Способ термической обработки сварных соединений из мартенситностареющих сталей

 

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОВРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ МАРТЕНСИТНОСТАРЕЮЩИХ СТАЛЕЙ/ включающий npejDiBapH тельный нагрев до температуры гомогенизирующего отяшга, многократную закапку и последующее сте рение, отличаюшийся тем, что, с келью поэвышевня механических характеристик , многократ 1ую закалку осушестеляют от температуры, превьпиающей точку Ас на 300-310 С, с выдержкой при кажд

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

$C58 С 21 D 6/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 2938667/22-02 (22) 17.04.80 (46) 15.06.83. Бкп. % 22 . (72) Е. Е. Курчаков, С; Б. Нижник,.

Г, И. Усикова, Н. И. Черняк, В, М. Велецкий и Т. Н. Гуревич (53) 621.785.79(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 651042, кл. С 21 )3 6/00, 1979.

2. Питенко А. А. Структура и фазовый состав сварного шва мартенситностарекьшей стали. - Металловедение и термическая обработка металлов, 1973, l46, с. 20-23, 3, Авторское свидетельство СССР

Ж 331107, кл. С 21 ) 6/00, 1972.

4. Авторское свидетельство СССР

hb 276123, кл. С 21 g 6/00, .1970. (54)(57) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБ

РАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ

МАРТЕ НСИТНОСТА РЕЮЩИХ СТАЛЕЙ, включаюший предварительный нагрев до температуры гомогенизируюшего отжига, многократную закалку.и последукшее старение, о т л и -ч а ю ш и и с я тем, что, с депью повьпаеиия механи веских характеристик, многократную закалку осушесжляют от температуры, превышаюшей точку Ас на 300-310"С, с выдержкой при каждом нагреве и дальнейшим ох лаждением íà воздухе до температуры ниже точки МК, 1022

996 2

Предел прочности С стали рассматриваемого класса СОХ11Н10М2Т слабо зависит от структурного параметра Dp, (в исследованных пределах его изменения, соответствующих различным зонам свар ного соединения), квк в нормализованном состоянии, так и после упрочняюшего старения, в то же время относительное сужение снижается с ростом X)p, > причем после упрочняюшего старения завершаю щей операции любого способа термической обработки сварных соединений --в бапьшей степени, чем после нормализации, При увеличении размера бывшего аустенитного зерна от 40 до 250 мкм ударная вязкость после упрочнякщего старения уменьшается от 11,5 до 9 кгм/см, а

2 чувствительность к надрезу, оцениваемая по отношению пределов прочности образцов с надрезом и беэ надреза бн / увеличивается от 1,16 до 1,24. Кроме того, в указанном способе локального индукционного нагрева не обоснована ширина термообработвнного участка сварного соединения (13-14 мм} и не приведены механические свойства по его mrr» шине, так что судить о равнопрочности сварного соединения не представляется возможным

Наиболее близким к предлагаемому яв ляется способ термической обработки мартенситностареющих сталей, заключающий ся в предварительном нагреве стали, двухтрехкрвтной закалке и последующем старении. В указанном способе с целью повышения пластичности стали предварительный нагрев ocymecraasmr до 11800

1250 С, а двух-трехкратную заквлкуот температуры 920 1000 С с охлаждением в жидкой среде после каждого нв»грена (4 ), Недостатком згого саосоеа является невозможность его применения не только к сварным соединениям из мартенситностареющих сталей, ио и к ряду мартенситностареющих сталей (химический состав которых находится В укжанных в этом способе пределах) по сведующим причинам. I

В известном способе термической об« работки мартенситностареющих сталей приведенный температурный интервал закалки 920-1000 С занижен. Этот интервал о не обеспечивает формирование однородной полностью рекриствллизоввнной MenKosep нистой структуры и наилучшее сочетание прочности, пластичности и ударной вязкости для приведенной в примере мар тенситноствреющей стали (очень низкие

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения равнопластнчных и. раьнопрочных сварных соединений иэ мартенситноствреюших сталей. 5

* Известен способ термической обработки сварных соединений из. мартенситноствреющих сталей, включающий. закалку и старение (1 ) .

Известен также способ термической Об» О работки сварных соединений иэ мартенси-/ тоствреющих сталей, включающий аустенитиэацию и старение (2j, Известные способы не позволяют попучить равнопластичные и равнопрочные j» сварные соединения, так как не обеспечивают устранение химической неоднородности н .выравнивание их структуры. Твк, старение сварных соединений независимо от режимов термообработки перед сваркой 20 не устраняет химической, структурной и фвэовой неоднородностей, присупшх шву и зонам термического влияния. Эти же недостатки в различной степени присущи режимам термической обработки, вклю чающим аустенитиз&цию сварного соеди» нения.

Известен способ термической обработки сварных соединений иэ мартенситноста-. реющей стали Н18К9М5Т, заключающий ся в 3-5-кратном импульсном индукционном нагреве шва и околошовной зоны до температуры, превышающей точку 1С на

230-250 С, последующей закалке и ств ренни. При этом уменьшается химическая и структурная неоднородность шва и иэмель-Г» чается бывшее вустенитное зерно в около»

Ф шовной роне, что приводит к повышению прочности и пластичнос ги сварного соединения j3), Однако при указанном способе термо-, обработки в связи с недостаточностью температуры нагрева при аустенитиэатпти, высокой скоростью ее достижения H кратковременностью выдержки не устраняется химическая неоднородность шва, что об» условливает его меньшую по сравнению с околошовной зоной и основным метал лом пластичность. При етом размер быв . щего аус,генитного зерна D ввиду его »p повышенной термической устойчивости в шве сохраняется большим, что усугубляет неравномерность плас гичности сварного соединения. Последнее обусловливается

ВысОкОЙ чувст Вит ельностью пластичности

55 мвртенситностареющих сталей к размеру бывшего аустенитного зерна, которая резко усиливается после упрочняющего ств ренин.

3, 1022 значения ударной вязкости в высотном и долевом направлении воаокон), а также йя ряда других мартенситностарекхцих сталей, химический состав которых нахо,дится в пределах, укаэанных в известном способе, Так, для мартенснтностареюшей стел» BKC-210, содержащей, вес.%: К<

17,5; Со 8,75, Мо 4,9; Т» 0,6, а также для некоторых Ст- 8» мартенситностареюпшх сталей предварительно отожжен- tO ных при 1250 С, показано, что формирование полностью рекристаллизованной, однородной, ыелкозернистой структуры достигается при двух-., трехкратной закалке от температуры, превышающей 1000 С. В ре- И зульта з этого достигается существенное повьппение ударной вязкости прн последующем упрочняющем старении, Следует отметить, что дня широкого класса мартенситностареющих сталей тем- 0

- пература двух-, трехкратной закалки, обес- печивающая полную рекристаплиэацию фазонаклепанного аустенита и формирование однородного мелкого аустенитного зерна существенно зависит от химического со става стали и связана с температурной точкой АС соответствукацей завершению

;процесса обратного oL - превращения.

Особенностями структуры сварных сое динений из мартенситностареюших сталей 30 являются слабая чувствя тельнос ть размера бывшего аустенитного зерна в сварном шве к температуре аусгенитизации в широком диапазоне ее изменения - от температуры рекристаплизации до температуры гомогенизационного огжига, устраняющего междендритную ликвационную неоинородность металла шва, а гакже устойчивость размера аустейитного зерна в сварном шве при температурах гомогенизациоиного отжига -(связанная с частич- . ным сохранением внутридендритной ликвационной неоднородности металла шва), обусповпивающая незначи тельное его дробае ние при последукхцей двух.-и трехкратной эакалкее В связи с этим температурный интерsan закалки должен обеспечить формирование полностью рекристаллиэованной од иородяей мелкозернистой структуры в основноя металле и околошовной зоне с размером зерна,. равным размеру зерна в сварном шве.

Бель изобретения - выравнивание и повышение пластичности, ударной вязкости н прочности сварных соединений за счет устранения междендритной ликвационной неоднородности металла шва, измельчения и выравнивания размера бывшего аустенит996 4 нога зерна в околошовной зоне и в основном металле до размера зерна в сварнем шве.

Поставленная цепь достигается тем, . что согласно способу термической обработки сварных соединений иэ мартенсит ностареюших сталей, включающему предварительный нагрев до температуры гомогенизирующего отжига, многократную закалку и последующее старение, многократную закалку осуществляют от темпе рату ы, превышающей точку 1 С иа 300,310 С, с выдержкой при каждом нагреве и дальнейшим охлаждением на воздухе до темперагуры ниже точки МК., При гомогениэирующем отжиге устраняется междендритная ликвапиоиная неоднородность металла шва, слабо растет аустенитное зерно в сварном шве и резко увеличивается размер зерна в околошовной зоне и в основном металле. B результате этого повышается пластичность свар-. ного шва и снижается пластичность. околошовной зоны и основного металла.

Отличительной особенностью посиед юшей двухкрятной закалки является ее проведение от температур в узком интервале температур рекристаллизацци фаэонакле панного аустенита, превышающем точку

Да на 300-310 С и обеспечивающем завершение процесса рекристаллизации в околошовной зоне и в основном металле и формирование однородной MaaKOSepuucтой структуры с размером зерна, равным ° размеру зерна в сварном mse.

При более низких температурах нагре ва под закалку рекристаллиэация фазонаклепанного аустенита либо не начинается (следовательно, измепьчение. зерна не про изойдет), либо не завершается. B последнем случае структура стали 5удет смешанной и состоять из крупнозернистых микрообъемов фаэонакцепанного аустенита и мелкозернистых микрообьемов рекристаллизованного аустенита, что отри цательноо скажется на характеристиках пластичности и ударной .вязкости.

При .более высоких температурах на» грена под закалку, чем предлагаемые, раз» вивается процесс собирательной рекрис таллиэации в основном металле и в ozo-, лошовной зоне, при котором зерно в сварном шве останется более мелким, а следовательно, не будет достигнута равнозернистость по всем зонам сварного соедиие ния. Заявляемый режим двухкратной закал ки является необходимым и достаточньэа . для выравнивания структуры по всем зонам сварного со динения и может быть

1022996

Таблица 1

Первый сравнительный

1 1,22

7,69

Предлагаемый при Т =1100 С, т2-Т -1010 Ñ

9,55

1 1,07

Предлагаемый ,при Т =1200ОС, Т2=Т =1 o l oоС

11,29

1 1,40

18,4 . 4,40

28,0 6,10 применен к широкому классу мартенситностареюших стапей с различной температурной точкой Ас, Пример 1. Проводится термическая обработка сварного соединения иэ лис- товой (толщина листа 4,5 мм) не ржавеющей мартенситностареющей стали

0OX11H10N2T, содержащей, вес.%:

С< 0,01; СЧ 11,28; Й,ОД5; NtI 0,08 .р„ 0,17; Tj 0,65; Мо 2,1, Точки ACq

° О и 4с для данной стали составляют соот: ветственно 570 и 700 С. Точка MK после аустенизации при температурах, превы-, шающих температуру Ас на 40 С, со ставпяет 120 С, Исследуют два режижима предлагаемого способа термической обработки сварного соединения, различающиеся температурой предварительного нагрева Т . При первом режиме

Т =1100 С, а при втором режиме Т(=

1200 С, Последующая двухкратная эаа калка осуществпяется от температур

Т2Т =1010 С. Выдержка при каждой температуре нагрева составляет l ч. Охлаждение проводится на воздухе до комнатной температуры. Упрочняющее сгарение сварного соединения осуществляется при 530 С с выдержкой 1 ч. о

Line получения сравнительных данных параллельно осуществляют известный (3) 30 способ термической обработки однотипного сварного соединения иэ рассматриваемой стали.

Полученные при.этом результаты исследования структуры и механических З свойств сварного соединения представлены в табл, 1, Из приведенных данных следует, что при предлагаемом способе термической обработки, в отличие от известного, достигается равнопластичность и равнопрочность сварного соединения, а также повышается ударная вязкость в сварном шве, а при Т =1200 С достигается значения, о соответствующего ударной вязкости основного метапла, Таким образом, температура предварительного нагрева Т 1200 С о

О является предпочтительнее, чем Т 1100 С, Пример 2. Проводится термичес кая обработка сварного соединения из вы сокопрочной мартенситностареющей стали

ВКС»210, содержащей вес,%: С 0,009; Чл 18,5; Со 8,5; Мо 5,0; Т 0,7.

Эта сталь полностью соответствует пределам изменения химического состава мартенситностареющей стали, термообработанной по известному способу.

Температурные точки АС1и Ас для исследованной стали соответствейно составляют 590 и 750 С. Температурная точка М К составляет 170 С, о

Сварное соединение из укаэанной стали подвергают предвари.тельному нагреву до температуры 1200 С и двухкратной о закалке от температуры 1060 С (превыо шающей точку АС на 310 С) с выдержо кой при каждом нагреве 1 ч и последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры. В результате такой термообработки устранена междендритная ,пиквационная неоднородность металла шва и сформирована полностью рекристал,пизованная однородная структура основного металла и окопошовной зоны с размером бывшего аустенитного зерна, составляющим " 70 мкм и равным размеру зерна в сварном шве.

При этом достигается равнопластичность, равновязкость и равнопрочность по всем зонам сварного соединения.

В табл, 2 приведены сравнительные данные по механическим свойствам иссле- дуемой стали, термообработанной по известному и предлагаемому способу, с последующим старением при температуре

520СЗч, .Табли ца 2 с

Известный

T =l2ОО С, Т2-T =loo0 С 212,5

Предлагаемый

Т1 =120oÎÑ, Т =Т =1060 С 212,0

7 . -1-022996

8 .

Из приведенных данных видно, что размером бывших аустенитных зерен и дпя иссиедуемой стали BKC-210, термо- неоднородной субструктурой мартенсита, обработанной по предлагаемому способу, При использовании предлагаемого спо по сравнению с прототипом, характер- соба термической обработки сварных сое» на существенное повышение относительно- динений из мартенситностарекицих сталей .го сужения и ударной вязкости, что об-: по сравнению с существующими способа-условливается формированием однородной, ми выравниваются, повъпнаясь до уровня полностью рекристаллизованной мелкозер- основного металла, itpî÷íîcòûûå и tmac иистой структуры вместо характерной для тические свойства сварных соединений, .прототипа смешанной:структуры, состоя- о в результате чего увеличивается их эксшей иэ фазонаклепанных и рекристал- плуатационная надежность и может быть лиэованных микрообъемов с различным снижена металлоемкость сварных изделий

Составитель А. Денисова

Редактор JI. Авраменко Техред д, Пекарь Корректор 10. Макаренко.Заказ 4158/17 Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4