Способ вакуумтермической обработки изделий из нержавеющих сталей
1. СПОСОБ ВАКУУМ-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕРЖАВЕЩИХ СТАЛЕЙ, преимущественно аустенитногр и ферритного классов, включающий нанесение окисной пленки, высокотемпературный нагрев и охлаждение в вакууме, о тл и чающи и с я тем, что, с целью повышения степени обезуглероживания и дегазации стали, уменьшения ива1арения легирующих элементов при сокращении длительности обработки , нагрев и охлаждение изделий в вакууме производят циклически, при этом охлаждение осуществляют непосредственно по достижении температуры нагрева. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью снижения внутренних напряжений и повьппения коррозионной стойкости, в процессе -охлаждения при последнем цикле осуществляют отпуск изделий при 760-850°С.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ОЮ (И) 73
3С59 С 2
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1
К ABTOPCKOlVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3446131/22-02 (22) 02.06.82 (46) 15. 10. 84. Бюл. N 38 (72) С.П. Удовиков, Э. И. Михалева, В.А. Игнатов, Э.А. Рохлин, В.П.Павлов, P.Á. Гутнов и Э.Ф. Попов (53) 621.785:34.06 1(088.8) (56) 1. Патент Франции В 2428077, кл. С 21 D, 1977.
2. Авторское свидетельство СССР
М- 181144, кл. С 21 D 1/773, 1966. (54)(57) 1. СПОСОБ ВАКУУМ-ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕРЖАВЕЮЩИХ
СТАЛЕЙ, преимущественно аустенитного и ферритного классов, включающий нанесение окисной пленки, высокотемпературный нагрев и охлаждение в вакууме, о т л и ч а ю щ и и с.я тем, что, с целью повышения степени обезуглероживания и дегазации стали, уменьшения испарения легирующих элементов при сокращении длительности ооработки, нагрев и охлаждение иэделий в вакууме производят циклически, при этом охлаждение осуществляют непосредственно по достижении температуры нагрева.
2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения внутренних напряжений и повышения коррозионной стойкости, в процессе.охлаждения при последнем цикле осуществляют отпуск изделий при
760-850 С.
1 11 186
Изобретение относится к способам вакуум-термической обработки изде лий из сталей аустенитного и ферритного классов и может быть применено в металлургической, энергетической, судостроительной, химической и других отраслях промышленности при изготовлении сварочной проволоки, ребрис тых труб теплообменников, деталей .парогенераторов, магнитопроводов, других иэделий, где требуется обеспечение особо низкого содержания углерода, азота, кислорода, водорода.
Известен способ вакуум-термической обработки (отжига) с целью удале- 15 ния остаточных примесей (углерода, азота и др.) в сталях и сплавах, включающий нагрев до 1300-1350 С вмдеркку и охлаждение в вакууме (1).
Недостаток известного способа заключается, в том, что он не обеспечивает существенного удаления остаточных примесей, кроме того, для него характерны значительное испарение легирующих элементов и низкая произ- Z5 водительность процесса.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности явлчется способ вакуум-термического отжига i. (обработки) изделий из нержавеющих сталей, включающий предварительное
-нанесение окисной пленки, высокотемпературный нагрев, выдержку и охлаждение в вакууме 523.
Однако в известном способе степень обезуглероживания и дегазации стали недостаточна, при этом значительно испарение легирующих элементов, что обусловлено большой длительностью процесса вакуум-термической обработки.
Кроме того, применение этого способа . 40 приводит к повышению склонности к коррозионному растрескиванию под напряже нием в сплавах аустенитного классаи не устраняет склонности;. к межкристаллитнои коррозии в сплавах фер45 ритного класса.
Цель изобретения — повышение степени обезуглероживания и дегазации стали, уменьшение испарения легиру" ющих элементов при сокращении длительности обработки, а также снижение внутренних напряжений и повышение коррозионной стойкости изделий.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу вакуум-термической обработки из нержавеющих сталей, включающему нанесение окисной пленки, высокотемпературный нагрев
97 2 и охлаждение в вакууме, нагрев и охлаждение в вакууме производят циклически, при этом охлаждение осуществляют непосредственно по достиженин температуры нагрева.
В процессе охлаждения при последнем цикле осуществляют отпуск изделий при 760-850 С.
Для достижения поставленной цели на поверхность изделия предварительно наносят окисную пленку, например, термообработкой при 900-950 С в течение 10-20 мин,в атмосфере воздуха.
Затем изделие подвергают циклической (2-10 циклов) вакуум-термической обработке. Количество циклов зависит от исходного содержания остаточных примесей, размеров и класса материала изделия . В цикл вакуум-термической обработки входит нагрев до тем"пературы, включающей подплавление границ, и последующее охлаждейие до комнатной температуры. Так, например, для сплавов аустенитного класса эта температура должна быть на 50-70 С ниже температуры долидуса.
Предварительное нанесение окисной пленки при воздействии вакуумной циклической обработки за счет появления окислителя создает возможность ускорения удаления примесей. Кроме того, окисная пленка препятствует выгоранию легирующих элементов. Нанесение пленки при температурах ниже
900 С приводит к тому, что пленка о получается непрочной, тонкой и рыхлой и не выполняет функции защитного барьера., Нанесение пленки при более высоких температурах или выдержках приводит к сохранению остаточ ной окисной пленки даже после вакуумтермической . обработки и затрудняет адсорбцию углерода из металла.
Применение циклической обработки в вакууме с нагревом до температуры, исключающей .аплавлейие границ зерен, приводит к.созданию дополнительных термических напряжений, способствующих резкому ускорению диффузии атомов углерода, азота, водорода, кислорода из металла, что значительно интенсифицирует процесс обезуглероживания и дегазации, уменьшает испарение основных легирующих элементов (за счет сокращения общей длительности нагрева в вакууме).
В процессе охлаждения при последнем цикле вакуум-термической обработки изделия отпускают при 7603 1 t 1869
850 С для снятия внутренних напряжений и устранения чувствительности материалов fc коррозионным разрушениям (МКК и КР под напряжением). Причиной возникновения склонности к
ИКК ферритных сталей является неравномерность распределения хрома в твердом растворе при нагреве выше
980 С и последующем охлаждении, а также термические напряжения в метал- 10 ле. Отпуск ферритных сталей при
760-800 С способствует устранению указанных причин и повышает коррОзионную стойкость.
В аустенитных сплавах наряду с указанными причинами возможно также образование 4 -фазы при температурах, близких к 650-700 С. В. связи с этим отпуск аустенитных сплавов рекомендуется проводить при температу- 20 рах, исключающих возможность образования -фазы, что соответствует
800-850 С. Указанные температурные интервалы, как правило, на 50-100 С ниже температуры рекристаллизаций.
Пример. В лабораторной вакуумной электропечи сопротивления типа
СШВЛ-06, 2/25 выполняли вакуум-термический отжиг по предлагаемому и известному способам. Обработке под-30 вергали пластины, прутки, сварочную проволоку из сплавов аустенитного и ферритного классов марок 05Х16Н11МЗ
05Х18Н 12ИЧ, ОЗХ20Н45ИБЧ, 05Х20Н55МВБ, 01Х13ИБЧ, 01Х18ЮЗ, 02Х25НИВБ. Окис35 ную пленку наносили термообработкой при 950 С в течение 15 мин в атмосфере воздуха. Затем осуществляли циклический вакуум- термический отжиг при
13750С для стали 05Х16Н11МЗ, 1400 С 4 для стали 05Х18Н12ИЧ, 1325 С для спла ва ОЗХ20Н45ИБЧ, 1435 С для сплава
05Х20Н55ИВБ, 1300 С для стали
01Х13МБЧ, t425 C для стали 01Х18ЮЗ,, 1455 С для стали 02Х25НМВБ. Темпера- 45 туру выбирали из условия, исключения сплавления границ зерен. Регулирова- .
1 ние температуры производили вручную с точностью +10 С.
По достижении заданной температу* ры печь отключали и при вакууме
10 -10 мм рт.ст. осуществляли ох-Ь -К лаждение до нормальной температуры, 7 4 после чего снова включали печь и проводили нагрев до заданной температуры и т.п.
Количество циклов .нагрева и охлаждения от 2 до 5. После обработки образцы сплавов аустенитного класса на завершающем цикле обработки под вергали отпуску для сплавов
ОЗХ20Н45МБЧ и 05Х20Н55ИВБ (850 С—
1 ч), для сталей 05Х16Н11МЗ и
05Х18Н12МЧ (800 С - 1 ч). Для ферритных сталей 01Х13МБЧ, 01Х18ЮЗ и
02Х25НМВБ температура отпуска 780 С при выдержке 1 ч. Одновременно с этим проводили обработку в соответствии с прототипом. Результаты экспериментов приведены в табл. 1-3.
Данные табл. 1 показывают более низкое содержание остаточных примесей (углерода, азота, водорода, кислорода) при одновременной интенсификации процесса их удаления по предлагЮмому способу в сравнении с прототипом.
Табл. 2 иллюстрирует степень испарения основных легирующих элементов в процессе вакуум-термического отжига. Результаты испытаний, приведенные в табл. 2, свидетельствуют о том, что при отжиге по предлагаемому способу степень испарения легирующих элементов ниже, чем по известному.
Данные табл. 3 характеризуют эффективность применения отпуска на завершающей стадии вакуум-термичес- . кого отжига на сплавах аустенитного и ферритного класса.
Использование предложенного способа позволяет получать изделия с особо низким содержанием остаточных йримесей, повысить коррозионномеханические свойства материала изделий и тем самым повысить надежность и увеличить срок эксплуатации .самих изделий.
Кроме того, использование предлагаемого способа значительно интенсифицирует процесс обеэуглероживания и дегазации, а также снижает испарение основных легирующих элементов материала иэделий.
1118697
Режим обработки
Способ
КоличестПараметры во циклов
ФС ЗН О194С
2 6/30 ф С Я001400 t400 С
3 7/30
2о С
3 7/30
2oC
Вакуум
P = 1,8-10 мм рт.ст. 5 9/30
Вакуум
P = 1,6 -10 мм рт.ст. 4 8/30
9У> С 14?3 1425 1425 И25 1425оС
2ес
Вакуум
Р = 8,8 -10 мм рт.ст.
5 9/30
02Х25НМВБ Пруток
616
2аоС
Вакуум
P = 9,8 10 мм рт.ст. 5 9/30
Марка стапи Форма (сплава) и разме ры образца
Пред- 05Х16Н11МЗ Пластина: лагае- 50 50 2,5 убоС мый
05Х18Н12МЧ Пластина
80 20 3
g0 С
ОЗХ20Н45МБЧ Св. прово йока ф2 фоС
05Х20Н55МВБ Пластина
90 -20. 5 2y4g
01Х13МБЧ Пруток ф10
20C
01Х18ЮЗ Квадрат
14 ° 14 gp "С
Вакуум
P = 8,4.10 мм рт.ст.
Вакуум
Р = 9,2 -10 мм рт.ст.
950 С 432%" 925 1925оС
Вакуум
P = 1,2-10 мм рт.ст
Общая длительность процесса ч/мин
1118697
:;Таблица Г
Содержание углерода
Содержание азота ние ние
«ФЬам в м
0,036 0,004 0,029 0,005 0,00032 0,00007 0,015 0,006
0,031 0,004 0,00036 0,00008 0,021 0,007
0,038 0,002
0,017 0 005
0,013 0,003 0,00014 0,00006 0,017 0,0055
0,003 0,018 0,001 0,00023 0,00005 0,019
0,004,:0,041
0,016 0,001 0,00011 0,00003 0,011 0,005
0,012 0,001
О, 001 О, 012 .О, 0005 О, 00013 О, 00004 О, 012
0,014
0,0045
0,015 0,001 0,00015 0,00004 0,014 . 0,006
0,018 0,002
Исходное состояние
После обработки
Исходное состоя» йие
После обработки
Содержание водорода
Исходное состояПосле обработ.ки ф
Содержавшие кислорода
Исходное состоя
После о6работки
1118697
4» ею
Марка стали, (сплава) Способ
КоличестПараметры во циклов с
05Х18Н12
Пластина
80 20.3
То же
ОЗХ20Н45МБЧ Св. проволока Ф 2
05Х20Н55МВБ Пластина
90.20 5
01Х13МБЧ
Пруток ф10
01Х18ЮЗ
Квадрат
14 14
02Х25НИВБ
Пруток ф16
Прототип 05Х16Н11МЗ
Форма и разме" ры образца
Пластина
50 50,5 р с
Резин обработки
Вакуум
p = 10 мм рт.ст
Общая длительность процесса ч/мин
11 18697
Прощиткение табл. 1
0,036 0,012 0,029 0,008 0,00032 0,0001 0,015
0,013
0 038 0 013 0 031
0,017 0,01
0,014
0,00009 0,019
0,011
0,018 0,009 0,00023
0,016
О, 012 О; 008
0,014 0,0085 0,014 0,008 0,00013 Oi00007 0,012 0,011
0,018 О,ООЭ 0,015.И со ни
О, 041
0,012 О, 00036 0,00012 0,021 0,02
О, 013 О, 008 О, 00014 О, 000! 0,017
О, 016 О, 007 О, 000 1.1 0,00008 О, 011 0,01
О 007 . О 00015 О 00009 О 014 0 012
) 118 97
13
С $з. Nn Cr Hu.
05Х16Н11МЗ Исходное 0,036 0,32 1,6 16,7 11,5
2,3
1,4 15,6
0,012 0,29
11,4
2,2
По.предлагаемому способу 0,004 0,31
11,45 2,26
1,55 16,5
05Х18Н12МЧ Исходное 0,038 0,46
12,4
0,84 19,6
1,8
По прототипу
0,51 18,3
0,013 0,31
1,44
12,1
По предлагаемому способу 0,002 0,41
12,3
0,77 19,2
ОЗХ20Н45МБЧ. Исходное О, 017 О, 017 О, 51 19, 68 44, 94 3, 70
По прототипу 0,01 0,015
0,26 18,9 44,82 3,62
По предлагаеО 005 О 016 О 45 19 4 мому способу
44,90 3,67
05Х20Н55МВВ Исходное 0,041 0,4
0,8 21,3 55,8 4,2
0,4 20,2 55
0,О» 03
3,9
0,7 20,9 55,5
0,003
0,35
4,1
Исходное 0,012 0,30 0,03 13,53 0,04
01Х13ИБЧ
1,15
0,008 0,26 0,008 12,8 0,02 1,05
По предлагаемому способу 0,001
0,29
0,025 13 4
0,038
1,13
Исходное 0,014 0,54 0,22 18,3 0,2
1,4
01Х18ЮЗ
Марка стали» (сплава) Состояние обработки
По прототипу
По прототипу
По предлагаемому способу
По прототипу
Содержание элементов, Ж (Ио
11 18697
Таблица 2
Т1
7 0
0,015 0,029 0,00032
0,013 0,008 0,000!
0 006 0,005 0,00007
0,2
0,14
0,146 0,.007 0,004 0,00008
0,18
0,05 0,017 0,013 0,00014
0,80
0,046. 0,014 0,008 0,0001
0i65
0,75
0,05 0,0055 0,003 0,00006
0,019 0,018 0,00023
0,5
1,6
0,90
0,2
0,016 .0,009 0,00009
1,4
0,75
0,004 0,001 0,00005
0,86
1,58
0,4
0,05 0,011 0,016 0,00011
0,045 10,01 0,007 0,00008
0,10
0 05
0 05
0,05 0,005 0,001 0,00003
О;08
0,09
О 012 О 014 О 00013
0,4
3,2.0,15 0,021 0,031 0,00036
0,122 0,02 0,012 . 0,00012
1 1 18697!
По предлагаемому способу 0,001 0,51 0,19 18,0
0,18 1,36
02Х25НИВБ Исходное 0,018 0,46 0,32 26,4 1,0
1,2
0,92
По предлагаемому способу 0,002 0,41
0,27 25 9 0,92 1,13.
Иарка стали, (сплава) Состояние
Обработки
По прототипу
По прототипу
Содержание элементов
1 1
Si Xa Cr Ni
Мо
0,0085 0,41 0,11 17,1 0,11 1,22
0,009 0,33 О, 18 24,8 . 0,8
1118697
19 де
0,18,2,1
0,32 2,9
0,6
0 5
1,1
0,3
0,32
0,8
1,0
0,45
0,5
Содержание элементоЪ, 3.У
1 .продолжение табл.
0,011 0,008 0,00007
0,0045 0,0005 0,00004
0,014 0,015 0,00015 0,012 0.,007 0,00009
0,006 0,001 0,00004
1118б97
4»1
О
О
О
О
4Л
Xcd!
Ж I Ж
u I î4О
I cd
4!! М ФИ
1 с о
Х I u cd
d4 Й
«1 — »
Р I о л
М
1 с4
1 с4 !
«4!
1» и
И!
» и
E"
E и
U
О !
» и
Е
С4
Е» о
Д (»
E и ) °
o &» о р, Е
Е и о о
4«4
Е
4ъ
Ю о о сч о о ь ь
» о ь
«С4 ь
I! а
o f о ь с4 л ь ь »!! ь
»л
4А О О л
О
Ц 4п
Р», QO «4
III
-н,„
I»
»4Ъ
44а
l1l с 3. о
С)
44 о о,о
Ю
М о о о
М сс!
Е
4/) х
О м
4/\
О р
С0
Е
4Г4 х
О сч.
М с"1
D р
Г4
М е х
Ю
Р1
X х О
Х
4Л
D с«4
Х х О с»
4С
M с
4О о о
И
1 О
«4
Е!
1:!
-1 В
cd I cd
I 1"
1
2 ! !
I
1
1
1 с0
1 0\ ! cd
Э I
Р о
44
О
Е О
ОО жо
1:1; с"
Eel
m I О I
Ц О о
1 1-4 во
Ео
Г 1%
X
Ю
u!. о, 4 О
4« ,В .И !1 ф
С4! Ф4 х Рч
la a
Е» и е о
О т
3 сО
« Ф
«ф
l! ф
С4 и
0 о о
О О4
4ос>
23
Ю
С Ъ
Ю
I
О Е» о о (Ч
Е а
X
М
О о О о л О
0 (Л(CI
0
1
1 х
Ю (К
И
С )
О х со
Х
LCI
I o
1 о о
1 О
I 1Ф
I о о е
Й !" I . 1
° 1
11 о I 1!
1 "! (g) I l IC I 1! Ж 1 о
;а1 0 I I 2 l
I l
1 Ф
3 I
Х I
О
3 1 (б 1 о.! а!
1 а ) о
1 М
I I
I
1
1
1 1
Э 1 а I о
Е»
0 ф а Р
XD
ОО I жо I
kf с 1 о
_#_I Ф 1 в
X e о о и 1
I сб I и (1
O I о ю
1 и
1 I сЧ 1 з е 1.ЦЮ 1 оо!
1- 1
O & 1
Е O I
О о 4
I са
I CO
I 3: а л
О
С4
Х о
1 Ю
1118697
& о о ° о ч
1
О а Ю и О
Ф а t6
Ю Ф
K И
1 о о
Й
О
hl
И К е
О Ю
