Способ термической обработки изделий из конструкционных сталей

 

Изобретение относится к металлургии, конкретно к термической обработке листов, проката, труб из углеродистых и легироианных сталей. Цель изобретения - повышение прочностных свойств. Способ включает охлаждение после горячей прокатки со скоростью 1,3-400°С/мин, ступенчатый нагрев до Aci-(20-70)°C, 10-50 ч и до Aci+(10-70)C, 6-30 ч, охлаждение в воде, повторную ку от Асз+(40-80)°С, 1-8 ч и отпуск при Асг

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю С 21 D 8/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 4768915/02 (22) 30.10.89 (46) 29.02.92. Бюл. № 8 (71) Мариупольский металлургический комбинат "Азовсталь" (72) И.Ф.Ткаченко, Л,С,Тихонюк, В,Г,Голобородько; М.С.Бабицкий, И.B,Ñàãèðîâ и

Л.Е.Бойчук (53) 621.785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1280030, кл. С 21 D 8/00, 1985.

Сазонов Б.Г. Влияние вторичной закалки из межкритического интервала на склонность стали к обратимой отпускной хрупкости. — Металловедение и термическая обработка металлов, 1957, ¹ 44, с. 30-34..

Изобретение относится к металлургии, в частности к прокатному производству, и может быть использовано при производст ве листов, профилей, труб, а также поковок и литья из углеродистых и легированных, втом числе флокеночувствительных, конструкционных сталей с высокой концентрацией элементов, способных образовывать сегрегации или выделения на границах зерен: фосфор, сера, олово. сурьма, кремний, медь и др.

Цел ь изобретения — павы ш ение и рочно- стных свойств при отсутствии зерногранич- ного разрушения.

Пример. Обработке подвергают листй стали типа 10 ХН4МДФШ с содержанием" молибдена 0,4%, меди 1,4%, кремния

0,35%, фосфора 0,012%, серы 0,006%, марганца 0,57%, азота 0,024%. Критические точ к и стал и: Ас1=620 С, Асз=740ОС, Мк=150 С. Листы толщиной п=,-0,15...100 мм прокатывают в ТЛЦ 3600 из слитков. Темпе-

I,,!ЖÄÄ 1715867 А1 (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к металлургии, конкретно к термической обработке лис гав, проката, труб из углеродистых и легированных сталей. Цель изобретения — повышение прочностных свойств. Способ включает охлаждение после горячей прокатки со скоростью 1,3-400 С/мин, ступенчатый нагрев до

Ас>-(20-70) С, 10-50 ч и до Ас1+(10-70) С.

6-30 ч, охлаждение в воде, повторную закалку от Асз+(40-80) С, 1-8 ч и отпуск при Act(40-100) С, 5-12 ч. Способ позволяет увеличить прочность и эксплуатационную стойкость изделий. 2 табл. ратура конца прокатки листов

1100...1090 С, Затем листы охлаждают раздельно на стеллажах со скоростью

0,8...450 С/мин до 100+-10 С, далее на воздухе. От листов отбирают заготовки размерами 4х350х300 мм, которые подвергают дальнейшей термообработке в печах. Заготовки нагревают до 540...610 С, выдерживают 8...55 ч после выравнивания температуры по сечению заготовок и в обьеме садки, затем поднимают темпера.уру до 620...720 С, выдерживают 10...15 ч, а затем охлаждают в воде. Далее следует на рев до 760...820 С с выдержкой 8:„10 ч и охлаждением в воде, а затем отпуск при

510...590 С в течение 7...14 ч с последующим охлаждением в воде. Одна из заготовок параллельно подвергают термической обработке в соответствии с известным способом (охлаждение после горячей деформации, предварительная закалка от 930 С, отпуск при 650 С, повторная закалка от 800 С отпуск при 550 С, 4 ч).

1715867

При обработке по предлагаемому способу охлаждение листов после окончания горячей деформации со скоростью

1,3...400чС/мин до температуры окончания. фазовых превращений обеспечивает фор- 5 мирование преимущественно структур перлитного типа либо нижнего бейнита в зависимости от степени легированности стали, что позволяет избежать появления флокенов. При этом, однако, на границах 10 бывших аустенитных зерен присутствуют равновесные сегрегации фосфора, серы, меди, кремния, олова и др., а также выделения вторых фаз, образовавшиеся в процессе охлаждения от температуры нагрева под про- 15 катку. Охлаждение листов со скоростью менее 1,3 С/мин приводит к дополнительному обогащению границ зерен указанными элементами, образованию крупных карбидных выделений, в том числе и по гра- 20 ницам аустенитных зерен, Увеличение скорости охлаждения выше

400 С/ мин сопровождается увеличением содержания в структуре крупнозернистого верхнего бейнита в углеродистых сталях и 25 мартенсита в легированных, что способствует появлению флокенов, а также затрудняет получение дисперсной структуры при последующих операциях термической обработки. Охлаждение листов со скоростью 30

1,3...400 С/мин до температуры, превышающей температуру завершения фазовых превращений переохлажденного аустенита, приводит к появлению остаточного аустенита в структуре, что вызывает 35 неоднородность структуры и свойств листов.

Нагрев и выдержка при температурах

Ас -(20...70) С в течение 10...50 ч позволяет получить в зависимости от степени легиро- 40 ванности стали, структуры зернистого цементита или отпущенного нижнего бейнита содержащие размерно распределенные сфероидизированные выделения карбидов, а также интерметаллов. При этом достаточ- 45 но эффективно происходит также перерас- пределение и удаление водорода из стали, что позволяет избежать появления флокенов в высоколегированных сталях с высоким исходным содержанием водорода. 50

Выдержка при температуре ниже Ас>-70 С снижает скорость перераспределения и удаления водорода, не обеспечивает выделение в полном объеме дисперсных специальных карбидов и интерметаллидов, 55 затрудняет сфероидизацию частиц вторых фаз.

Увеличение температуры свыше Ас 20 С ускоряет сегрегацию фосфора, олова, сурьмы к границам зерен, способствует образованию выделений по границам зерен.

Сокращение времени выдержки при температурах Ас =(200...70) С менее 10 ч после выравнивания температур по сечению изделий и в пределах садки не обеспечивает выделения в полном объеме, равномерно распределенных частиц вторых фаз в легированных сталях, затрудняет сфероидизацию выделений, уменьшает степень перераспределения и удаления водорода в сталях с высоким содержанием последнего.

Увеличение продолжительности выдержки более 50 ч усиливает зернограничные се грега ции, п ра ктически не изменяет содержания водорода в стали и, следовательно, экономически нецелесообразно. Таким образом, в результате охлаждения на воздухе после прокатки, нагрева и изотермической выдержки при Ас>-(20„.70) С листы имеют крупнозернистую структуру зернистого цементита либо отпущенного нижнего бейнита, содержащую равномерно распределенные по телу зерна выделения вторых фаз, а также зернограничные выделения и сегрегации легирующих и примесных элементов.

Дальнейший нагрев и выдержка листов при Ac +(10...60) С в течение 6...30 ч переводит листы в двухфазное (а+у) состояние, При этом на границах кристаллов бейнитного феррита, границах бывших аустенитных зерен, в окрестности выделений вторых фаз образуются ультрамелкие зерна (островки) аустенита с объемной долей 10...40 4 в структуре, В процессе выдержки в течение 6„,30 ч происходит также перераспределенИе лагирующих элементов между островками аустенита и ферритной матрицей. В результате развития указанных процессов формируется структура, состоящая в пределах бывшего крупного аустенитного зерна из большого числа сверхмелких аустенитных зерен, равномерно распределенных как по границам бывших аустенитных зерен, так и по телу зерна, При этом разрушаются границы старых зерен, устаняются существовавшие на них сегрегации и растворяются зернограничные выделения, Последующая закалка в воде фиксирует указанное структурное состояние, поскольку сверхмелкие зерна аустенита, обогащенные к тому же легирующими элементами, не претерпевают практически мартенситного превращения. Оптимальное количество остаточного аустенига в структуре 10...40%.

Выдержка при температурах выше

Ас +60 С приводит к формированию более крупных зерен аустенита, увеличению его

1715867 объемного содержания в структуре (до 50 $, ° и выше), При последующей закалке.в воде вследствие меньшей степени обогащения аустенитных зерен легирующими элементами и большего размера этих зерен в основном объеме кристаллов у-фазы протекает мартенситное превращение; остаточный аустенит, а также, возможно, феррит сохраняются в приграничных объемах и на границах новых зерен, вследствие чего возникает неоднородность химического состава объема и границ зерен, что способствует зернограничному разрушению даже после дополнительных операций термической об10

Снижение температуры выдержки ниже

Ас1+20 С приводит к образованию малого количества аустенита в структуре (менее

10 ф), что не позволяет заметно измельчить

20 исходную крупнозернистую структуру, устранить зернограничные сегрегации и выделения. Увеличение продолжительности выдержки выше 30 ч не приводит к увеличению концентрации легирующих и примес25 ных элементов, т.е. практически не влияет на структурное состояние стали и, следовательно, экономически нецелесообразно.

Сокращение выдержки менее 6 ч не позволяет достигнуть необходимой объемной до30 ли -аустенита в структуре и требуемой степени его обогащения легирующими элементами для получения оптимальной структуры после закалки.

Таким образом, в результате указанных

35 операций термической обработки получают структуру, и редста вля ю щую собой сверхмелкие зерна остаточного аустенита, обогащенные легирующими и примесными элементами, равномерно распределенные в ферритной матрице, при отсутствии зерно- 40 граничных сегрегаций.

Ъ

Нагрев листов под закалку до

Асз+(40...80) С с выдержкой 6...10 ч после выравнивания температур позволяет лол45 учить, очень мелкозернистую аустенитную структуру, содержащую равномерно распределенныеые выделения вторых фаз высокой дисперсности за счет их частичного растворения, При этом не образуются pas50 новесные зернограничные сегрегации легирующих и примесных элементов в связи с большой площадью поверхности границ зер1вн и замедленной диффузией в аустените элементов замещения. При последующем охлаждении в воде формируется сверхмелкозернистый мартенсит, содержащий дисперсные равномерно распределенные включения вторых фаз, Увеличение температуры и продолжительности выдержки в аустенитной области выше Асз+80 С и 1 0 ч работки. 15 соответственно приводит к укрупнению аустенитного зерна и увеличению степени обогащения аустенита, в первую очередь, границ аустенитных зерен легирующими и примесными элементами за счет равтворения выделений вторых фаз. Снижение температуры и сокращение продолжительности аустенитизации до значений меньше

Асз+50 С и 8 ч соответственно не позволяет получить однородное мелкое аустенитное зерно и достаточно дисперсные выделения вторых фаз.

Отпуск листов при Ас>-(40...100) С в течение 9...12 ч приводит к формированию мелкозернистой структуры сорбита отпуска, содержащей мелкодисперсные, равномерно распределенные выделения вторых фаз, в том числе дополнительно выделившиеся при отпуске. При этом отсутствуют равновесные зернограничные сегрегации и выделения вследствие благоприятных условий предшествующей закалки: неполного растворения выделений, наличия мелкого зерна. Не образуются также новые сегрегации и выделения по границам зерен вследс1вие непродолжительной выдержки при отпуске.

Снижение температуры и сокращение выдержки при отпуске до значений, меньше

Ас -100 С и 9 ч соответственно приводит к получению высокой прочности, пониженной пластичности и ударной вязкости. Увеличение температуры и продолжительности выдержки соответственно выше Ас-60 С и

12 ч сопровождается значительным снижением прочности стали за счет развития рекристаллизации. При черезмерном . увеличении времени выдержки усиливается также сегрегация по границам зерен.

Режимы термообработки и механические свойства сталей приведены в табл.1 и 2.

Из приведенных в табл,1 и 2 данных видно, что обработка по предлагаемому способу позволяет повысить прочностные свойства.

Таким образом, использование. предлагаемого изобретения позволит существенно повысить качество проката, поковок, литья ответственного назначения и, следовательно, надежность изготавливаемых из них конструкций, а также снизить себестоимость производства изделий ввиду отсутствия высокотемпературной предварительной термообработки.

Формула изобретения

Способ термической обработки изделий из конструкционных сталей, включающий горячую деформацию, охлаждение, предварительную и повторную закалку и отпуск, 1715867 отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных свойств при отсутствии зернограничного разрушения, охлаждение изделия после окончания горячей деформации ведут со скоростями

1,3...400 С/мин до температуры 100+1,0 С, далее — на воздухе, предварительно закалку проводят путем ступенчатого нагрева до

Повто ная закалка

ll е еа ительная закалка

Конечная температура охлажденияя лисеС

Толщина листа мм

Режим

Время выдержки. ч

Время Темперавыдерж- тура отки,ч пуска. С

Температура закалки. С

Продолжительность 11 выдержки. ч

Температура II нзотер мич. выдержки, с

Продолжительность I выдержки, ч

Температура 1 изотер мической выдержки. еС

5

12

14

590

0.75

1 з

1О

8.0

850

8

15 зо

3.0

930

630

100 . 100

1.3

0,8

0.4

57

l09

1

2 з

5

6 (изеест ный

Таблица 2

КСЧ. ж/м оь, Мпа д, 1

Характер разрушения при

+20 С

Режим (81.2. Мпа

-20 С -40 С

-60î(.

+20 С

760 . 520

450

790

»00

62.0

Внутризеренный скол

Вязкое внутризеренное

1070

1г.о

1070

720

1300 980

1320

60.0

16.0

2 1040

800

13го

805

610

730

63,0

62,0

57,0

970

17.5

16.5

15,0

940

Вязкое межэеренное

1450 1080

1500

67.0

850 гг.о

850

730

40

Составитель В. Русаненко

Техред М.Моргентал . Корректор Т. Малец

Редактор О. Спесивы х

Заказ 581 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР °

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Средняя скорость охлажденияя после прокатки, С/мин температуры Ас1-(20...70) С, выдержки В течение 10...50 ч, нагрева до-температур Ас1(10...70) С, выдержки в течение 6-30 ч и охлаждения, повторную закалку осуществ-, 5 ляют путем нагрева до Асз+(40-80) С, выдержки в течение 1-8 ч и охлаждения, а отпуск ведут при температуре АС1-(40...100) С В течение 5...12 ч.

Таблица 1