Способ термической обработки изделий

 

Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано при изготовлении изделий из низколегированных и легированных конструкционных сталей. Цель изобретения - повышение механических свойств изделия. Для этого нагрев изделия производят до температуры АС,, + (50-190)°С, а охлаждение проводят в три стадии. Охлаждение на первой стадии ведут со скоростью, обеспечивающей пересечение кривой охлаждения изделия с линией начала структурного превращения аустенита в феррит термокинетической диаграммы ниже точки А f. , или со скоростью, обеспечивающей переохлаждение аустенита до температуры, лежащей вьше температуры его минимальной устойчивости в области превращения в феррит термокинетической диаграммы, а на второй стадии охлаждают с меньшей скоростью или проводят изотермическую выдержку с окончательным охлаждением в воде. 3 З.П..Ф-ЛЫ, 2 ил., 1 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1373735 (51) 4 С 21 D 1/56,13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A STOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4074822/31-02 (22) 24.02.86 (46) 15.02.88. Бюл. ¹ 6 (71) Днепропетровский металлургический институт им.Л.И.Брежнева (72) И.Е.Долженков, В.К. Флоров, Л.Н.Дейнеко, С.К.Калиновский, В.А.Дробязко, С.Г.Каплан, В.С.Толстых, Г.К.Михайлин, А.Н.Колосов, Л.А.Власов, В.А.Сержантов, В.Д.Нохрин и Б.Г.Агаханов (53) 621.785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 454266, кл. С 21 D 1/7 б, 1974.

Заявка Японии № 53-114721, кл. С 21 D 1/00, 1978. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано при изготовлении изделий из низколегированных и легированных конструкционных сталей. Цель изобретения — повышение механических свойств иэделия. Для этого нагрев изделия производят до температуры

Ас> + (50-190) С, а охлаждение проводят в три стадии. Охлаждение на первой стадии ведут со скоростью, обеспечивающей пересечение кривой охлаждения иэделия с линией начала структурного превращения аустенита в феррит термокинетической диаграммы ниже точки А „, или со скоростью, "1 обеспечивающей переохлаждение аустенита до температуры, лежащей выше температуры его минимальной устойчивости в области превращения в феррит термокинетической диаграммы, а на второй стадии охлаждают с меньшей скоростью или проводят иэотермическую выдержку с окончательным охлаждением в воде. 3 з.п..ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1373735

Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано в машиностроении при изготовлении изделий из низколегированных и легированных марок сталей.

Цель изобретения — повышение механических свойств изделия и технологичности процесса термической обработки. 10

На фиг. 1 приведены кривые охлаждения по предлагаемому (1-4) и известному (режим 5) способам для сталей, аналогичных маркам 12х1МФ, 12х2М, 25х2МФ, 30х2Н2М, 35х2НМ; на фиг. 2 — 15 кривые охлаждения в соответствии с предлагаемым (режимы 1-4) и известным (режим 5) способам применительно к малоуглеродистым ниэколегированным сталям (показано на примере термо- 2р кинетической диаграммы распада переохлажденного аустенита стали 15ХСНД, отражающей основные закономерности кинетики распада для всей группы малоуглеродистых низколегированных сталей) 25

Нагрев изделий проводят до температуры, лежащей ниже начала интенсивного роста зерна аустенита — А, +

+ (50-190) С. Охлаждение на первой стадии ведут со скоростью, обеспечи- 3Р вающей пересечение кривой охлаждения с линией начала структурного превращения аустенита в феррит термокинетической диаграммы ниже точки Ас, (фиг. 1 и 2, кривые 1 и 2, участки

1КР, 2КР). В этом случае создаются предпосылки для,образования в ходе последующей обработки избыточного неравновесного феррита, который в отличие от равновесного, выделяющего- 4О ся при температуре выше А, положительно влияет на некоторые технологические характеристики. На второй стадии в области образования феррита охлаждают с меньшей скоростью или приводят изотермическую выдержку (фиг. 1 и 2 кривые 1 и 2, участки

1PS, 2PS). Следствйем проведения второй стадии обработки при охлаждении является выделение требуемого количества избыточного неравновесного

50 феррита, что может происходить только в зоне превращения аустенита в феррит и должно характеризоваться или малыми скоростями охлаждения или нзотермической выдержкой. В

55 момент завершения второй стадии обработки при охлаждении (фиг. 1 и 2, кривые 1 и 2, точка S) н структуре стали содержатся феррит и объемы нераспавшегося аустенита, который при быстром охлаждении на третьей стадии (фиг. 1 и 2, кривые 1 и 2, участки 1 SQ, 2 SQ) испытывает превращение по промежуточному механизму и обусловливает выделение бейнита.

Нижние значения скоростей охлаждения и длительностей выдержек с учетом . смещения диаграммы вправо в процессе выделения феррита взята для сталей с максимальной устойчивостью переохлажденного аустенита в области его превращения в феррит (стали 35Х2МА, 45ХНМФА), верхние значения — для сталей с минимальной устойчивостью переохлажденного аустенита (сталь

09Г2, 10ХСНД). При значениях скоростей ниже предела сталь имеет ферритоперлитную структуру (феррит избыточный неравновесный). Повышение скоростей выше верхнего предела увеличивает вероятность образования структур с низким содержанием феррита вплоть до-образования мартенсита. Аналогичным образом на структуру (а значит и на свойства) влияет длительность изотермической выдержки: ее понижение ведет к снижению доли феррита, повышение снижает объем бейнитной составляющей. Конкретные скорости охлаждения и длительность выдержки определены с помощью термокинетических диаграмм рассматриваемых сталей.

В другом случае охлаждение на первой стадии проводят со скоростью, обеспечивакнцей переохлаждение аустенита до температуры, лежащей выше температуры его минимальной устойчивости в области превращения в феррит термокинетической диаграммы (фиг. 1 и 2, кривые

3 и 4, участки ЗКР, 4KP), что предпочтительно для сталей с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита в области его превращения в феррит (длительность инкубационного периода — до

100 с и более). В связи с трудностью подбора охладителя, обеспечивающего для таких сталей охлаждение в соответствии с первой стадией (вхождение на первой стадии в зону образования феррита ТКД ниже точки А„ ), возникает необходимость в предварительном переохлаждении аустенита до температуры, лежащей выше температуры его минимальной устойчивости в области образования феррита (фиг. 1и 2, точка М). Тогда на второй стадии охлэж25

13737 ,дения облегчится вхождение в зону образования феррита термокинетической диаграммы с пересечением кривой охлаждения иэделий линии структурного превращения аустенита н феррит ниже

5 точки А „ (фиг. 1 и 2, участок MN).

Введение на первой стадии охлаждения граничного условия переохлаждения аустенита до температуры, лежащей выше температуры его минимальной устойчивости в области превращения в феррит термокинетической диаграммы, необходимо для создания условий выделения феррита в зоне его образования на второй стадии, так как переохлаждение до более низких температур даже при последующей изотермической выдержке не создает условий для выделения феррита (кривая охлаждения пройдет ниже зоны его образования) °

На второй стадии охлаждают с меньшей скоростью или проводят изотермическую выдержку иэ области существования переохлажденного аустенита в область образования феррита с пересечением кривой охлаждения иэделия линии начала структурного превращения аустенита в феррит ниже точки

А„ (фиг. 1 и 2, кривые 3 и 4, участки 3PS, 4PS). На данном этапе обработки в процессе охлаждения происходит вьщеление избыточного неравновесного феррита, количество которого фиксируется началом ускоренного ох35 лаждения на третьей стадии (фиг. 1 и 2, кривые 3 и 4, участки 3 SQ, 4 SQ). Оставшиеся объемы аустенита при охлаждении на третьей стадии претерпевают превращение в бейнит.

Предлагаемый способ изотермической обработки опробован в промышленных условиях при упрочнении соединительных деталей трубопроводон— штампо-сварных тройников диаметром

530 мм и толщиной стенки 20 мм из стали 15ХСНД. В идентичных условиях проведен сопоставительный анализ достигаемых результатон после термической обработки в соответствии с предлагаемым и известным способами.

Термообрабатываемые изделия— тройники, после изготовления по соответствующей технологии, являющейся базовой (включает двукратный, нагрев

55 листовой. заготовки до температуры

1100-1200 С перед штамповкой и отбортовкой горловины патрубка, последующую сварку нижней и верхней

35 частей), после сварки помещали н печь с выкатным подом, нагревали до

930+1030 С, выдерживали в печи при этих температурах, после чего с помощью крана и закрепленного на нем захватного приспособления проиэнодили съем изделий с пода печи и осуществляли охлаждение иэделий.

Характеристики охлаждения на каждой стадии, евойства металла иэделий, структура при обработке по предлагаемому и известному способам представлены в таблице.

Критерии оценки свойств иэделий: предел прочности не менее

490,5 ИПа (50 кгс/нм ), — предел текучести не менее

333,5 МПа (34 кгс/нм ), — отношение предела текучести к пределу прочности не более 0,8, — относительное удлинение на пятикратных образцах не менее: при толщине стенок до 20 мм 207, при толщине стенок свыше

20 мм 19Х ударная вязкость при 253 К о (-20 С) не менее: при толщине стенок до 20 мм—

0,29 мДж/м (3 кгс/см ), при толщине стенок свьппе 20 до 30 мм — 0,39 мДж/м (4 кгс/см ), при толщине стенок свыше 30 до 45 мм — 0,49 мДж/м (5 кгс/см ).

Формула изобретения

1. Способ термической обработки иэделий, включающий нагрев выше Ас

3 выдержку, охлаждение и отпуск, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения механических свойств и технологичности процесса термической обработки, нагрев ведут до А, + о сэ

+ (50-190) С, а охлаждение осуществляют в несколько стадий, на первой стадии ведут со скоростью, обеспечивающей пересечение кривой охлаждения с линией начала структурного превращения аустенита в феррит термокинетической диафрагмы ниже точки А, 1 а на второй стадии в области образования феррита охлаждают с меньшей скоростью илИ проводят изотермическую выдержку, а затем со скоростью, обеспечивающей образование бейнита.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что охлаждение на первой стадии ведут со скоростью, 1373735

19ехазмчасвме свойстве

Структура гр иб д обрей и (сиама озиаидемва бфв епе раним отпуска) Удары ма

° нэкость

КСУ иДМ/и ар дед проч ности»

НПа

Предел таку части, 78га

Относи» телъмое

7äëþ» е мма, 1 фе Вито-мрлмтнвз (феррит Набитом»вак равновесный) Уреевав C, a О виме тре боиааий ОСТ 102-55-81 ° оа-, лвзденме ме раалкзуетсв на нзлоуглеродкстых низколеглроэанкык стали, так каа арм данной схеме охлазаеинв на ваде:летом бейнит

350 520 28 0,095

Оклаздеана (температура вустенитнзанин с 930 С

1 стадмн - охлвмдемиа на

° озду1се со схоростъм Чг»0 до 730 C в течение 100 с, II стадмн - охлаздение ° а>да го С) 10-251 фаррмтв (мзбмточнъа1 ° неР ав н аз 4 с»о»й ) °

90-7$1 бейннта

Охлаздоине (t, 930» С, I стадие " оклаздение з масле до 680 С т, 6 с, II стадии оклаадение ° воде 20 С) 1(элегии прн зысоаой арочвос тк обладает низки»»к 9ластичностъа и ахэхостъы, азухстадийиоа охлааденке не аает

° оэ»м»звоств иыделмтъсн в

° узлом копичестее феррнта

525 680 16 0,14

67-7$1 фаррита (мзбыточвъа) марав ноаесиъис), 13-101 бейиит °, 20 1И перлмтз

0,87

3В5 560

И р«гаым»й

73-781 феррита (избыточный нервеновесмый) ° 23-171 байнкта, 7-51 перлнт а

0,8

» 980»С (далее по а. Э) 23

U 65 с» 1005 С (далее по а. Э) 440 6го

О ° 42

50-$41 фаррмта (иэбыточмъза нерва° овеса»аа) ° $0-461 бейнмта

t» 1030»С (далее по а. 3) 465 650

19 о,гз йоеьаэеетса наоднород

° ость структуры

О,1

560 750

Вайнитомартансатнам отру»игура

С ° 3 с (данае по а. 8) О 12 Вейнито-мартевсигнал стручтура

545 730

Ф, 4 с (далее пе ° . 8) 10

5го 7оо

О, 15 Феррнто-байлмтааа структура с участками нвртевсига

16 о,г

20-251 феррмта (еСыточзва1 ыерааноиеснъ»й), 80-73» подвита

$00 670

8 с (дание по и. 8) 0 3$ 30-ФИ феррмта, 70-ВИ Пайнита

460 620

20 обеспечивающей переохлаждение аустенита до температуры, лежащей выше температуры его минимальной устойчивости в области его минимальной устойчивости, а на второй стадии охлаждают с меньшей скоростью или проводят изотермическую выдержку иэ области существования переохлажденного аустенита до начала структурного превращения в феррит ниже точки А„

3. Способ по п. 1, о тличаюшийся тем, что охлаждение низколегированных конструкционных стаОхлаеание t„. 930 С на 1 стаамк е подогретой среде V, 57-60»С температура хонда 1 стадии оклазденин с, - 69() С, V

l,5-2 С/с, длительность 11 стадии охлаздеымв Т„В с, .ь IП стаде охлааденмн - в воде

t» 955 С (осталънме пвранетрм аналогичны рез»а»у ао а. 3) Охлаздеаыа 2 ствдмд сз 980»С, 91 ЭВО C/с (вода), с,, 700 C П от»авва° затер»м»нескин выдарака эа»тезъаостъы т i 1 с, ПI стадии - оклаздейне е воде

11 Ф 6 с (далее но п. 8) лей на первой стадии ведут со скоростью 1-150 С/с, а на второй — со скоростью 1-10 С/с или проводят изотермическую выдержку в течение

2-1200 с.

4. Способпопп. 1 и2, отлич а ю шийся тем, что охлаждение легированных конструкционных сталей на первой стадии ведут со скоростью

50-600 7С/с, на второй — со скоростью

1-10 С/с или проводят изотермическую выдержку в течение 3-1400 с.

71-741 феррмта (избыточкъа) наразыоееснъкс), 29 261

60-6И фвррмта, йачаает аронвлатъсз ве(избмточиъаС неравно"однородность структуры, ° есный), 40-ЗИ обусловлевнан раэвоэербейнмтв аистостъы вустеинаа

1373735 т

Структчра

Способ

Термическая обработка (схема охлахдения без операции отпуска) Mt õàHè÷å(кис с нойс тяа (1ричечанне

Предел Относи- проч- тельное ности, >длине-

Mila иие, Уларняя ьязкость

КСУ мЛх,м

Пренс текучести

КПа

70-75х фаppllT °

30-252 ба((инта

600 22 0,60 с (n с (данае па п. 8)

° В

65-702 Феррате, 15-18X daAHMTs °

2V-12Х пар>сита

70-652 крупнозарнистха((р Ь) 6аррнт, 30-35. пропита

325 490 34 0,35

14 Вааоав>а объект (торп накат паза() 20

АЙВИ)2, С

3N

Ь 70O

600 500

Фа м мю „

102 дрЮ 8а, С ()00

700 б00

С4)00

400 0î

1 12 с (далаа по в. 8) 390 5 90 25 0,85

Продолжение таблицы