Способ термической обработки проката

 

Изобретение относится к области термической обработки стали и может быть использовано при производстве проката повьшенной прочности, подвергаемого холодной штамповке с глубокой вытяжкой или холодной высадке. Цель изобретения - повышение прочности и пластичности. Это достигается за счет выделения мелкозернистого структурносвободного феррита и превращения в мартенсит обогащенного углеродом, ; равномерно распределенного в ферритной матрице аустенита. Для этого песле аустенизации прокат охлаждают со скоростью 20-1500 град/с до 710- , выдерживают в течение 5-600 с и охлаждают до комнатной температу ры со скоростью выше критической, которую определяют из соотношения 300/(-f), где f - объемная доля аустенита в структуре стали в конце вьщержки при 710-55 0°С. Улучшение комплекса свойств проката может быть достигнуто за счет предварительной холодной деформации на 20-60%, нагрева до температуры ACj со скоростями 20-300 град/с и горячей пластической деформации аустенита. 2 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (д11 4 С 21 D 8/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4204160/23-02 (22) 12.12.86 (46) 07.09.88. Бюл. У 33 (71) Институт черной металлургии (72) В.А. Пирогов, Б.Ф. Марцинив и И.А. Вакуленко (53) 621.?85.79(088.8) (56) Заявка Японии Ф 59-37723, кл. С 21 D 8/06, 1984.

Заявка Японии 11 58-10442, кл. С 21 D8/00,,1983. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ПРОКАТА (57) Изобретение относится к области термической обработки стали и может быть использовано при производстве проката повьппенной прочности, подвергаемого холодной штамповке с глубокой вытяжкой или холодной высадке. Цель изобретения — повышение прочности и

ÄÄSUÄÄ 1421781 А1 пластичности. Это достигается за счет выделения мелкозернистого структурносвободного феррита и превращения в мартенсит обогащенного углеродом, равномерно распределенного в ферритной матрице аустенита. Дпя этого пос ле аустенизации прокат охлаждают со скороcòüþ 20-1500 град/c до 710550 С, выдерживают в течение 5-600 с и охлаждают до комнатной температуры со скоростью вьппе критической, которую определяют из соотношения 7 к

=300/(1-Г), где f — объемная доля аустенита в структуре стали в конце выдержки при 710-550 С. Улучшение комплекса свойств проката может быть ф достигнуто за счет предварительной холодной деформации на 20-50Х, нагрева до температуры Ас со скоростями

20-300 град/с и горячей пластической деформации аустенита. 2 з.п. ф-лы.

1421781

Изобретение относится к термической обработке стали и может быть использовано при производстве проката повышенной прочности, подвергаемого

5 холодной штамповке вытяжкой или холодной высадке.

Цель изобретения — повышение прочности и пластичности.

Сущность изобретения заключается 10 в том, что после аустенизации прокат охлаждают со скоростью 20-1500 С/с до 710-550 С, выдерживают в течение

5-600 с и охлаждают далее со скоростью выше критической, определяемой 15 из соотношения "„ --300/(1-f), где — объемная доля аустенита в стали в конце выдержки. В результате этого в прокате формируется структура, состоящая иэ мелкозернистой ферритной 20 матрицы с малым содержанием примесных атомов внедрения и регулируемого количества равномерно распределенных в ней дисперсных участков мартенсита, обеспечивающая сочетание высоких прочностных и пластических характеристик стали.

Перед аустенизацней прокат может подвергаться холодной деформации с обжатием 20-607, à íà" ðåâ до Ас ведут со скоростью 20-300 град/с.

Перед охлаждением до 710-550 С прокат может подвергаться горячей пластической деформации.

Способ осуществляют следующим образом.

Прокат иэ малоуглеродистых или низколегированных сталей нагревают до температур выше Ас, аустенизируют, охлаждают со скоростью 20-1500 град/с 40 до 710-550 С, выдерживают при этих температурах в течение 5-600 с, а затем охлаждают со скоростью выше кри. тической, определяемой из соотношения V,, =300/(1-f. ). 45

Охлаждение от температуры аустенизации до температуры выдержки производят со скоростью, предотвращающей распад аустенита в межкритическом интервале, которая зависит от состава стали. При распаде аустенита в межкритическом интервале температур

Аг -Аг образуется феррит, обогащенный углеродом и другими атомами внедрения„что обусловливает высокий пре- 55 дел текучести стали и повышенную склонность к ее деформационному старению. Формирующиеся при последующем охлаждении участки мартенсита имеют неравноосную форму, вытянуты вдоль границ зерен феррита и могут служить концентраторами напряжений, снижая деформируемость гтали

Охлаждение от температур аустенизации со скоростью менее 20 град/с недостаточно для предотвращения выделения феррита в межкритическом интервале температур даже в низколегированных сталях. Скорость охлаждения

1500 град/с достаточна для предотвращения распада аустенита в интервале температур Аг -Al как в низкопегированных, так и в малоуглеродистых сталях, поэтому дальнейшее ее увеличение нецелесообразно, так как приведет к неоправданному росту расхода охладителя и энергетических затрат.

Верхняя граница температурного интервала выдержек (710-550 С), обусловлена температурой Ar большинства малоуглеродистых и низколегированных сталей, нижняя — минимальной темпера турой образования в них структурно свободного феррита iо диффузионному механизму. При более низких (ниже о

500 С) температурах выделение структурно свободного феррита подавляется и образуется бейнито-мартенситная структура, обладающая высокои прочностью и малой пластичностью.

Варьируя временем выдержки при

710-550 С от 5 до 600 с, можно в широких пределах изменять соотношение количеств феррита и мартенсита в структуре стали, а следовательно, и ее прочностные.и пластические свойства. Выдержки менее 5 с недостаточно для выделения необходимого количества феррита, а увеличение ее длительности свыше 600 с привело бы к распаду остающегося аустенита по перлитному механизму и снижению прочности стали.

После выделения заданного количества структурно свободного феррита, определяющего пластические свойства стали, прокат охлаждают со скоростью выше критической для предотвращения остающегося аустенита в мартенсит.

При охлаждении с меньшей скоростью в стали формируется феррито-перлитная или феррито-бейнитная структура, что ухудшает соотношение ее прочностных и пластических свойств, а следовательно,и формируемость, Критическая скорость охлаждения сильно зависит от содержания углеро1781

40 свойства болтов после холодной вы» садки из подката с указанным комплексом свойств составили: » =910 МПа, G =1020 МПа, 8 =10X, что соответст,вует комплексу свойств болтов, вин45 тов. и шпилек, изготавливаемых из стали ЗОХГСА.

50. компактной температуры со скоростью

55 390 град/с (V„ =375 град/с при f=0,2 j, кр—

Свойства стали после указанной обработки составили: 6 =646 МПа,o >

=770 МПа, 8 =11,5%, что превосходит требования к стали 12Х2НМФА.

3 142 да в аустените. С уменьшением объемной доли аустенита по мере предотвращения содержание углерода в нем растет, резко снижая критическую ско-рость охлаждения. Ее определяют из эмпирического соотношения V =300/

/(1-f).

Холодная деформация со степенями

2-60 и нагрев до температур Ас со скоростями 20-300 град/с, а также горяЧая пластическая деформация измелчают зерно аустенита, способствуя образованию при выдержке в интервале о

710-550 С и последующем охлаждении со скоростями выше V более мелкозернистого феррита с равномерно распределенными дисперсными участками мартенсита. Это позволяет дополнительно повысить прочностные свойства стали при сохранении высоких пластических характеристик.

Холодная деформация со степенями менее 20% нецелесообразна из-за возможности попадания в интервал критических деформаций, что привело бы к ухудшению свойств из-за неравномерного развития процессов рекристалли-зации. Деформация более о0% нежелательна ввиду возможности возникновения необратимых дефектов, например субмикротрещин.

Нагрев со скоростью менее 20 град/с ослаблял бы влияние холодной плас1 тической деформации на размеры зерен аустенита. Увеличение скорости нагрева свьппе 300 град/с нецелесообразно, так как не усиливает положительного влияния холодной пластической деформации.

Пример 1. Прокат диаметром

6 5 мм из стали с содержанием углеро1 о да 0,16 . аустенизировали "при 920 С, охлаждали со скоростью 1500 град/с до .710 С, выдерживали 550 с при этой температуре, затем охлаждали со скоростью 445 град/с, (V f=p,3

300 хр )

V„=430 rpap/ñ) . После обработки кр прокат имел предел текучести (бт)

400 МПа, предел прочности (6z)

680 МПа, относительное удлинение (1„,) 20 . Уровень прочностных свойств близок к получаемым при термическом упрочнении катанки из стали 3 кп. Однако деформируемость катанки, оцениваемая по соотношению (5,-б;)/б;., после обработки по предлагаемому спо5

35 собу выше, чем после термического упрочнення в потоке стана (это отношение равно соответственно 0,7 и

0,2). Холодная деформация волочением с обжатием 70 . позволила получить проволоку Р4 мм, которая по прочностным свойствам (0,-=900 МПа, G

=1008 МПа) превосходит арматурную проволоку класса Врп-1 на 158 МПа, а по относительному удлинению (8„, =

=4,2X) — в 1,5 раза.

Пример 2. Холоднокатаную с обжатием 25 . листовую сталь толщиной

1,4 мм, содержащую 0,18 . С, нагревали со скоростью 30 град/с до 930 С, аустенизировали, охлаждали со скоростью 1320 град/с до 550 С, выдерживали при этой температуре 10 с, а затем охлаждали со скоростью 4!О град/с (при Г=0,25, 7„ =400 град/с). Полученные свойства после указанной обработки составили: G =430 МПа, Gь

=540 МПа, 8< =37X и превысили по прочностным свойствам на 140 МПа (без снижения пластичности) требования, предъявляемые к тонколистовому прокату, предназначенному для холодной штамповки.

Пример 3. Прокат диаметром

8 мм из стали 09 Г2С аустенизировали при 920 С, охлаждали со скоростью о

20 град/с до 700 С, выдерживали при этой температуре 480 с, затем охлаждали со скоростью 380 град/с (при

=300/(1-f)=375 град/с и f=0,2).

Свойства проката после приведенной обработки составили:G =410 МПа, =770 МПа, 3 =22,8%. Механические

Пример 4. Листовую сталь

09 Г2С толщиной 3 мм подвергали горячей пластической деформации на величину 40, охлаждали со скоростью

580 град/с до 600 С, выдерживали при этой температуре 15 с и охлаждали до

1421781

П р и и е р 5. Прокат диаметром

6,5 мм из стали, содержащей 0,18% углерода, аустенизировали при 920 С, охлаждали со скоростью 1500 град/с до

С )

700 С, вьщерживяли при этой температуре 600 с, затем охлаждали со скоростью 400 град/с (V„ =375 град/c).

После обработки прокат и. .ел следующие свойства: б)- =410 МПа, за=665 МПа, 10

3„„ 18%, что соответствует свойствам термически упрочненной катанки из стали СтЗкп. При этом деформируемость, оцениваемая по параметру()

5,/б =0,61, вьппе чем у катанки, тер- 15 мически упрочненной в потоке стана, для которой он равен 0,2.

Пример 6. Холоднокатаный лист толщиной 1,4 мм из стали с содержанием углерода 0,18% нагревали 20 co скоростью 300 град/с до 930 С, аустенизировали, охлаждали со скоростью 1350 град/с до 550 С, выдерживали при этой температуре 5 с, а затем охлаждали со скоростью 450 град/с 25 (при f=0,3; V„ =430 cpa /с), После обработки сталь имела характеристики:

5Ä=445 NIIa,Î a =562 NIIa, Б,) =30%, что соответствует требованиям к горячекатаной листовой стали 08 ГСЮТ для глу- 30 бакой вытяжки.

Пример 7. Листовой прокат толщиной 3 мм из стали 09 Г2С подвергали горячей деформации íà 20% при

950 С, охлаждали со скоростью

550 град/с до 710 С, выдерживали

600 с и далее охлаждали со скоростью

420 град/с (f=0,2, 7„ =375 град/с).

После указанной обработки лист имел предел текучести 6 =450 МПа, предел 0 прочности G>) =720 Mila, относительное удлинение 3 =16%, что соответствует свойствам листов из сложнолегирован— ной стали 12Х2НМФА специального назначения. 45

Пример 8. Листовой прокат

I толщиной 5,2 мм из малоуглеродистой стали, содержащей 0,19% С, подвергали горячей деформации на 60%., охлаждали со скоростью 1220 град/с до 50

550 С, выдерживали при этой температуре 5 с и охлаждали со скоростью

420 град/с (f=0,2,V„ =375 град/с).

После обработки прокат имел свойства:

G,=425 M1Ia,5 =550 MIla,S =30%, что 55 превышает требования к горячекатанной листовой стали 08ГСЮТ для глубокой вытяжки.

Указанные примеры показывают, что предложенный способ позволяет получать из малоуглеродистых сталей прокат с высокой деформируемостью и свойствами, соответствующими уровню свойств проката из низколегированной стали. Свойства проката из рядовой низколегированной стали 09 Г2С после обработки по этому способу отвечают требованиям к прокату специального назначения из сложнолегированной стали .12Х2НМФА.

Таким образом, применение предложенного способа позволяет получить из малоуглеродистой стали Зкп арматурную проволоку с временным сопротивлением разрыву до 1000 МПа (пример 1), или лист, предназначенный для холодной штамповки с глубокой вытяжкой, по прочностным свойствам превьппающий требованиям к тонколистовому прокату из низколегированной стали (пример 2), заменить сталью

0972С сталь ЗОХГСА при изготовлении крепежа пример 3 и сталь 12Х2НМФА специального назначения (пример 4).

Формула и з о б р е т е н и я

1. Способ термической обработки проката преимущественно из малоугле-, родистых и низколегированных сталей, включающий нагрев вьппе Ас с заданной скоростью, аустенизацию при этих температурах, охлаждение до температур ниже Аг, выдержку при этих температурах в течение заданного времени, ускоренное охлаждение, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения прочности и пластичности, охлажо дение осуществляют до 710-550 С со скоростью 20-1500 град/с, выдержку проводят в течение 5-600 с, а даль-> нейшее охлаждение осуществляют со скоростью v

v=300/1-f где f — объемная доля аустенита в стали в конце выдержки при

710-550 С.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а þm и и с я тем, что перед нагревом вьппе Ас прокат подвергают холодной деформации с обжатием 20-60%, а нагрев осуществляют со скоростью 20300 град/с.

3. Способ по и. 1, отличаюшийся тем, что перед охлаждением

О до 710-550 С прокат подвергают горячей пластической деформации.