Способ обработки аустенитных нержавеющих сталей

 

Изобретение относится к металлургии и обработке давлением. Сущность: сталь системы Fe-Cr-Ni деформируют при 1000% со степенью Ј,60% и закаливают в воде, затем охлаждают при 196°С и деформируют. Обратное а - у-превращение проводят после холодной деформации при 630- 650°С. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 21 D 6/00 (i i li q q g

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 (л) (АЭ

,ф

I(Q (Я (> (21) 4746285/02 (22) 08.08.89

{46) 15.05.92, Бюл, ¹ 18 (71) Институт проблем сверхпластичности металлов АН СССР (72) О, А. Кайбышев, К. Г. Фархутдинов, P. Г. Зарипова и Е. Е. Синицына (53) 621.785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 492563, кл. С 21 D 8/00, 1974, Заявка Японии

¹ 53-71619, кл. С 21 D 6/00, 1988.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1397507, кл, С 21 D 6/00, 1988.

Изобоетение относится к металлургии и может быть использовано при обработке давлением аустенитных нержавеющих сталей системы Fe-Cr-Ni для изготовления высоконагруженных конструкций.

Аустенитные нержавеющие стали, обладающие коррозионной стойкостью, широко применяются для работы в агрессивных средах. Однако они термически не упрочняются и их применение в высоконагруженных конструкциях ограничено невысокими значениями предела прочности ((т, = 600800 М Па) и текучести (o о = 250-400 МПа).

Повышение прочностных характеристик сталей данного класса позволяет расширить область их применения, заменить ими дорогостоящие высокопрочные стали, Известен способ обработки метастабильной аустенитной стали 16 Cr-10 Ni, заключающийся в деформации при комнатной температуре со степенью я = 93% и последующем отжиге при 800-900 К в течение

5-10 мин. При холодной деформации из ме„„. Ж ÄÄ 1733485 А1 (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ АУСТЕНИТНЫХ

НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к металлургии и обработке давлением, Сущность: сталь системы Fe-Cr-Ni деформируют при 1000% со степенью E>60% и закаливают в воде, затем охлаждают при 196 С и деформируют.

Обратное a"- у-превращение проводят после холодной деформации при 630650 С, 1 табл. тастабильного аустенита образуется мартенсит деформации, который при последующем нагреве претерпевает а — g-превращение. B результате такой об1 работки формируется структура с средним размером зерен аустенита 0,5 мкм и предел текучести повышается до ст о2 = 700 МПа.

Однако такая обработка неприменима к стабильным аустенитным сталям, температура образования мартенсита деформации которых, как правило,, лежит в области отрицательных температур. Кроме того, не достигается существенного повышения прочности свойств.

Известен способ обработки стабильных аустенитных сталей, заключающийся в обработке стали на твердый раствор при

1140 С в течение 1,5 ч, охлаждении в воде, последующем охлаждении в жидком азоте (-196 С) и деформации до получения 80% мартенсита, старении при 400 С в течение

2 ч, При такой обработке достигается высо3

1733485

75 кг/мм; д= 25-307 ; ф= 65-70 д, ан = 7 кгм/см .

Недостатком известного способа является также высокая температура обратного превращения, при которой происходит и рекристаллизация, что не обеспечивает сохранения прочности на достаточно высоком уровне.

Цель изобретения — повышение преде0 ла прочности и текучести за счет получения однородной субмикронной структуры аустенита в сталях системы Fe-Cr-Ni.

Поставленная цель достигается тем, что заготовки предварительно деформируют в

5 изотермических условиях при 900-1000 С со степенью не менее 607, и закаливают в воду после прекращения деформации, затем проводят охлаждение при -196 С и деформацию, при этом образуется мартенсит деформации, обратное а — у-превращение

1 проводят непосредственно после холодной деформации при 630-560 С, Предлагаемый способ позволяет получить структуру аустенита со средним размером зерен 0,1-0,3 мкм с пределом прочности о> >1500 МПа, текучести ст оц

1400 МПа.

Проведение горячей деформации как способа подготовки мелкозернистой микроструктуры для повышения пластичности при последующей сверхпластической деформации в технике известно. Этот температурный интервал соответствует области протекания динамической рекристаллизации в аустенитных сталях, в результате формируется мелкозернистая (10 мкм) микроструктура. Однако сочетание горячей деформации с закалкой со штампа и холодной деформации при отрицательных температурах позволяет получить высокодисперсный "бесструктурный" мар.тенсит, последующий нагрев которого приводит к формированию субмикронной

5 структуры аустенита и существенному повышению предела прочности и текучести.

Проведение закалки непосредственно после горячей деформации при этом позволяет зафиксировать твердый раствор, Твердый раствор, зафиксированный после деформации, существенно отличается от твердого раствора, зафиксированного после нагрева без деформации. В первом случае фиксируется структура с более высокой плотностью дислокаций, что впоследствии оказывает влияние на полноту мартенситного превращения и размер пластин марте нсита. При обратном

a — -превращении размер зерен вновь образовавшегося аустенита оп ределяется копрочное состояние: о; = 1900-2300 МПа; о о = 1500 МПа, Недостатком данного способа является то, что при нагреве при 400 С не происходит обратной а — y = перекристаллизации, а

1 5 наблюдается лишь расслоение твердого раствора на обедненные и обогащенные хромом зоны и выделение карбидов типа

Ме зСе, приводящее к существенному повышению прочности. Сохранившаяся мартенситная структура снижает коррозионную стойкость стали, Известен способ обработки нержавеющих аустенитных сталей типа 18-8, включао

1 ющий нагрев при 1080 С и закалку на твердый раствор, охлаждение до -196 С, заем выдержку (отогрев) до температуры -150

-180 С, последующую деформацию заготовок со степенью e= 15-20/ и отпуск при

200-250 С.

Указанный способ обеспечивает высокие прочностные свойства (os = 1900 Mila) за счет сохранения структуры мартенсита.

Известен способ получения мелкозер- 2 нистой аустенитной стали марок SUS 304, SUS 316, согласно которому заготовки нагревают до 1100 С в течение 30 мин, охлаждают, затем подвергают обработке давлением при температуре ниже точки начала мартенситного превращения при деформации (-196 С), после образованияр20 мартенсита сталь нагревают при 1000 С в течение 30 мин, вновь получая аустенитную структуру, размер зерен 7-8 баллов по шка- 3 ле ASYM, что соответствует 20-30 мкм. При этом устраняется разнозернистость.

Недостатком данного способа является высокая температура как предварительного, так и последующего нагрева, способст- 4 вующая в первом случае формированию крупнозернистой структуры и впоследствии получению грубопластинчатого мартенсита, во втором вызывающая диффузионный распад мартенсита и рост зерен. 4

Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки нержавеющих сталей типа 18-10, по которому заготовки стали

12Х18Н10Т нагревают при 1100 С и закаливают в воду. Затем проводят охлаждение при -40 -100 С и деформацию со степенью

25-40/ за несколько проходов. Деформированные заготовки подвергаются старению при 450 С в течение 30 ч. 4ля обратного превращения мартенсита в аус- 5 тенит проводят нагрев в соляной ванне при

760 С в течение 8 мин и закалку в воду. В результате формируется аустенитная структура со следующими механическими свойствами: а, =82-95 кг/мм; о щ =622.

1733485 толщиной мартенситных пластин, за счет чего достигается субмикронная структура, Способ известным способам горячую деформацию не применяли, Таким образом, применение предварительной горячей деформации с закалкой в воду в сочетании с обработкой при отрицательных (-196 C) температурах и последующим нагревом при

630-650 С отличают предлагаемый способ от известных.

Выбор температурной области деформации 900-1000 С обусловлен тем, что деформация ниже 900 С не обеспечивает полного протекания динамической рекристаллиэации и образования равноосной микроструктуры. Деформа ция вы ше

1000 С нецелесообразна из-за роста зерен ввиду протекания динамической собирательной рекристаллизации, активизации процессов возврата, Деформация со степенью менее 60 также не обеспечивает протекания динамической рекристаллиэации в полном объеме, приводит к образованию разнозернистости, неоднородности микроструктуры.

Нагрев стали после холодной деформации при 630-650 С обусловлен тем, что ниже

630 С обратное а — у-превращение не является полным, в структуре имеется остаточный мартенсит; При нагреве выше 650 С обратное a — у-превращение совмещает1 ся с частичной рекристаллизацией, что ведет к снижению прочностных характеристик.

Таким образом, совокупность процессов, предварительной деформации при 900 1000 С с закалкой со штампа, деформации при отрицательных температурах, последующий нагрев при 630-650 С позволяет повысить предел прочности и текучести за счет получения однородной субмикронной структуры аустенита в нержавеющих сталях системы Fe-Cr-Ni, Способ прост в осуществлении, Горячая деформация может быть проведена на гидравлических прессах, снабженных изотермическим блоком для нагрева, Нагрев заготовок и последующий отжиг могут быть выполнены в печах камерного типа. Последующий отжиг также может быть проведен в соляных ваннах, Пример. Исходной заготовкой служа прутки промышленчой стали 12Х18Н10Т стандартного химического состава.

Заготовки /40х60 мм нагревают до

1000"С и подвергают изотермической деформации при этой температуре. Оборудование — гидравлический пресс усилием 630 тс, оснастка — изотермический блок нагрева

УИШИБ-280 с плоскими бойками. Скорость деформации 5 10 с . Применяют схему деформации осадка с кантовкой. Суммарная степень деформации 80 . Осаженные заго5 товки со штампа закаливают в воду.

В результате получают однородную мелкозернистую микроструктуру с средним размером зерен 6 мкм, Штампованные заготовки охлаждают в

10 жидком азоте в течение 30 мин, затем подо вергают осадке с кантовкой на 90 между плоскими бойками на гидравлическом прессе усилием 400 тс до степени 40 .

Затем заготовку нагревают в соляной

15 ванне при 630 С в течение 5 мин. Проводят контроль структуры. Из штамповки вырезают разрывные образцы с диаметром рабочей части 5 мм. Механические испытания проводят по стандартным методикам испы20 таний на растяжение, Результаты контроля микроструктуры и механических испытаний приведены в таблице.

Аналогично проводят обработку с изменением температуры предварительной де25 формации, степени деформации, температуры нагрева.

Дополнительно проведена обработка по режиму известного способа, Результаты сведены в таблицу 1, 30 Из таблицы видно, что при обработке предлагаемым способом получают субмикронную структуру в сочетании с высоким пределом прочности и текучести, Предел прочности повышается по сравнению с со35 стоянием поставки более чем в 2 раза, а с известным способом в 1,7 раза предел текучести — в 4 и 2 раза соответственно.

Таким образом, обработка предлагаемым способом позволяет существенно по40 высить прочностные свойства нержавеющих аустенитных сталей Fe-Cr-Ni при сохранении аустенитной структуры и, следовательно, расширить диапазон применения их в технике, сократив применение

45 специальных высокопрочных сталей, Формула изобретения

Способ обработки аустенитных нержа50 веющих сталей, преимущественно Fe-Cr-Ni, включающий закалку на твердый раствор, деформацию при отрицательной температуре ниже -100 С и последующий нагрев для обратного превращения мартенсита в аус55 тенит,отличающийся тем,что,сцелью повышения предела прочности и текучести за счет получения субмикронной структуры аустенита. предварительно перед закалкой проводят деформацию при 900-1000 Ñ со степенью не менее 60, нагрев до 6301733485

650 С для превращения мартенсита в аустенит производят непосредственно после деформации при отрицательных температурах.

Темпе| ратура нагрева, С

Условия нагрева Показатели качества

Условия холодной деформации

Условия предварительной деформации дарка стаРазмер зерен, мкм

Размер зерен Н а 1 яда

J. лл

Т, С Время, мил

Скорос т с

-I ь, Степеньь, Темп1. ратура, С

12Х18810Т

0,6

0,2

0,15

С,1

„196

-196

-196

-1об

630 5

630 5

630 5

630 5

1330 1100

1540 1480

154О 1490

1560 1500

5.10-з

12

4,2

3,5

2,5

Неполн. рекрнст.

6,6

6,6

Разнозерн.

6,0

G,0

1,050

9еО

850

630 5

-196 40

Пг проводилась

1510 1430

1000

-1 "6

-196

1480 141 О

1240 1130

650 5

660 5

620 5

0,3

0,4 наст. ра. а. 0,2

1000 н

1000

80 6,0

-196 далолн.превр. сстат.мартенснт

450 180

760 8

12218В107 1100 закалка в воду

89С 690

8,2

-196

+ ь

При обработке пз известному способу нагрев при старении проводили в среда воздуха, награв 760 С и нагрев по прадлагаемому с.юсобу &20-660 С проьодили в соляной ванне е

30

40

50

Составитель А, Орешкина

Pедактор А. Orap Техред М.Моргентал Корректор Т, Малец

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

Заказ 1640 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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