Способ механико-термической обработки нержавеющих ферритных сталей

 

Использование: изобретение относится к термической обработке нержавеющих сталей и сплавов в сочетании с обработкой давлением и может найти широкое применение в судовом и энергетическом машиностроении. Сущность: заготовки для изготовления образцов и шлифов прокатывались на обжимном стане ДУО-210 с различной степенью деформации (3-15%) при скорости прокатки 0,3 м/с.Металл после прокатки подвергался рекристаллизационному отжигу в интервале температур 550-850°С с последующим охлаждением в воде, а такие физико-химическим и электронномикроскопическим исследованием. 2 табл. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ И СТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<с<>с С 21 П С/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H IlATEHTV

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) (21) 4898046/02 (22) 02.01.91 (46) 15.06.93. Бюл. М 22 (71) Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (72) А,А.Прус, Г.Г.Кучерявых, И.Л.Повышев и В.О.Попов (73) Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов Прометей" (56) Л.М.Бернштей<н. Термомеханическая обработка металлов и сплавов. т.1, иэд. Металлургия, 68, с. 306.

Авторское свидетельство СССР

h 162865, кл. С 21 D 8/00, 1964.

Изобретение относится к области термической обработки металлических материалов в сочетании с обработкой давлением и может быть использовано в электротехнической промышленности, судовом и энергетическом маш«ностроении при производстве трубопроводной электромагнитной арматуры и исполнительных механизмов систем управления и защиты (СУЗ) атомных электростанций.

Целью изобретения является повышение уровня Физико-механ«ческ«х свойств и корроэионной стойкост«обрабатываемой стали и надежное обеспечение требуемых тяговых характеристик элетромагнитных сборок.

„„5U„„1822431 АЗ (54) СПОСОБ ИЕХАНИКО-ТЕРФ!ЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НЕР1<АВЕЮЦИХ ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ (57) Использование: изобретение относится к термической обработке нержавеющих сталей и сплавов в сочетании с обработкой давлением и может найти широкое применение в судовом и энергетическом машиностроении. Сущность: заготовки для изготовления образцов и шлифов прокатывались на обжимном стане ДУО-210 с различной степенью деформации (3-15 ) при скорости прокатки 0,3 м/с.Иеталл после прокатки подвергался рекристаллизационному отжигу в интервале температур 550-850 C с последующим охлаждением в воде, а также физико-химическим и электронномикроскопическим исследованием.

2 табл.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем нагрев до температуры отжига, выдержку и охлажде«ие, перед отжигом осуществляют холодную пластическую деформацию, состоящую в предварительном наклепе металл« на 6-8", отжиг металла про г водгт пр«температуре 750i10 ". в течен«е 2-2,5 час, охлаждение после отжиг».

Предлагаемый способ механико-термической обработки высокохромистой ферр«тной стали осуществляют следующим образом:

Наклеп со степенью деформации б81, 1822(З1

15

35

45

Нагрев до температуры 750Ы 0 С

Выдержка пргл этой1 температуре в течение 2-2,5 ч, Охлаждение в воде, Проведение предварительной пластической обработки в интервале критической степени деформации (6-01) окаэывает существенное влияние на улучше«ие целого комплекса важнейших физико-механических свойств, Во многом определяющих работоспособность ма гнитомлгкой ферритой стали (О?Х16глТ) в конструкции маг нитопроводов различных исполнительных устройств и механизмов.

Предварительный наклеп стали со структурой хромистого феррита при деформации б-84 способствует, как показали электронно-макроскопические исследования, формированию оптимальной тонкой структуры металла с плотностью дислокаций в приграничных областях 5 10 — 5 10 см . При обраэующейся дислокационной структуре метал- 25 ла скрытая энергия наклепа способствует преимущественному развитию процесса роста зерна по механизму слияЛГ1Я .тО ПРИ ЗаВЕРШЕНИг1 РЕКР1 Ста Г1ЛИЗацион ои Обрс3оо к11 обесг1еLI>!I3iieò т ре 30 ; еiillll уро e! «ь.,3.3жней л11; физико-мехаIII13=ских своиств стали. !

При > ;.no«степени деформации (3-. . ) «aiь .. . ость зернограничных обI;1c reI I г;е<ьектами кристаллического

Г T P ftt i° . 11Я (С lt!1il teel i 1 ЧИТ © n!Ü Нг. И ПО»

-tT >..у:бг3а--зание «овых сьобо;-,: ьх

< . дЕф, гпя рЕКрИСтаЛЛИэац 1ОННЫХ ЗЕр:з ;t,,e значительного эг"кМкта, с

1 с ч ".1 зг .о>1 >I .3ÛI II j3! II!IB Р свобод(!СИ э -ар-ии, П-.этому при малой - геflQHI1

ЛефГ3рма.,".|«первичная рекристаллизаи, г,,vEI o1 с али при заявленной температ;ре отжига трудноосуществима этгtt. Tн;.-о росT е эерн:3 при торичной рекристаллизации пракгичесьи не н;тбл 1, -".e тся.

i,ði1 более высоких, по сравнению с ук".за 1«ыми в .ьормуле:1эобретения, 50 сп осуществленное изменение Губструктуры металла, возрастает чисnо участков и с повышенной плотностью дефектов кристаллического строения (P >

10 " c.м-2) и, следовательно, увеличивается вероятность зарождения центров рекристаллизации. При этом скорость образования рекристзллиэован«f;x зародышей нередко превышает ско - рость их роста, что предопределяют

В формирование неоднородной разнозернистой структуры и оказывает последующее влияние на ухудшение всего комплекса заданных структурно-чувствительных физико-механических и служебных характеристик.

Известно, что одним иэ наиболее частых и опасных видов коррозионного разрушения высокохромистых ферритных сталей и сплавов является их повышенная чувствительность к межкристэллизационной коррозии (МКК). Поэтому ос!ределяющее значение для подавления склонности этой группы материалов к

НКК имеет правильный выбор режима термической обработки.

Выбранный режим последуюцей термической обработки (750+10 С) обусловлен тем, что при этой температуре наиболее полно протекают рекристаллизационные и диффузионные процессы.

Незначительные колебания величины температуры нагрева в интервале

10 С обусловлены неточностью показаний температур и находятся в пределах погрешностеи измерений. Указанная температура отжига выбрана с учетом 1аиболее активногр образования и выделения специальных карбидо- титана (ТТГ), определяюших высокий уровень корроэионной стойкости металла и, в частности, подавление склонности к

МКК.

Изучение влияния температуры нагрева на структуру металла и состав выделяющихся фаз подтвердило, что наиболее оптимальной обратной, с точки зрения надежного беспечения стойкости исследуемой стали против межкристаллитного растрескивания, является отжиг в интервале температур

750л-10 С, Обработка стали при тема пературах вне пределов, укаэанных в формуле изобретения, существенно ухудшает служебные характеристики стали и приводит металл в состояние, повышенн и чувствительности к МКК.

Как покаэа3ти металлографический и карбидный анализы, одной иэ причин, вызывающей повышение склонности стали к межкристаллитной коррозии, является выделение по границам зерен после нагрева при более низких или более высоких температурах, по сравнению с заявляемым способом, высокохромистых карбидов типа (;г С и нитридов Cr

5 18 по хрому приграничны): r бластей и noRblliJeHHIo электрохимической гетерогенности структуры.

Одним из отличительных ризнаков способа является то, что длительность выдержки при нагреве составляет ?,02,5 час вместо 16 час. Такой режим нагрева продиктован тем, что за этот ! отрезок времени успевают пройти необходимые рекристаллизационные и диффузионные процессы, в результате которых формируется оптимальная структура полиэрического хромистого феррита, обеспечивающая высокий уровень всего комплекса заданных свойств материала. При этом углерод, находящий22 »,1

10

15 пус нной хрупкое ти и является также еще одним отличительным признаком.

Такая г полнительная операция позволяет полностью подавить отпускную хрупкость стали и сохранить на дост то но высоком уровне ее пластичность и ударную вязкость. Гри этом порог хладоломкости (Т „, характеризующей сопротивление стали хрупкому разрушению, смещается в область отрицательных температур (табл. 2) тс имеет исключительно важное значение для повышения надежности и работ .способности материала в кгнструкции приводных механизмов СЦЗ атомных электростанций.

20 ся в твердом растворе, практически весь связан в спе циаль ные мелкорисперсные кар иды титана, что обеспечивает равномерное распрелеление хрома по всему объему зерна и полное подавление склонности стали к ИКК. Как показали металлографичес <ий и микрорентгеноспектральный анализы образцов, прошедших выдержку по известному способу, структура стали характеризуется развитым процессом коагуляции карбидов и снижением в приграничных областях содержания хрома за счет образования и выделения высокохромистых избыточных фаз типа карбидов и нитридов хрома. Наблюдаемая при этом разнозернистость и элетрохимическая гетерогенность стали активизирует снижение таких ее важных структурночувствительных характеристик,как сопротивление МКК и хрупкому разрушению (Т кр и KCV), во многом определяющих работоспособность конструкции магнитопровода в условиях ударного и циклического нагружения, а также при длительной эксплуатации в коррозионно-активных средах.

Важное значение в способе обработки имеет скорость охлаждения стали > после операции рекристаллизационного отжига. Все легированные стали и, в частности, высокохромистые композиции проявляют повышенную чувствительность к отпускнои хрупкости и при иедленном охлаждении на воздухе переходят в охрупченное состояние, в результате чего сопротивление металла хрупкому разрушению существенно понижается. Включение в заявляемый способ обработки операции быстрого охлаждения металла в воде с температуры отжига предотврати,ает развитие от25

Применение способа обра отки при производстве судовой электрона гнитной арматуры и электромагнитных приводов исполнительных механизмов СЧЗ ЛЭС позволяет повысить эксплуатационную надежность и ресурс работы судового и энергетического оборудования. В этом случае вероятность безотказной работы электромагнитных сборок приводных механизмов составляет не менее

0,995. Общий экономический эффект от использования предлагаемого способа обработки составляет 30-50 тыс.руб. на одно изделие.

Заготовки для изготовления образцов и шлифов прокатывались на обжимном стане ДУО-210 с различной степенью деформации (3-15;,) при скорости прокатки 0,3 м/с. Металл после прокатки подвергался рекристаллизационному отжигу в интервале температур

550-850 С с последующим охлаждением в воде, а также физико-химическим и электронно-л икроскопическил исследованиям. Установлены основные физикомеханические свойства и характеристики, определяющие работоспособность материала в конструкции электромагнитного привода. В табл. 1 представлен состав стали 02Х16117, поставляемой по ОСТ 6.9443-84,на которой было проведено экспериментальное опробование заявляемого способа, в табл.2 результаты обработки заявляемым и известныл . способами. формула изобретения

Способ механико-термической обработки нержавеющих ферритных сталей, включающий наклеп, отжиг с выдержкой и охлаждение в воде, о т л и ч а ю

1822431 ной шийся тем, что, с целью повышенил магнитных свойств, сопротивления хрупкому разрушению и межкристаллиткоррозии, наклеп ведут со степедеСТормации 6-86, отжиг проводят

750<10 С с выдержкой 2,0-2,5 ч. нью при

Таблица 1

Химсостав ферритной стали 02Х16МТ, на которой проведено опробоеание заявляемого способа обрэботки

Содержание элементов, мас.Ф

1 ) I Х

Сталь марки

С S i )>111 Cr Mo т> м

02Х16г)Т (ОСТ 0,02 0,3 0,2 16,1 0,4 0,25 0,03 9стальное

5.9443-84) Таблица 2

Результаты обработки стали 02Х16НТ предлагаемым и известным способами

Неханические свойства

Нагнитные свойства

Т-ра Выдеряотм«- ка, ч га, С

Способ обработки клон«ость к НКК (ГОСТ

6032-84) относит.удлинение отнокоэрцитнвная сила нс, д7м проницаемост ь магнитная инсит.суяение

Лукция в,,т

6, Ф

Исходное состояние (состояние заводской поставк«) 1,25 3700 140 1800 20 55 +15 Склонна

5 730 1,5 1,30 48 0 110 58СО 24 53 О Скло на

Закритичнк>

740 ?,0 1,48 6200 80 8350 32 69 -10 Не склонна

7 750 2,2 1, 55 6500 70 7500 35 70 - 15 Не склонна

Рэяггяемнй

8 760 2,5 1,50 6300 75 7400 35 72 - 10 Не склонна

9 770 3,0 1,32 4450 105 5300 26 55 -5 Склонна

32K>>«TV«>

Известный 5 700 16,0 >,20 3200 I15 3650 18 52 +20 Склонна

Г> р и и 2 v а >< и е . Опред ление на> нитных свойств стали проводилось на стандартных тороидальных образцах в соответствии с . 22><ооаниями ГОСТ 15058-74-74.

Реэулататы меха««чсск«х испытаний усреднены по 3-м образцам на точку.

Орактографическ«й анал«э поверхности излома образцов, проведенный методом сканирования на растровом электронном м«кроскопе показал, что доля вязкой составляев>ей в зоне раэруеения образцов, обработанных эаявляек<нм способом, в 2-3 раза больве, чем в образцах пос: 2 обработки «эвестным способом, Оценка склонности металла и мемкристаплитной коррозии (НКК) производилась в соответстви> с требованиям« I OI:T 6032-84.

Составитель А.Орешкина

Редактор С.Никольская Техред И.Моргентал Корректор В. Петраш

Заказ 2119 Тираж Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыТиям при ГКНТ СССР

113035, )(осква, )(-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Степень деформации металла, 1 ударная вяэкооть ксу, КДя/мэ порог хладнолом кости т„,, аС