Способ термической обработки доэвтектоидной стали

 

Использование: изобретение возможно использовать при термической обработке доэвтектоидной стали. Сталь нагревают до АСЗ + АС1 A- 1/ ел т ч --я-- -Асз с выдержкой г К(Асз-Тн) в зависимости от температуры нагрева, охлаждают со скоростью 1-5°С/с до 730- 780°С, а затем со скоростью 10-30°С/с до температуры 500-400°С, где К 0,2-0,3 мин/°С - эмпирический коэффициент, учитывающий химический состав стали; АС1, Асз - нижняя и верхняя температуры межкритического интервала, Тн - температура нагрева . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я}5 С 21 D 9/46

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0 0 С)

Cd ф (.д

00 (21) 4920696/02 (22) 19.03.91 (46) 23.03.93. Бюл. N 11 (71) Украинский научно-исследовательский институт металлов (72) Н.Ф.Легейда, И.Е,Анциферов, Л.В. Коваленко, В.М. Краснопольский, В.В.Миллер, Б,А.Дворядкин, Н.И,Булкина и T.À.Ìèõàéëîâà (56) А,П.Гуляев. Металловедение..— М,; Металлургия, 1966, с.277.

Авторское свидетельство СССР

¹ 931759, кл, С 21 0 1/28, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N 1323594, кл, С 21 D 9/46, 1987, Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано при термической обработке доэвтектоидной стали, Цель изобретение — повышение механических свойств проката и уменьшение их разброса при минимальных энергозатратах и искривлении профиля.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем нагрев до температур межкритического интервала, выдержку, охлаждение со скоростью 1 — 5 С/с, охлаждение со скоростью 10-30 С/с и отпуск, нагрев осуществляют до температур верхней половины межкритического интервала

Асз + Ac< — е — — Асв с выдервскси с= К(дев-Т,) в зависимости от температуры нагрева, охлаждение со скоростью 1-5 С/с производят до температуры 730 — 680 С, а со скоростью

10 — 30 С/с — до температуры 500 — 400 С, где

„, Я,, 1803438 А1 (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ДОЭВТЕКТОИДНОЙ СТАЛИ (57) Использование: изобретение возможно использовать при термической обработке доэвтектоидной стали. Сталь нагревают до

Асз + АС1

Асз с выдержкой Г= К(Асз- Тн) в зависимости от температуры нагрева, охлаждают со скоростью 1 — 5 С/с до 730—

780 С, а затем со скоростью 10-.30 С/с до температуры 500 — 400 С, где К = 0,2 — 0,3 мин/ С вЂ” эмпирический коэффициент, учитывающий химический состав стали; АС1, Ag3 — нижняя и верхняя температуры межкритического интервала, Тн — температура нагрева. 1 ил.

К = 0,2 — 0,3 мин/ С вЂ” эмпирический коэффициент, учитывающий химический состав стали; Ас1, Асз- нижняя и верхняя температуры межкритического интервала; Тн — температура нагрева стали.

При нагреве до температур верхней половины межкритического интервала

Асз + Ас1

2 — Асз в структуре стали обеспечивается содержание оставшегося феррита в количестве 10 — 20%. При последующем быстром охлаждении и превращении аустенита, характеризующемся значительными объемными изменениями, оставшийся феррит с одной стороны подвергается деформации и упрочняется, а с другой стороны он поглощает часть внутренних напряжений, возникающих в металле при быстром охлаждении, особенно при превращении аустенита в мартенсит или бейнит, снижая этим самым общее искривление фасонного про1803438 филя с различной толщиной поперечного содержания в стали углерода и легирующих сечения. Кроме того, в связи с большей диф- элементов уменьшает коэффициент теплофузией легирующих элементов в феррите, проводности, при этом при нагреве до зачем в аустените, особенно фосфора, остав- данной температуры увеличивается шийся феррит, во-первых, упрочняется ле- 5 перепад температур по сечению и, в случае гирующими элементами, а, во-вторых, назначения для стали с высоким содержаниослабляет вредное влияние элементов, на- ем углерода и легирующих элементов (наприпример фосфора, на уровень механических мер, для сталей 55С2, 30Х ГСА) меньшей свойств, особенно на уровень ударной вяз- выдержки, особенно при нагреве до темпера"0 туры нижнего заявляемого предела, приведет

Таким образом нагрев до температур к получению в стали повышенного количества верхней половины межкритического интер- оставшегося феррита, что в свою очередь вала обеспечивает высокий комплекс меха- приведет к снижению прочностных характенических свойств стали при минимальных ристик. Экспериментальным путемустановэнергозатратах и искривлении профиля. "5 лено, что для доэвтектических сталей

Повышение температуры выше заявля- эмпирический коэффициент "К" должен наемого предела исключает содержание в ста- ходиться в пределах 0,2-0,3, Меньшие знали оставшегося феррита и при чения коэффициента "К" назначают дл последующем быстром охлаждении уже не сталей с меньшим содержанием углерода и будет той структурной составляющей, кото- 20 легирующих элементов, а большие — для старая поглощала бы часть внутренних напря- лей с большим содержанием углерода и лежений. Следовательно. повышение гирующих элементов. температуры нагрева, кроме увеличения Охлаждение на первой ступени со скоп о энергозатрат, приводит к увеличению внут- ростью 1-5 С/с до температуры 730 — 680 С ренних напряжений и, как следствие, иск- 25 способствует снижению перепада темпераривлению фасонного профиля с различной тур по сечению при последующем быстром толщиной поперечного сечения, охлаждении, особенно в период фазовых

Снижение температуры нагрева ниже превращений, что ведет к снижению уровня заявляемого предела приводит к получению внутренних напряжений и искривления фав структуре стали большего количества ос- 30 сонного профиля с различной толщиной потавшегося феррита, и действующих меха- перечного сечения. При этом исключается низмов его упрочнения (деформационное выделение вновь образующегося феррита, упрочнение за счет внутренних напряже- Охлаждение на первой ступени до темний, возникающих в стали при быстром ох- пературы выше заявляемого предела привелаждении и превращении аустенита, и 35 дет к увеличению перепада температур по легирование) уже оказывается недостаточ- сечению при последующем быстром охлажно. Поэтому уровень механических свойств дении, особенно в период фазовых превращений в стали, а следовательно, к

Выдержка г— = К(Асз - Тн) в зависимости увеличению уровня внутренних напряжеоттемпературы нагрева направлена на пол- 40 ний и искривления фасонного профиля с учение в структуре стали оставшегося фер- различной толщиной поперечного сечения. рита в количестве 10 — 20 / . Охлаждение на первой ступени до темУвеличение выдержки более заявляемо- пературы ниже заявляемого предела привего предела, особенно при нагреведотемпе- дет к выделению вновь образующегося ратуры верхнего заявляемого предела, 45 феррита. приэтомобщееколичествоферриприведет к уменьшению количества остав- та с учетом оставшегося увеличится и прочшегося феррита и, как было указано выше, ностные характеристики снизятся. к увеличению уровня внутренних напряже- Охлаждение во второй ступени со скороний и искривления фасонного профиля с стью 10-30 С/с до температуры 500 — 400 C с различной толщиной поперечного сечения. 50 последующим нерегламентированным охУменьшение выдержки менее заявляе- лаждением, например на воздухе, обеспечимого предела, особенно при нагреве до тем- вает превращение аустенита в бейнит или пературы нижнего заявляемого предела, мартенсит. Перлитное превращение аустеприведет к увеличению количества остав- нита в этом случае исключается, Сталь, шегося феррита и к снижению уровня меха- 55 структура которой состоит из бейнита или мартенсита, имеет наиболее высокий уроЗначение эмпирического коэффициен- вень прочностных характеристик. та К зависит от химического состава стали, Охлаждение на второй ступени до темот которого в свою очередь зависит коэффи- пературы выше заявляемого предела привециенттеплопроводности стали, Повышение дет к частичному превращению аустенита в

1803438 перлит и снижению уровня механических

СВОЙСТВ.

Охлаждение на второй ступени до температуры ниже заявляемого предела, по существу, не изменит структуру стали, но увеличится расход воды на охлаждение, уровень внутренних напряжений и искривление фасонного профиля.

На основании проведенного анализа, свидетельствующего о несовпадении заявляемого и известных технических решений, обусловленного признаками, которые отличают от прототипа заявляемое техническое решение, можно сделать вывод о его соответствии критерию "существенные отличия", Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема охлаждения доэвтектоидной стали по предлагаемому способу, По заявляемому способу целесообразной является следующая схема термической обработки доэвтектоидной стали (см, черт.), Сталь нагревают в печи с газовым или электрическим обогревом до температуры верхней половины межкритического интервала, Выдержку при достижении заданной температуры назначают в зависимости от температуры нагрева и химического состава стали в соответствии с формулой: т = К(Асз - Т )

Температура критических точек и нагрева, эмпирический коэффициент К и продолжительность выдержки некоторых доэвтектоидных сталей представлены в табл, 1, После нагрева и выдержки сталь охлаждают на воздухе со скоростью 1-5 С/с до температуры 730 — 680 С, а затем ускоренно со скоростью 10-30 С/с до температуры

500 — 400 C, Дальнейшее охлаждение не регламентируется и может производиться, например, на воздухе.

Температуру отпуска стали назначают в зависимости от требуемого уровня свойств стали. Так, для низкоуглеродистых сталей типа 10Г2С1Д, предназначенных для сварных конструкций, из-за возможного разупрочнения при сварке температуру отпуска назначают не ниже 600 С, для рессорнои ружин н ых сталей — 400-440 С, а стали

25Г2СРД, предназначенной для работы в условиях повышенного коррозионно-абразивного износа, достаточным будет самоотпуск в процессе нерегламентированного охлаждения от температуры 500 — 400 С до комнатной или отпуск при температуре

200 С.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Проводили термическую

55 обработку полосовой стали 10Г2С1Д толщиной 10 мм с химическим составом, : С =

0,09; Мп =1,27; Si = 0,85; S =0,021; P = 0,018;

Cu = 0,21; Ti = 0,027; и боковины рештака угольного конвейера СП-245 из стали

25Г2СРД с химическим составом, : С =

0,24; Мп = 1,23; Si = 0,73; S = 0,034; P = 0,039;

Cu = 0,40; В = 0,0024; Ti = 0,03; А! = 0,04.

Минимальное сечение боковины рештака 10 мм, максимальное — 20 мм, Сталь до заданной температуры нагревали в газовой печи, Режимы термической обработки и механические свойства стали 10Г2С1Д представлены в табл. 2, а стали 25Г2СРД вЂ” в табл, 3.

Отпуск стали 10Г2С1Д, термообработанный по предлагаемому способу, проводили при температуре 600 С, а по известному — при

150 С. Отпуск стали 25Г2СРД как по предлагаемому. так и по известному способам проводили при температуре 200 С.

При термической обработке сталей по известному способу деформацию после термической обработки не проводили, так как эти стали предназначены для изготовления сварных металлоконструкций и деформации не подвергаются.

Режимы 1 — 7 в табл. 2 и 3 иллюстрируют термическую обработку по предлагаемому способу, а режимы 17-18 — по известному.

Изменение режимов термической обработки стали 10Г2С1Д (табл. 2) в пределах заявляемых параметров обеспечивает следующее повышение механических свойств по сравнению с исходным состоянием;о на 115 — 130 Н/мм, гт, на 100 — 120

Н/мм, ударная вязкость на 61 — 73 Дж/см, 2 2 и достигают значений: гт, = 465-480 Н/мм, сг = 560 — 580 Н!мм, ударная вязкость при г

-40 С = 93 — 113 Дж/см2. При термической обработке по известному способу достигается значительно меньшее повышение механических свойств гг, на 20 — 50 Н/мм, 0s г на 30-60 Н/мм, ударная вязкость при -40 С на 10 — 45 Дж/см, и составляют; о = 370 — 400 z

Н/мм, (г =,490 — 520 Н/мм, ударная вяз2 кость при -40" С =42 — 75 Дж/см, Отсюда следует, что заявляемый способ обеспечивает более высокий и равномерный уровень механических свойств по сравнению с известным.

Режимы 8 — 16 иллюстрируют термическую обработку за пределами параметров заявляемого способа. Повышение температуры нагрева выше 860 С (режим 11), увеличение продолжительности выдержки до 30 мин (режим 10), повышение температуры окончания охлаждения на первой ступени до 800 С (режим 13) и снижение температуры окончания охлаждения на второй ступе1803438

Асз + Ас) 2 — Асз

50

55 ни до 300 С (режим 15), а также проведение закалки из аустенитной области (режим 12) практически не повышают механические свойства стали по сравнению с механическими свойствами стали, термообработанной в соответствии с заявляемым способом (ср. с режимами 1 — 7). Таким образом, проведение термической обработки по режимам, превышающим заявленные параметры, оказывается экономически нецелесообразным из-за повышенных энергозатрат.

Снижение же температуры нагрева до

760 С, что соответствует нижней половине температур межкритического интервала (режим 8), уменьшение продолжительности выдержки при нагреве до нижней температуры заявляемого способа (режим 9), снижение температуры окончания охлаждения на первой ступени до 600"С (режим 14) и повышение температуры окончания охлаждения на второй ступени до 500 С (режим 16) приводят к снижению прочностных характеристик и ударной вязкости.

Такие же результаты по механическим свойствам были получены на боковине рештака из стали 25Г2СРД (табл, 3).

Однако повышение температуры нагрева выше заявляемого предела (режим 11), увеличение продолжительности выдержки при нагреве до верхней температуры заявляемого интервала (режим 10), повышение температуры окончания охлаждения на первой ступени выше заявляемого (режим 13) и снижение температуры окончаниМ охлаждения на второй ступени до 300"С (режим 15) приводит к увеличению уровня внутренних напряжений и искривлению боковины рештака, у которой толщина поперечного сечения изменяется от 10 до 20 мм. Так, искривление боковины рештака увеличилась с 1 — 3 мм при обработке по режимам в соответствии с заявляемым способом до 46 мм при обработке по вышеперечисленным режимам, При закалке из аустенитной области (режим 12) искривление боковины рештака было максимальным и составило около 10 мм.

5 Лабораторные испытания заявляемого способа термической обработки доэвтектоидной стали свидетельствует, что положительный эффект при осуществлении изобретения получается благодаря тому, 10 что по сравнению с известным способом достигается более высокий комплекс механических свойств без последующей пластической деформации при минимальных энергозатратах и искривлении фасонного

15 профиля, Использование заявляемого способа не оказывает дополнительного отрицательного влияния на окружающую среду.

Формула изобретения

20 Способ термической обработки доэвтектоидной стали, включающий нагрев до температур межкритического интервала, выдержку, охлаждение со скоростью 1—

5 С/с, охлаждение со скоростью 10 — 30 С/с

25 и отпуск, отличающийся тем, что, с целью повышения механических свойств, уменьшения их разброса при минимальных энергозатратах и искривления профиля, нагрев осуществляют до температуры верхней

30 половины межкритического интервала

35 с выдержкой t= К(Асз-Тн) в зависимости от температуры нагрева, охлаждение со скоростью 1-5 С/с производят до температуры

730 — 680 С и со скоростью 10 — 30 С/с — до температуры 500 — 400 С, где К = 0,2 — 0,3

40 мин/ С вЂ” эмпирический коэффициент, учитывающий.химический состав стали; Т,— температура нагрева стали.

1803438

Таблица 1

Таблица 2

1М Тн, L, Т первой Т второй и/п С . мин ступени, ступени, c c

" ь 6g ь

Н/мм Н/мм2

Ь ь4 а„-40, Дж/см

460

32-40

350

Исходное состояние способ

460

Заявляемый

680

400

95-107

98-110

29

28

400

93-108

102-112

680

400

440

29 97-108

29 981 113

730

400

680

93-107

82-95

28

26

500

680

78-90

680

4?5

445

100-113

96-109

500

680

95-110

98-105

75-83

94-108

84-93

Закалка

800

13

550

680

31

730

Известный способ (прототип) 780 8

780 8

450

150 400 520

150 370 490

32 62-75

32 42-55

17

800 12

800 12

800 12

860 0

860 0

860 0

860 0

760 12

800 0

860 30

930 12

930 30

860 0

860 0

860 0

860 0

555

1803438

Та блица 3

Т первой ступени, С

Тк, ос бт э

II/ммз

Т второй ступени, ОС с, мин

W пп

Кривизна профиля на длине

630 мм, 25

390 610

0,0

Исходное состояние

Заявляемый

680

400

1,0

9,5

9,8

10,2

680

2,0

680

1,0

400

10,1

3,0

3,0

9,7

10,5

400

2,0

680

9.5

10,5

10,2

10,1

9,4

8,7

9,7

1,О

500

2,0

1,0

4,0

680

5,0

500

Закалка

6,0

4,0

300

550

680

3,0

10,3

10i1

10,8

1240

3,0

2,0

730

Известный способ (прототрп)

150 1220 1558

17 760 12

I8 760 12

450

11,2

13,1

2,0

150 680 1070

3,0

Acz-Ac

ACE

Составитель Н,Легейда

Редактор А.Полионова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М,Петрова

Заказ 1033 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

2 780

3 780

4 830

5 830

6 ВЗО

7 830

8 760

9 780

10 830

11 880

12 830

13 830

14 830 l5 830 !

6 ВЗО способ

I 230

1280

1580

% !

1 !