Способ обработки нержавеющих сталей аустенитного и ферритного классов

 

Изобретение относится к области деформационной термической обработки стали и может быть использовано в черной металлургии при изготовлении труб. Цель изобретения - повышение жаропрочности,-термической устойчивости , упрочнения и улучшение качества поверхности путем уменьшения слоя окалины. Сущность изобретения заключается в том, что все операции нагрева и охлаждения стали осуществляют в защитной атмосфере, а ускоренное охлаждение производят сжиженным защитным газом до температуры (-80) -(190) С с последующим разогревом до комнатной температуры непосредственно перед пластической деформацией . В качестве сжиженного защитного газа применяется жидкий аммиак . 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН 5р С 21 D 8/ООр 6/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е р

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4213134/3!-02 (22) 18.03.87 (46) 07.09,88, Бюл, 11р 33 (71) Днепропетровский металлургический институт им, Л,И,Брежнева (72) Ю.П.Гуль, А.Н.Лещенко, В.Ю.Пилипченко и В.П.Сокуренко (53) 621. 6. 785, 79 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

11у 964012, кл. С 21 D 9/50, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 1104172, кл, С 21 D 8/00, 1984 °

Авторское свидетельство СССР

Р 1068510, кл. С 21 D 8/00, 1984.

„„Я0„„1421782 А1 (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ НЕРЖАВЕЮЩИХ

СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНОГО И ФЕРРИТНОГО

КЛАССОВ (57) Изобретение относится к области деформационной термической обработки стали и может быть использовано в черной металлургии при изготовлении труб. Цель изобретения — повышение жаропрочности, термической устойчивости, упрочнения и улучшение качества поверхности путем уменьшения слоя окалины. Сущность изобретения заключается в том, что все операции нагрева и охлаждения стали осуществляют в защитной атмосфере, а ускоренное охлаждение производят сжиженным защитным газом до температуры (-80) — (190) С с паспедуюцем раапгре- (/) вом до комнатной температуры непосредственно перед пластической деформацией. В качестве сжиженного защитного газа применяется жидкий аммиак. 1 з.н, ф-лы, 1 табл. еией

1421782

И..-.обретение относится к области дефармационной термической обработки стали и может быть использовано в черной металлургии и при изготовле5 нии труб, Цель изобретения — повышение жаропрочности, термической устойчивости, упрочнения и улучшение качества поверхности путем уменьшения слоя окалины.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Повышение жаропрочности труб из нержавеющих сталей ферритного и аус- 15 тенитного классов возможна за счет создания термоустойчивости дислокационной структуры, имеющей наиболее энергетически выгодные, и потому наиболее устойчивые дислокационные по- 20 верхности раздела, Такая дислокационная структура может быть создана после комплексной тецмомеханикотермичес" кой обработки, включающей нагрев до

1200 — 1250 С, последующее охлаждение 25 со скоростью более 100 С/с, позволяющие реализовать так называемую "вакансионную" закалку — фиксирование при пониженных температурах определенной избыточной концентрации вакан-. g0 сий,, которые при последующей холоцной пластической деформации со степенью 20-307 облегчают переползание дислокаций и ускоряют формирование ячеистой дислакацианной структургп с полигональными "убграницами, Однако если ускоренное охлажение производить па известному способу до комнатной температуры, га до начала пластической деформации нержавеющих сталей (особенно ферритного класса) происходит снижение концентрации Вакансий вследствие их стока. В этом случае формирование ячеистой структуры отличается неупорядоченностью, в результате чего дислокационные субграницы становятся менее устойчивьпги.

Кроме того, увеличивается сопротивление металла холодной деформации.

Если же ускоренное охлаждение

50 производить по предлагаемому способу

po (-80} — (1900) С, то происходит "замораживание" вакансий требуемой пересыщенности в твердом растворе.

Стока вакансий не происходит и при последующей холодной деформации образуется устойчивая дислокационная субструктура, стабилизируемая высоким отпуском — н результате повышаются жарапрочные свойства стали. В сталях же аустенитного и аустенитноферритнаго классов происходит дополнительное повьппение комплекса свойств так как при охлаждении до отрицательных температур протекает процесс превращения аустенита в мартенсит, который сопровождается фазовым наклепом, вызывающим, в свою очередь, дополнительное повышение плотности дислокаций и появление новых эакалочных вакансий. Кроме того, улучшается технологичность процесса и термическая стабильность эффекта упрочнения, так как отпадает необходимость строго регламентировать время между концом ускоренного охлаждения и началом пластической деформации, Если уско-ренное охлаждение заканчивать при о температуре вьппе — 80 С, то не в полной мере подавляется сток вакансий, образуются менее устойчивые субграницы, ухудшаются жаропрочные свойства, Кроме того, не реализуется дополнительное повьппение комплекса свойства за счет А-И превращения, так как для большинства нержавеющих сталей аустенитного класса точка M находится при (-50) — (80) С. Ускоренное охлажо дение до температуры киже -190 С не вызывает изменения свойств, однако при этом требуется специальное оборудование, усложняется технология, {

Разогрев иэделий (труб) до комнатной температуры непосредственно пе" ред пластической деформацией необходим для уменьшения сопротивления металла холодной пластической деформации.

К качеству поверхности готовых прокатных изделий спецназначения (например, труб для ТВЭЛов) предъявляются высокие требования, в частности не допускается образование окалины.

Поэтому осуществление всех технологических операций нагрев и охлаждения в защитной атмосфере, а также; уско" ренного охлаждения сжижейньгм защитным газом позволяет избежать окисления и угара и, тем самьпг, значительно улучшить качество поверхности труб ..

Применение жидкого аммиака в качестве охлапителя при ускоренном охлаждении позволяет достичь требуемых о скоростей охлаждения — 100 — 150 C/с, 142 так как теплоемкость аммиака составляет 0,48 — 0,90 ккал/г град.

Пример. Трубы размером 8,3х

«О 4 мм из стали ООХ18Н10 (0,04 7 С) обрабатывали по известному способу нагрев в камерной электропечи до а

1200 С, охлаждение со скоростью о

120 С/с до комнатной температуры, пластическая деформация редуцированием через 9-10 с после окончания охлаждения с суммарной степенью обжатия 20Х и отпуск при 800 С 1,5 ч, Часть труб обрабатывали также по предложенному способу. При этом все операции нагреваи охлаждения производили в защитной атмосфере (аммиак).

Трубы нагревали до 1200 С с последующим охлаждением со скоростью 100 С/с в среде жидкого аммиака до температуры (-70) — (190) С с переносом при необходимости в ванну с жидким азотом.

Время между концом ускоренного охлаждения и началом пластического деформирования не регламентировали, Непосредственно перед холодным деформированием труб производили отогрев их до комнатной темпераФуры, а деформацию (редуцирование) осуществляли с суммарной степенью обжатия 20Х. Холоднодеформированные трубы отпускали при 800 С l 5 ч..

Трубы,, обработанные по известному и предлагаемому способам, подвергали испытанию на растяжение при 800 С, замеряли твердость после нагрева до о

800 С оценивали качество поверхности. Результаты исследований цредставлены в таблице1.

Сравнительные механические испытания труб иэ стали ООХ18Н10, подвергну тых обработке по известному и предлагаемому способам, показали, что после обработки по предлагаемому способу

1782

4 предел прочности стали при темперао туре испытаний 800 С увеличивается на 20 — 25X по сравнению с обработкой по известному способу, что свидетельствует о повышении жаропрочности стали.

Более высокая твердость стали (после предварительного нагрева до

1р 800 С), обработанной по предложенному способу, свидетельствует также о механической стабильности упрочненного состояния при нагреве. Проведение всех операций нагрева и охлажде15 ния в защитной атмосфере, а также глубокого охлаждения сжиженным защитным газом обеспечило высокое качество поверхности труб, что особенно важно при изготовлении труб для осо20 бых условий работы, например для

ТВЭЛов.

Формула изобретения

25 1. Способ обработки нержавеющих сталей аустенитного и ферритного классов, включающий нагрев до 2 2001250 С, охлаждение со скоростью 100200 С/с до заданной температуры, хоЗО лодную пластическую деформацию на 20ЗОБ и отпуск, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения жаропрочности, термической устойчивости, упрочнения и улучшения качества поверхности путем уменьшения слоя окалины, нагрев и отпуск проводят в защитной газовой атмосфере, а охлаждение осуществляют до (-80) — (190) С с последующим отогревом до комнатной темпе4р ратуры, причем охлаждение проводят путем подачи сжиженного защитного . газа.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что охлаждение прово45 дят путем подачи жидкого аммиака.

1421782

Способ

Темлена слоя окалины, мкм ле наИзвестный 20 285

212

Предло- -70 295 женный

222

-80 355

-100 360

241

247

-150 365

244

-190 360

242

Составитель А.Кулемин

Техред М.Ходанич Корректор А, Ãÿñêo

Редактор В.Данко

Заказ 4392/26

Тираж 545 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ратура конца ускор.енного охлаждения, С

Кр атковременв ная прочность при

800 С, МПа

Твердость

ИУ посгрева до

800 С