Способ термической обработки листового проката из кремний- марганцовистой стали

 

Изобретение относится к металлургии , а именно к термической обработке тонких листов и лент из кремний-марганцовистых сталей, и может быть использовано при разработке новых агрегатов непрерывного отжига для обоснования их режимов работы и в производстве высокопластичного листа или ленты для машиностроения, в частности автомобильного и сельскохозяйственного машиностроения. Цель изобретения - увеличение пластичности стали при сохранении прочности . Способ включает нагрев межкритический интервал температур, выдержку , промежуточное охлаждение до 700°С, оежимы котооых определяются по математическим зависимостям, охлаждение до 380-И 0° С со скоростью 80- 300°С/с, изотермическую выдержку при данной температуре в течение 2-5 мин и окончательное охлаждение со скоростью 1i)-ltU;)°C/c. Ланная обработка обеспечивает получение листов из стали 37Г1С1 с полным удлинением ЗЯ- ЗбЈ, равномерным удлинением при уровне прочности более 900 Н/мм2 . 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ)УБЛИН (19) (11) (1) С "1 П 9/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ч

CO

О

Сь".) 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHRM

MPH ГННТ СССР (21 ) 4 805 069/02 (2?) 22.03.90 (46) 15.01.92. Бюл. h" 2 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина (72) A. А. Петруненков и Б.А. Букреев (53) 621.785.363 (088.8) (56) "-aaava Японии М 60-43464, кл. Г 21 D 9/52, 1985. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ЛИСТОВОГО ПРОКАТА КЗ КРЕМНИЙ-МАРГАНЦОВИСТОЙ CTNlH (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке тонких листов и лент из кремний-марганцовистых сталей, и может быть использовано при разработке новых агрегатов непрерывного отжига для обоснования их режимов работы

Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке тонких листов и лент из углеродкремний-марганцовистых сталей, и может быть использовано при разработке новых агрегатов непрерывного отжига для обоснования их режимов работы и в производстве высокопрочного высокопластичного листа или ленты для машиностроения, в частности автомобильного и сельскохозяйственного машиностроения.

Известен способ термической обработки тонкого листа или ленты из углерод-кремний-марганцевых или углеи в производстве высокопластичного листа или ленты для машиностроения в частности автомобильного и сельскохозяйственного машиностроения. Цель изобретения - увеличение пластичности стали при сохранении прочности. Способ включает нагрев межкритический интервал температур, выдержку, промежуточное охлаждение до ,о

700 С, оежимы которых определяются по математическим зависимостям, охлаждение до 380-410 С со скоростью 803 )0 С/с, изотермическую выдержку при данной температуре в течение 2-5 мин и окончательное охлаждение со скоростью 10-40 ) С/с. Данная обработка обеспечивает получение листов из стали 37Г1С1 с полным удлинением 3036,, равномерным удлинением 24-273 при уровне прочности более 900 Н/мм2, 2 табл. род-кремн ий- хром-марганцевых сталей, вклочающий закалку из межкритического интервала температур с целью повышения прочностных и пластических свойств.

Однако этот способ обеспечивает получение пластичности (относительного удлинения) тонкого листа не бо- лее 10> при уровне прочности 9001000 Н/мм2 и при равномерной пластичности (равномерное удлинение) не более .54.

Известен также способ иэотермической закалки, в том числе и неполной изотермической. Осуществление

1705370 п«п«пй <1э«тс оиическои закалки углерод-кремний-иярганцевь<х сталей позволяет получить при прочности 9001п <0 Н/мм- пластичность (относительное удли<<ение) около 2"-?5С, при рве<номерной пластичности (равномер" ном удлинении) не более 12-154. Неполная иэотермическая закалка, осуществляемая иэ аустенитной области, приводит к повышению прочности выше

1;йц Н/мм2 и уменьшению пластичности на 3-64 за счет того, что часть аустенита превращается в мартенсит.

Таким образом, указанные способы термической обработки, отдельно использую«<ие закалку из межкрити-,< ческого интервала или изотермическую

15 (в том числе неполную) закалку, не обеспечивают получение полного отно<;

20 сительного удлинения более 25> и равномерного удлинения более 15 ь.

Наиболее близким к изобретению является способ, включающий нагрев ло температуры аустенизации, выдержку при 650-!50 С в течение 4-15 с, затем — при 450-650 С в течение 1050 с и охлаждение со скоростью более

30<1 С/с.

Недостатком данного способа яаляется, с одной стороны, невозможность

30 получить из-за короткой и высокотемпературной изотермической выдержки полное относительное удлинение более

Цель изобретения - увеличение пластичности (полного и равномерного удлинения) высокопрочного (с уровнем . прочности 90П-10 10 Н/мм ) тонкого листа или ленты из углерод-кремниймарганцовистых сталей при сохранении высокой прочности за счет оптимизации структуры.

Указайная цель достигается тем, что в способе термической обработки тонких листов и лент из углерод-крем50 ний-марганцовистых сталей, включающем

20-263 и равномерное удлинение более

191 при уровне прочности более

800 Н/мм2, хотя в нем и совмещена закалка из межкритического интервала с неполной изотермической закалкой. С другой стороны, для выбора 40 оптимального режима термической обработки широкого круга сталей, который обрабатывается известным способом, необходимо проведение предварительных опытных термообработок и дополни- 4 тельных затрат материальных и трудовых ресурсов. наrрев, выдержку, охлаждение, кратковременную изотермическую выдержку и охлаждение, согласно изобретению температуру нагрева в а - области, время выдержки при этой температуре и скорость охлаждения от температуры аустенизации до 7000 С выбирают в соответствии с уравнениями:

Т = 817-102.)С-20,4Ип + 36,9Si-16Nii

+ ЗСг — 10Cuh и 5 0 05(Tg 780)ф

V = (TH — 700)/12-10©-2Ип + 4Si-2Ni), где Т - температура аустенитизации, Ос.

Ф

<.и - время нагрева, мин;

7 — скорость охлаждения, аC/c;

С, Ип, Si, Ni» Cr, Cu — соответственно содержание углерода, марганца, кремния, никеля, хрома, меди в стали, мас.Ф, скорость охлаждения от 700 С до тем4 пературы изотгрмической выдержки задают равной 80-300 С/с, а изотермию ческую выдержку осуществляют при температуре нижнего бейнита 380-410 С в течение 2-5 мин, скорость охлаждения после иэотермической выдержки 10400ОС/с.

Зависимости для определения параметров термической обработки получены на основании регрессионного анализа большого объема информации о влиянии состава и режима термической обработки на свойства углерод-кремниймарганцевых сталей с содержанием, мас.Ф: углерод 0,15-0,6 марганец

0,5-",Оf кремний 0,5-2,7.

Выбор температуры и времени нагрева по химическому составу обеспечивает получение в структуре нагретой стали оптимального количества феррита и неравномерного обогащенного аустенита. При подстуживании до о

700 С происходит дополнительное выделение феррита и обогащение аустенита у гле родом. !

При подстуживании до температуры о менее /00 С начинается выделение углерода в виде карбидов, вследствие чего уменьшается обогащение аустенита углеродом и количество остаточного аустенита после термообработки и меньше становится пластичность стали.

5 17

Скорость охлаждения от 700 С до температуры иэотермической выдержки должна обеспечить предотвращение распада аустенита по перлитному механизму. Увеличение скорости охлаждения более 300 С/с может создать дополнительные термические напряжения и в итоге уменьшит ь пластичност ь стали, а уменьшение скорости охлаждения менее ЯОО C/c не обеспечивает предотвращение перлитного распада аустенита, что приводит к уменьшению количества остаточного аустенита и пластичности стали.

Неполная иэотермическая закалка должна осуществляться при 380-4) J С в течение 7-5 мин для обеспечения получения оптимального количества остаточного аустенита в структуре стали 204 Повышение температуры изотермической закалки выше 410 C приводит к появлению в структуре стали недостаточно пластичного верхнего бейнита и уменьшению количества остаточного аустенита, что приводит к уменьшению пластичности стали. Понижение температуры изотермической выдержки ниже 380 С затрудняет процессы перераспределения углерода и обогащение аустенита при этой температуре, вследствие чего в итоге уменьшается количество остаточного аустенита в стали и уменьшается ее пластичность

При выдержке менее " мин на изотерме не успевает превратиться в бейнит необходимое количество аустенита, не успевают пройти процессы обогащения аустенита, вследствие чего в структуре стали после термообработки появляется мартенситная структурная составляющая, уменьшается количество остаточного аустенита и, как следствие, уменьшается пластичность стали после термообработки. При увеличении длительности выдержки на изотерме более 5 мин превращение аустенит а по бейнитной реакции проходит в большей степени, вследствие чего количество остаточного аустенита в стали после термообработки уменьшается и уменьшается пластичность стали.

Умен ьшение скорос т и охлажде н ия стали после термообработки ниже

10 С/с приводит к дополнительному распаду аустенита и уменьшению коли-<ества остаточного аустенита, что уменьшает пластичность стали. Уве05370

5

50 личение скорости охлаждения более о

400 С, в том числе за счет термических напряжений, приводит к появлению в структуре стали мартенсита и уменьшению ее пластичности.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что предлагаемый способ отличается тем,что температуРу нагрева в а+ области, время выдержки при этой температуре и скорость охлаждения от температуры аустенитизации до 700 C выбирают в соответствии с приведенными уравнениями, а скоо рость охлаждения от 700 С до температуры изотермической выдержки задают равной 80-300 С/с, изотермическую выдержку осуществляют при 380-410 С, время изотермической выдержки выбирают равным 2-5 мин и скорость охлаждения после изотермической выдержки - 10-400 С/с.

Пример. Стальной лист толщиной 1 мм иэ стали 37Г1С), содержащей, мас.Ф: углерод 0,37; марганец

1,35, кремний 1,35; никель 0,1, алюминий 0,03; сера 0,016; фосфор 0,008; железо - остальное, нагревали до

775 С в течение ? мин в печи сопротивления, выдерживали там 5,2 мин, после чего, вынув из печи, подстуживали за счет обдува вентилятором до 700 С/с со скоростью 9 С/с. После того, как температура листа достигла 700 С, лист поместили в соляную ванну (расплав KNA>) с температурой о

400 Г. Скорость охлаждения в ванне от ". до 4 )l) C составила ) 0I) C/c.

8 изотеомической ванне бразец выдерживали 5мин, после негo вынули иэ ванны и охладили на воздухе до комнатной температуры за счет водовоэдушного обдува со =коростью 20 С/с. Из термообработанного таким образом листа изготовили образцы для механических испытаний. Испытания проводили по ГОСТ

11?01-84.

Для получения сравнительных данных проводили термообработку и по известному способу. !

Режимы термическои обработки и механические свойства двух сталей, обработанных по предлагаемому и известному способам приведены в табл.1 и 2 (сталь 1, мас.3: С О,37; Мп 1,35;

Si 1;35; Ni 01; Al О 03; S О 016;

Р О,ОО8; железо остальное, сталь 2, мас.4: С <.,19; Si 2,6; ))п 1,78;

7 1105370

8 ры, изотермическую выдержку и окончательное охлаждение, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения пластичности стали при сохранении прочности, нагрев ведут до температуры Т11 = 817-102 .Г - 20,4 Mn +

+ 36,9 Si — 16 Ni + 3 Cr — 10 Сц, С, где С, Мп, Si, Ni Cr u Cu - соответственно содержание углерода, марганца, кремния, никеля, хрома и меди в стали в массовых процентах, выдержку осуществляют в течение времени

0 1; Al 0 04; S 0 016; P 0 008; железо остальное) .

Как видно из табл.1 и 2, предложенный способ термической обработки в сравнении с прототипом обеспечивает достижение более высокой пластичности (как равномерного, и пол" 1 ного удлинения) при более высоком уровне прочности.

Зкономический эффект складывается из увеличения области применения высокопрочного листа благодаря существенному увеличению пластичности и в итоге благодаря снижению металлоемкости изделий.

10 сн = 5-1),05 (T„- /80), мин, 15 охлаждение проводят сначала до 700 С а со скоростью V (Тк- 700)/(12—

-10+ — 2Mn + 4Si - 2М) C/с, затемсо скоростью 80-300 С/с до 380-410 С, изотермическую выдержку осуществляют в течение 2-5 мин, а окончательное охлаждение — со скоростью 10-400 C/ñ

Форму ла изобретения

Способ термической обработки лис- 20 тового проката из кремний-марганцовистой стали, включающий нагрев, выдерж" ку, охлаждение до заданной температуТабли ца 1

Режимы термической обработки и механические свойства сталей, обработанных по предлагаемому способу

Иехан we ск ие свойства

Ремни термической обработки

Охлаждение от T„ до 700 с со ско ростью (ч), вС/с

Нагрев до теиперату ры, С

Полное относи тельное у длинение, Ъ

Раен. удли нение, Ъ

Время изот.

1 выдериж ки, иин

Изотериическая выдержка при тн1, выем

OC

6 рви ° сопротивле нив разрывуy

H /IIII2

Охлаждениее от

700 С до 400 С со ско

pOClI e (v ), С/с

Выдержка при температу ре нагрева, мин

Сталь 1

37С

395

100

5,2

/75

8оо

4оо

8о

5,2

1ОО

5,2

10 С

5,2

5

1СО

5,2

100

2С 1100

5,2

5,2

5,2

20 97С

20 965

20 995

3 965

500 1050

100

100

5,2

100

5,2

5,2

100

7/5 / /5

//5

//5

7/5

//5

//5

Охлаждение

flOCJlC изоте ри. выдерм ки со скоростью чз) вС/с

20 96С

20 900

20 980

10 950

20 1230

50 980

400 962

27 36 19 29

18 28,1

25 34

8,5 13

21,5 28

22,4 29

18 23

19 25,5

25,5 33

19

18,5 24

17 23

Режим термической oál:.I òêè

Меха н иче си ие

СВОйСтВа

Время

Изотерничесхая ВЫ

Выдержка Ори температуре нагрева, нин

Схлажден ие от

700 С до 400 С

СО СКО роетЬ6 (V2), С/с

Вхла»дениЕ От T„ до 700 С

СО СКО ростью (v), вС/с полное

ОТНОСИ

11а грев до температу ры, Рави, Врем.

СОПРОизот. выудлине нне ° тельное удлинение, т ивле де ржКИ, ним держка при мЗ. »41

С разрыву, Н/ммз

Сталь 2

400

1<.!О

100

100

300

100

100

1 1Ю

10С

1 00

Таблица2

Режимы термической обработки и механические свойства сталей, обработанных пю известному способу (температура аустенитизации

820 С) Режим термической обработки

Механические свойства

Изотермиче сВыдержка при темпеВремя

Охлажден ие пос

РавноПолное

Временное сопротив ление разрыву, Н/мм2

Нагрев до темпера туры аустенитиизотермической

OTHOCH тельное удлинение, ме рное удлинение, кая вы ле изодержка при температуре, С ратуре нагрева в течение термической Вы держки, мин зации и выдержкаа т1ри темпедержки со ско ростью, С/с времени, мин ра туре, ОС

Сталь 1

650

92С

880

П,25 5О 1 т

",25 500 о,33

1,33

ЗВС

3СС

19

"30

831

830

2,6

2,6

2,6

2,6

1,5

4,0

2,6

2,6

2,Ь

2,Ь

2,6

2,6

2,6

14

14

14

14

14

14

14

18

14

14

14

14

С хламдение

ПО С ЛЕ

ИЗО те рм. выдержКИ СО

СКО

РОСТЬО 3)

С/с

395 3 20

395 3 20

395 3 2С

365 0,5 20

395 10 20

395 3 420

410 3 10

395 3 5

370 3 20

420 3 20

395 1,5 500

380 5 400

395 2 10

913

97С

97. 0

973

963

948

924

987

964

964

23 29

16 23

17,6 23,1

9,3 12,7

16,8 22,7

19,6 21,2

20 27

19 23,8

18,9 22,7

21 23,4

14 19,1

19 26

19,1 26,2

1705370

Проди>лхение табл,2

Режим термической обработки

Механические свойства

РавноПолное относи тельное удлинение, Охлаждение посмерное удлинение, Ф ле изртермической -выде рики со ско ростью, С/с ратуре, Ос

24

3 10

ЗСО

0>25 500

0,06 500

0,16 500

0,25 450

0,25 600

0>25 500

20,5

ЗСС

ЗСС

300

700

Сталь 2

0,16 500

0,16 500

0,06 500

0,25 500

0, 16 450

0,16 600

0,16 500

910

Редактор M. Келемеш Техред А. Кравчук Корректор M. Самборская

Заказ 17? Тираж Подписное

ЗНИИПИ Гос а ств

Уд рственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035> Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 роизводственно-издательский ко>лбинат Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина>101

Нагрев до температу" ры аусте нитизации и выдержка при темпе750

/00

/00, 750

650 ! 750

750

Выдержка при темпе" ратуре нагрева в течение

B реме ни, мин

Изотермиче ская выдержка при темпе ратуp, С

Время изотермической выдержки, мин

0,33

0,33

0,33

0,33

0,33

0,5

0,33

0,33

0,33

0,33

0,33

0,33

0,5

ЗСС

300

Временное сопротивление разрыву, Н/мм2

94С

930

87С

860

16

14

16

16,6

16

16 25

14 23,4

15 23

15,6 24,5

14 22

14 25

15 25