Способ изготовления стальных изделий

 

Использование: в металлургии, относится к способам производства изделий из сталей , сочетающих высокую прочность и пластичность, и может быть использовано при производстве пружин, холоднокатаных лент и листа, высокопрочных проволок и канатов. Сущность: выполняют заготовку из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,4-0,6; хром 5,0-11,0; никель 3,0-9,0; железо - остальное , причем суммарное содержание хрома и никеля составляет 12-15% Проводят аустенизацию при 1175±25°С, обработку холодом при (-30+15)°С до получения в структуре 40-60% мартенсита, пластическую деформацию со степенью 20-40%, при этом до и после пластической деформации осуществляют низкотемпературный отпуск. Изделия, изготовленные предлагаемым способом, сочетают высокую прочность оь до 2260 Н/мм и высокую пластичность б до 20,7%. 1 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 С 21 D 6/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4876180/02 (22) 17.09.90 (46) 23.07.92. Бюл, hh 27 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им.

И.П.Бардина (72} Э.И.Эстрин, В.Г,Серебряков, И.В,Носова, Я.Б.Гуревич, А.П.Шлямнев, Г.С.Быковский, В,Н.Яськин и В.С,Рассолов (56) Потек Я.М. Высокопрочные стали. — М,;

Металлургия, 1972, с. 208.

Георгиева И.Я. Трип-стали — новый класс высокопрочных сталей с повышенной пластичностью. — Металловедение и термическая обработка металлов, 1976, hh 3, с.

18-26.

Патент США Ь 4586957, кл, С 22 С

38/06. 1986.

Москвин Н.И. и др. Влияние холодной пластической деформации и термической . .обработки на структуру и свойства стали

Х15Н9Ю. Металловедение и термическая обработка металлов, 1964, hh 10, с, 11-15.

Изобретение относится к металлургии, к способам производства изделий из сталей, сочетающих высокую прочность и пластичность, и может быть использовано при производстве пружин, холоднокатаных ленты и листа и иэделий из них, высокопрочных проволоки и канатов, В современной металлургии большое значение придается получению сталей, сочетающих высокую прочность с высокой пластичностью, что повышает конструктивную прочность и надежность изделий, Извес на высокопрочная высокопластичная сталь переходного класса типа.. Ж 1749258 А1 (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ

ИЗДЕЛИЙ (57) Использование: в металлургии, относится к способам производства изделий из сталей, сочетающих высокую прочность и пластичность, и может быть использовано при производстве пружин, холоднокатаных лент и листа, высокопрочных проволок и канатов. Сущность; выполняют заготовку из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас. : углерод 0,4-0,6; хром 5,0-11,0; никель 3,0 — 9,0; железо — остальное, причем суммарное содержание хрома и никеля составляет 12-15%. Проводят аустенизацию при 1175i25 С, обработку холодом при (-30+15) С до получения в структуре 40-60% мартенсита, пластическую деформацию со степенью 20 — 40, при этом до и после пластической деформации осуществляют низкотемпературный отпуск.

Изделия, изготовленные предлагаемым способом, сочетают высокую прочность

ab до 2260 Н/мм и высокую пластичность

2 д до 20,7%. 1 табл.!

Х15Н4АМЗ (BHC-5, ЭПЗ10), которая после закалки от 1070 С, обработки холодом (при

-70 С) и отпуска при 200 С имеет 0 o,2 =

= 1250 Н/мм, 0В = 1600 H/ìì и д = 20%.

Эта сталь содержит около 3% Мо.

Известны стали переходного класса

Х16Н6 (СН вЂ” 2а, ЭП288), Х15Н9Ю (Ck-2, ЭП904), не содержащие в своем составе Мо.

Однако эти стали имеют более низкие, чем сталь 1Х15Н4АМЗ, прочностные свойства (сго,2 до 1150 Н/мм, иВ до 1300

Н/мм } при том же примерно уровне пластичности д - (15„..22%).

1749258

Известны изделия из высокопрочных высокопластичных трип-сталей (ПН П-сталей) типичного состава, $: С 0,30; Сг 8; М 8;

Мп 2; Sl 2; Мо 4, высокая прочность которых (аог и ов до 1990 Н/мм ) обусловлена упрочнением аустенита за счет сильной (до

80 ) теплой пластической деформации, а .высокая (д до 307) пластичность — присущей аустениту пластичностью и дополнительной пластичностью, связанной с превращением аустенита в мартенсит при нагружении.

Йедостатком трип-сталей является помимо содержания в йх составе около 4 Мо необходимость сильной теплой пластической деформации, что трудйо осуществить практически.

Известны микротрип-стали, прочность которых определяется присутствием в структуре этих сталей прочной структурной составляющей (мартенсита или бейнита), а пластичность — превращением остаточного аустенита в мартенсит при нагружений, Для получения большого количества остаточного аустенита в микротрип-сталях используется, например, низкотемпературная термомеханическая изотермическая обработка с распадом в бейнитной области. При этом для получения нужного количества бейнитной структуры сталь подвергается изотермической выдержке (в работе при

280 С) под нагрузкой с непрерывной регистрацией количества образующего бейнита.

Однако способ получения двухфазной (бейнитно-аустенитной) структуры "трудно реализовать в производственных условиях.

Известен способ изготовленйя изделий из сталей, содержащих, ат. Nl или Мп

2-60; Cr7,5 — 60; А1 0,5-12 или Sl0,25 — 15; С,В ипи Р 0,5-10. Стали предназначены для за-. калки из жидкого состояния (в связи с чем содержат Al или Si), значительное количест- . во .С,В и Р) и после закалки из жидкого состояния их структура представляет собой аустенит с мелкодисперсными йпй крупнодисперсными выделейиями, иногда в смеси с пакетным мартенситом. Сумма примесей в этих сталях колеблется от 21,5 до 90 ат. ;

Недостатком этих сталей является то, что они связаны с высоким содержайием неметаллических элементов (С.В или P) и Sl ипи Al могуг использоваться только для пол. учения изделий {в виде тонкой ленты или проволоки) методом закалки из жидкости (со скоростями охлаждения 104-10 град/c).

При меньшей скорости охлаждения стали оказываются хрупкими из-за выделения карбидов, боридов, фосфидов или соедине-. ний кремния (или алюминия).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобре5 тению является способ изготовления изделий из хромоникелевой стали Х15Н9Ю, заключающийся в нормализации при 950 С, обработке холодом при -70 С (2 ч), деформации с обжатием 25-60 и старении при

10 350-550 С. При этом достигается высокий уровень прочности (оа до 2100 Н/мм ).

Однако пластичность стали оказывается низкой (д = 2-3 при укаэанном уровне прочности).

15 Целью изобретения является повышение пластичности при сохранении уровня прочности.

Поста влен ная цель достигается тем, что согласно способу изготовления стальных

20 изделий, включающему выполнение заготовки из хромоникелевой стали, аустенизацию, закалку. обработку холодом, пластическую деформацию со степенью 2040 % и отпуск, заготовку выполняют из ста25 ли следующего состава, мас, :

Углерод 0 5 — 0 6

Хром . . 5,0 — 11,0

Никель 3,0 — 9,0

Железо . Остальное

При этом суммарное содержание хрома и никеля составляет 12-15 мас.oj, аустенизацию проводят при l175+25 С, обработку холодом ведут при (-30+15) С до получения

35 в структуре 40- 60% мартенсита, а до и после пластической деформации проводят низкотемпературный отпуск.

Предлагаемые стали содержат в своем . составе углерод, хром и никель в таком ко40 личестве и в таком собтношении, что мартенситная точка этих сталей расположена вблизи комнатной температуры, После закалки стали являются аустенитными и фазо45 вый состав сталей (соотношение аустенита и мартенсита в структуре) регулируется путем охлаждения ниже комнатной температуры {низкотемпературной обработки).

При отклонении состава стали от пред50 лагаемого стали оказываются либо мартенситными уже непосредственно после закалки до комнатной температуры (углерод менее 0,4 мас., хром менее 5 мас. $, никель менее 3 мас., сумма хрома и ни55 келя менее 12 мас. ) и в этом случае не обладают высокой пластичностью. либо не превращаЮтся в мартенсит при ниэкотемпературной обработке (угперод более 0,6 мас., хром более 11 мас. . никель болев

1749258

9 мас.ф, сумма хрома и никеля более 15 мас. ) и в этом случае не обладают высокой прочностью.

Проведение аустенизации при

1175+25 С обеспечивает полное растворе- 5 ние карбидов хрома. При аустенизации при более йизкой температуре сохраняется карбидная сетка по границам зерен, что приводит к снижению пластичности, аустенизации, при более высокой темпера- 10 туре увеличивается размер зерна, что также приводит к снижению пластичности, Обработка стали холодом при -30+150C приводит к получению в сталях предлагаемого состава оптимального соотношения .15 аустенита и мартенсита в структуре(40-60 мартенсита), обеспечивающего после низкого отпуска, холодной деформации и окончательного низкого отпуска достижение

20 наивысших прочностных и пластических свойств, При обработке холодом при более высокой температуре количество мартенсита оказывается недостаточным (менее 40 ) для достижения в результате всего цикла обработки высоких прочностных свойств.

Обработка холодом при более низких, чем предлагаемые, температурах приводит к появлению в структуре слишком большого (более 60 ) количества мартенсита, в

30 результате чего после полного цикла обработки не достигается высокий уровень пластичности.

Проведение низкотемпературного отпуска после обработки холодом необходимо для снятия внутренних напряжений.

Последующая холодная деформация со степенью 20 — 40 необходима для повышения прочностных свойств стали (в первую очередь предела текучести) за счет ее наклеменее 20% не обеспечивает достижение высоких прочностных свойств стали. Деформация со степенью более 40 приводит к снижению пластичности стали (по сравнению с деформацией на 20-40 ) вследствие возникновения при деформации большого количества мартен сита.

Низкотемпературный отпуск проводится для снятия напряжений, 45

В результате предлагаемого способа обработки сталь предлагаемого состава приобретает высокие прочностные свойства эа счет присутствия в структуре стали мартенсита и наклепа и высокую пластичность за счет. присутствия остаточного аус55 па и превращения части остаточного аусте- 40 нита в мартенсит, Деформация со степенью тенита и его превращения s мартенсит при наг эужении (микротрип-эффекта).

Пример. В 10-килограммовой открытой индукционной печи выплавляют стали.

Слитки проковывают на сутунку, иэ которой затем проковывают полосу сечением

5 х10 мм,,После резки на заготовки длиной

50 мм полосу закаливают от температуры

1175+25 С (выдержка 30 мин) в воду. Нагрев под закалку проводят в графитовой засыпке. Иэ полосы путем шлифовки получают заготовки 4 х 10 х 50 мм. Заготовки охлаждают до -30+15 С (при этом в них возникает

40-60 мартенсита), Затем проводят отпуск при 250 С в течение 1 ч и прокатку со степенью обжатия 20 — 40 (при этом количество мартенсита увеличивается на 20 - .

30 ). после чего проводят повторный отпуск при 250 С 1 ч.

Из прокатанных заготовок изготавливают плоские образцы для механических испытаний с сечением рабочей части 2,0 х 3,0 мм. Образцы испытывают на растяжение на испытательной машине "Инстрон 1114" при комнатной температуре.

Параметры обработки и результаты механических испытаний приведены в таблице.

Полученные данные показывают, что изготовление изделий из сталей по предлагаемому способу позволяет получить в иэделиях сочетание высокой прочности (оод до 1880 Н/мм, о в до 2260 Нlмм ) и высокой пластичности (д до 20.7 ), Формула изобретения

Способ изготовления стальных изделий, включающий получение заготовки из хромоникелевой стали, аустениэацию, закалку, обработку холодом, пластическую деформацию со степенью 20 — 40 и отпуск, отличающийся тем, что. с целью повышения пластичности при сохранении высокого уровня прочности, заготовку получают из стали следующего состава, мас.%:

Углерод . 0,4-0,6

Хром 5,0-11,0

Никель 3,0-9,0

Железо, примеси Остальное при этом суммарное содержание хрома и никеля составляет 12,0 — 15,0, аустенизацию проводят при 1175+25ОС, обработку холодом ведут при -30+15ОС до получения в структуре 40-60, мартенсита, а до и после пластической деформации проводят низкотемпературный отпуск. l74925S

I !

I 1 1

1 1 1! I I ((дд 1! (0 !

Ф 1

3- t

v 1

1 О 3

I Ф t

С3 1 дд 1

1 1 в 1

1 Э t О

1 X 1

I X 3 1

1 S 1 с(1 (33 1 "X I

Х IOX 1

1 !

1 1

1 1 1

I t .Ф 1

1 в4 1 с» X 1! 3.0

1! 1

I в(X

Л

X! 1 X

r 0

IQ S

X (X Ф о а г4»- V 4

S

S 1t

Э й>, О

О

N о о с 4 ч

I

l

I !

1 1

Ф

X Ж 3 а 1

8*"

Э X 1

tX 1

М 1

I Х X>S

Э l О

c v r

Э tfl U

+ и О Ф 0 ! C3 с/\

О V Si«

+ (э с! 3

1 !

Ц 1 дд I

О I

X I

l щ f13% ! C al S О LO

1 О I- Э О Ф

i a V t- C 0.

О (I

t

С

1 Х

l fC X с(1

LA О м! л сЧ М (Ч

01 (41 с

СО

1 о

N в О

1

1 !

1

1 (1 Я вЂ”вЂ” сч

СО

Щ л

I «

I !

I

1 3 °

1 О

Э

S ф

3Е а

Э ч

1 0

О

I !

1

I

tA D

СО tA

° л

- 1 LA о

CI

1 О

О

С с

1 !

1

1 С«1

I

I (I ! Ф

1 Ilt X

I О Ф

О lI с.э v

1 о

О.

C C

Iм О

l!

f ! (J (О

1 ! е а

1 >)

1 1I Ф

1 а . 1 ! X

1 II

I

1

1

3

1

1

3

1

1 дд

I °

1 О

I ф

I

* ! Ф о ! II Х

Э

1 у

I fI3

S !

I Х 1

1!

О с 1 (33 О

a C (О О

О Х

1 (l 1

1 1

I 1

1 + 1

1 1

1 O 1

1 1

t 1

3 1

I 1

3 I l

S 1 а 1

1 C X

+ v

t Э Э ! Ьi X

1

«

С 1 О -а М О е 0! СО СЧ -S O Л л л в

О ЫЧ СЧ CA UI O иi О < Cn сч ммммсч 3(с мсч.4 М,- О О A«М.О СО М л «««в I «««««, Д

Л О:! CO Cl О О Л СО;О СО л

СЧ СЧ СЧ LA LO

О О Cl О LA О И О Щ О О О

0 -3 СЧ &- О СЧ .С .0 .З сЧ М

О О О СЧ (СЧ О «» О LA N (4 N N N N СЧ N СЧ N с 4 (4 3 О О О О LA (С3 О О СЪ О О

-С (Ч CO Ф М Л t«i 01 СО 4с I«« I« CO CÎ Л Ю Л Л Л М О

LA O IA LA N CO IA O tA O O (4 МN NММNN-б ММсЧ

O CO «O СЧ Л О О -С М СЧ (4 3 О

--д -- -- ССЪ- О LA СЛ LA CO

LA LA СС3 О О О Ф tA О Щ О СС3 (Ч (Ч МММ МММММ

1 1 1 i 1 I I 1 1 I

О LA LA О О О D CI О О О O

Od Л N О О O О О Ф О О О в- СЧNСЧNСЧ С4(ЧСЧ

О О О «» b D О О СО М в ««л л * л ««в

- сг ю- -т 0 м 3 м сЧ LA

О СОCO (Ч О 01О ОСО вО Ю (С3 43 -П С (С\ Ю -С CA CA в » «л ««в ° «в в йс Ц Ъ Ш LA LA ъО LA "О Л Л М

Od m Co CO СО СО CO СО Со LO IID СО

O 0\ O N СЧ (Ч CA О.(С3 CA

« в

М СО 0 3 СС(С(1 tA Л LA СС 3 Л Л M

О -Ф

« « O ФФОi03 0!О М «

««л л л в л в ««» .О О CO CO Cd LA CO !«LA Ф

О сl сч 01сс(01СО О О О сЧ

-Т 3 -S -д 4 -С -в LA LAВО М Л

О О О О CD О О О О О О О

С4 - ЛО ЛСО 0LO СЧ

I !

I !

1

1 !

1 (1 !

l !

I

I (I

I

t

I

1 !

I

3 !

1

1 !

1 !

1

I

1

1

1

1

1 !

1

I (1

I !

I

3 !

1 (1

l