, with unchanged size and shape / Steel in Translation. 2015. Vol. 45. N 6. P. 412 – 417. DOI: 10.3103/S0967091215060054.Bogatov A. A., Nukhov D. S. Forging of strip by alternating deformation, with unchanged size and shape / Steel in Translation. 2015. Vol. 45. N 6. P. 412 – 417. DOI: 10.3103/S0967091215060054.Тюрин В. А. Инновационные технологии ковки / Кузнечно-штамповочное производство. 2006. № 5. С. 27 – 29.Tyurin V. A. Innovative forging technology / Kuzn.-Shtampov. Proizv. 2006. N 5. P. 27 – 29 [in Russian].Соломонов К. Н., Костарев К. В., Абашкин В. П. Моделирование процессов объемной штамповки и ковки плоских заготовок: монография. — М.: МИСиС, 2008. — 128 с.Solomonov K. N., Kostarev K. V., Abashkin V. P. Modeling of processes of die forging and forging of flat blanks: monograph. — Moscow: Izd. MISiS, 2008. — 128 p. [in Russian].Корнеев А. Е., Громов А. Ф., Киселев А. М. Влияние дельта-феррита на свойства мартенситных сталей / Металловедение и термическая обработка металлов. 2013. № 8. С. 46 – 50.Korneev A. E., Gromov A. F., Kiselev A. M. Influence of delta ferrite on the properties of martensitic steels / Metalloved. Term. Obrab. Met. 2013. N 8. P. 46 – 50 [in Russian].Wang P. Effect of delta ferrite on impact properties of low carbon 13Cr – 4Ni martensitic stainless steel / Mater. Sci. Eng. A. 2010. N 527. P. 3210 – 3216. DOI: 10.1016/j.msea.2010.01.085.Wang P. Effect of delta ferrite on impact properties of low carbon 13Cr – 4Ni martensitic stainless steel / Mater. Sci. Eng. A. 2010. N 527. P. 3210 – 3216. DOI: 10.1016/j.msea.2010.01.085.Галуненко И. П., Синявина Р. А., Лобжанидзе Р. Б. Снижение содержания дельта-феррита в стали 1Х16Н4БЮ / Металловедение и термическая обработка металлов. 1972. ¹ 11. С. 73.Galunenko I. P., Sinyavina R. A., Lobzhanidze R. B. Decrease in delta-ferrite content in steel 1Kh16N4BYu / Metalloved. Term. Obrab. Met. 1972. N 11. P. 73 [in Russian].Anderko K., Schäfer L., Materna-Morris E. Effect of the δ-ferrite phase on the impact properties of martensitic chromium steels / J. Nucl. Mater. 1991. Vol. 179. P. 492 – 495.Anderko K., Schäfer L., Materna-Morris E. Effect of the δ-ferrite phase on the impact properties of martensitic chromium steels / J. Nucl. Mater. 1991. Vol. 179. P. 492 – 495.Чижиков Ю. М. Процессы обработки давлением легированных сталей и сплавов. — М.: Металлургия, 1965. — 500 с.Chizhikov Yu. M. Pressure treatment processes for alloy steels and alloys. — Moscow: Metallurgiya, 1965. — 500 p. [in Russian].Дзугутов М. Я. Пластичность и деформируемость высоколегированных сталей и сплавов. — М.: Металлургия, 1990. — 303 с.Dzugutov M. Ya. Ductility and deformability of high-alloy steels and alloys. — Moscow: Metallurgiya, 1990. — 303 p. [in Russian].Разуваев Е. И., Бакрадзе М. М., Сидоров С. А. Влияние дельта-феррита на ударную вязкость стали 10Х12НВМФА (ЭИ962) при температурах горячей деформации / Сталь. 2016. № 9. С. 58 – 61.Razuvaev E. I., Bakradze M. M., Sidorov S. A. Influence of delta-ferrite on the impact toughness of steel 10Kh12NVMFA (ÉI962) at hot deformation temperatures / Stal’. 2016. N 9. P. 58 – 61 [in Russian].Смирнов М. О., Чижик Т. А., Золотов А. М., Мишин В. В., Шишов И. А. Исследование и определение параметров штамповки турбинной лопатки на паровоздушном молоте / Сталь. 2017. № 12. С. 50 – 53.Smirnov M. O., Chizhik T. A., Zolotov A. M., Mishin V. V., Shishov I. A. Investigation and determination of the parameters of forging a turbine blade on a steam-air hammer / Stal’. 2017. N 12. P. 50 – 53 [in Russian].Смирнов М. О., Чижик Т. А., Золотов А. М., Мишин В. В., Шишов И. А. Применение математического моделирования для изготовления крупногабаритных штамповок турбинных лопаток из жаропрочной стали / Тяжелое машиностроение. 2018. № 4. С. 29 – 33.Smirnov M. O., Chizhik T. A., Zolotov A. M., Mishin V. V., Shishov I. A. Application of mathematical modeling for the manufacture of large-sized forgings of turbine blades from heat-resistant steel / Tyazh. Mashinostr. 2018. N 4. P. 29 – 33 [in Russian].Рудской А. И., Лунев В. А. Теория и технология прокатного производства: учеб. пособие. — СПб.: Наука, 2005. — 540 с.Rudskoi A. I., Lunev V. A. Theory and technology of rolling production. — St. Petersburg: Nauka, 2005. — 540 p. [in Russian].Singh R., Kishore R., Dey G., Batra I., Dasgupta P. Strengthening of a 12CrMoV turbine blade steel by retemperin / J. Mater. Eng. Perform. 1994. Vol. 3. Issue 3. P. 350 – 355.Singh R., Kishore R., Dey G., Batra I., Dasgupta P. Strengthening of a 12CrMoV turbine blade steel by retemperin / J. Mater. Eng. Perform. 1994. Vol. 3. Issue 3. P. 350 – 355.Горынин В. И., Кондратьев С. Ю., Оленин М. И. Влияние гомогенизирующего отжига на характер разрушения сварного соединения стали 15Х11МФБ / Заготовительные производства в машиностроении. 2017. № 9. С. 414 – 419.Gorynin V. I., Kondratev S. Yu., Olenin M. I. Influence of homogenizing annealing on the nature of fracture of the welded joint of steel 15Kh11MFB / Zagotovit. Proizv. Mashinostr. 2017. N 9. P. 414 – 419 [in Russian].Горынин В. И., Оленин М. И., Стольный В. И. Влияние гомогенизирующего отжига на сопротивление хрупкому разрушению сварного соединения стали 15Х11МФБ / Металловедение и термическая обработка металлов. 2018. № 1. С. 50 – 54.Gorynin V. I., Olenin M. I., Stolny V. I. Effect of homogenizing annealing on the brittle fracture resistance of the welded joint of steel 15Kh11MFB / Metalloved. Term. Obrab. Met. 2018. N 1. P. 50 – 54 [in Russian].Чернявская С. Г., Красникова С. И., Суламенко А. В. Изменение дельта-феррита в стали 1Х16Н4Б при гомогенизации / Металловедение и термическая обработка металлов. 1972. № 9. С. 66 – 67.Chernyavskaya S. G., Krasnikova S. I., Sulamenko A. V. Change in delta ferrite in steel 1Kh16N4B during homogenization / Metalloved. Term. Obrab. Met. 1972. N 9. P. 66 – 67 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.