Способ смягчающей термической обработки изделий из стали аустенитно-мартенситного класса марки 07х16н6



Способ смягчающей термической обработки изделий из стали аустенитно-мартенситного класса марки 07х16н6
Способ смягчающей термической обработки изделий из стали аустенитно-мартенситного класса марки 07х16н6
Способ смягчающей термической обработки изделий из стали аустенитно-мартенситного класса марки 07х16н6
Способ смягчающей термической обработки изделий из стали аустенитно-мартенситного класса марки 07х16н6
Способ смягчающей термической обработки изделий из стали аустенитно-мартенситного класса марки 07х16н6

 


Владельцы патента RU 2499842:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева") (RU)

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в промышленности при промежуточной термической обработке изделий из листового материала стали аустенитно-мартенситного класса марки 07Х16Н6. Способ включает высокотемпературный нагрев изделий и охлаждение на воздухе. Охлаждение на воздухе осуществляют до 100°C. Затем изделие помещают в печь, нагретую до 90°C, и охлаждают вместе с печью со скоростью 6-7°C/мин до комнатной температуры. Техническим результатом изобретения является получение равновесной структуры с наилучшей деформируемостью, исключение наклепа и трещин, возникающих при изготовлении изделий из стали 07Х16Н6. 5 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных отраслях промышленности при смягчающей промежуточной термической обработке изделий из листового материала стали аустенитно-мартенситного класса марки 07Х16Н6 для снятия напряжений, приводящих к трещинообразованию после деформации и сварки.

Сталь 07Х16Н6 относится к аустенитно-мартенситному классу. После аустенизации при температуре 1000°C и охлаждении в воде или на воздухе структура стали состоит из аустенита и 10-60% мартенсита. Температура начала мартенситного превращения стали для различных видов плавок в пределах химического состава изменяется. Мартенситное превращение реализуется в интервале температур Мн-Мк от 70 до 30°C и зависит от количества углерода в аустените стали и наличия легирующих элементов [1, стр.205].

В настоящее время для снятия наклепа и получения равновесной структуры для наилучшей деформируемости при формообразовании изделий применяют смягчающий отжиг.

При смягчающем отжиге (способе термической обработки) для листового проката стали 07Х16Н6 по ГОСТ 7350-77 производится нагрев детали до 1040°C±10°C, затем охлаждение на воздухе до комнатной температуры (ближайший аналог). Разрыв времени между операцией штамповки и последующей операцией термообработки для исключения появления надрывов и трещин составляет не более 7 часов.

В сварных конструкциях после сварки детали остывают на воздухе при температуре окружающей среды. Разрыв времени между сваркой и последующей термообработкой для исключения трещин составляет не более 20 суток.

Недостатком указанного способа смягчающей термической обработки деталей из стали 07Х16Н6 является образование термических трещин на деталях при штамповке с большой степенью деформации или в околошовной зоне при сварке.

Известно, что при закалке сталей возникают значительные напряжения как макроскопические так и микроскопические, которые обусловлены деформацией, фазовыми и структурными напряжениями [2, стр.349]. Поэтому на многих легированных сталях применяется ступенчатая закалка: т.е. с температуры закалки изделия охлаждают в соляной или масляной ванне, в которой поддерживается температура, немного выше или ниже мартенситной точки (при Т~180…220°C), выдерживают в ней до выравнивания температуры, а затем дают медленно охладиться в мартенситной области до комнатной температуры (закалка в теплой ванне).

В этом случае термические напряжения получаются меньшими благодаря меньшему перепаду температур, чем при прямом охлаждении до комнатной температуры [2, стр.357].

Известен смягчающий отжиг для нелегированных сталей: от температуры нагрева до температуры немного ниже A1 производят быстрое охлаждение изделий, а затем выдерживают их настолько долго, пока не закончится аустенитно-перлитное превращение [2, стр.260].

При анализе имеющейся по данной теме литературы не были найдены рекомендации по снятию термических напряжений и предотвращению образования трещин после термической обработки и сварки деталей из стали 07Х16Н6, прошедших предварительную штамповку.

Стали аустенитно-мартенситного (переходного) класса имеют структуру аустенита и мартенсита, количество которых может меняться в широких пределах. После закалки структура сталей переходного класса в основном аустенитная. Однако этот аустенит неустойчив при охлаждении до отрицательных температур либо при пластической деформации, сравнительно легко превращается в мартенсит.

Проведенным рентгеноструктурным анализом образцов из стали 07Х16Н6 было установлено:

- фазовый состав стали после термообработки на рекомендуемом режиме 1040°C имеет α-фазу (мартенсит) - 60% (Фиг.1);

- фазовый состав стали после термообработки на рекомендуемом режиме 1040°C и пластической деформации ≈30% имеет α-фазу (мартенсит) от 84 до 87,8% (Фиг.2).

Возникновение фазовых напряжений для аустенитно-мартенситных сталей (07Х16Н6) при закалке, когда аустенит превращается в мартенсит, обусловлено тем, что мартенсит имеет значительно больший объем, чем аустенит.

Мартенситное превращение реализуется в интервале температур Мн-Мк и зависит от количества углерода в аустените стали и наличия легирующих элементов. Для стали 07Х16Н6 - это интервал температур от +60°C до -80°C. Твердость стали тем ниже и пластичность тем выше, чем больше остаточного аустенита.

Для устранения напряжений необходимо нагреть изделие до высоких температур, но охлаждение на воздухе приводит к возникновению термических напряжений. Наиболее полное снятие напряжений достигается при проведении отжига (выполнить смягчающую промежуточную термическую обработку) с последующим медленным охлаждением, что нежелательно для стали 07Х16Н6, так как ухудшаются ее механические свойства: увеличивается прочность, уменьшается пластичность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение равновесной структуры с наилучшей деформируемостью, исключение наклепа и трещин, возникающих при изготовлении изделий из жаропрочной стали аустенитно-мартенситного класса марки 07Х16Н6.

Данный технический результат достигается способом смягчающей термической обработки изделий из стали 07Х16Н6, включающим высокотемпературный нагрев изделий и охлаждение на воздухе до 100°C при комнатной температуре. Затем изделие помещают в печь, нагретую выше начала мартенситного превращения до 90°C и изделие охлаждают вместе с печью со скоростью 6-7°C/мин до комнатной температуры.

В связи с тем, что протекание процесса перехода аустенита в мартенсит значительно замедляется в изотермических условиях, а для развития процесса необходимо непрерывное охлаждение, была предложена следующая схема нагрева и охлаждения листовых, формообразуемых деталей:

- рекристаллизационный отжиг для снятия напряжений при 1050°C (в стали 07Х16Н6 при нагреве до 1040°C фазовые превращения отсутствуют, происходит растворение карбидов);

- охлаждение на воздухе до 100°C (в процессе резкого охлаждения карбиды не выделяются, получается однородная структура аустенита, сталь приобретает высокую пластичность и коррозионную стойкость);

- помещение изделия в печь, нагретую до 90°C;

- охлаждение изделия совместно с печью со скоростью 6-7°С/мин до комнатной температуры (для стабилизации аустенита и уменьшения количества мартенсита).

Вышеуказанная схема снятия напряжений применима и в случае использования сварки:

- в процессе сварки околошовная зона нагревается до Т>900°C, в результате чего при охлаждении на воздухе до комнатной температуры возникают фазовые напряжения, приводящие к образованию микротрещин. Если изделие после сварки охладить до 100°C на воздухе, а затем поместить в нагретую до 90°C печь и далее охладить вместе с печью, трещины не образуются.

Для подтверждения технического результата предложения были проведены исследования влияния замедленного охлаждения по заявляемому способу на свойства, макро- и микроструктуру металла. Были изготовлены два образца со сварным швом.

Образец №1:

- глубокая штамповка изделия из листового материала марки 07Х16Н6 толщиной 2 мм;

- термообработка по режимам: нагрев до 1040°C;

- охлаждение на воздухе до 100°C;

- помещение изделия в печь, нагретую до 90°C;

- охлаждение изделия совместно с печью со скоростью 6-7°C/мин до комнатной температуры.

- сварка;

- охлаждение на воздухе до температуры 100°C;

- помещение изделия в печь, нагретую до 90°C;

- охлаждение изделия совместно с печью со скоростью 6-7°C/мин до комнатной температуры.

Образец №2:

- глубокая штамповка изделия из листового материала марки 07Х16Н6 толщиной 2 мм;

- термообработка по режимам: нагрев до 1040°C;

- охлаждение на воздухе до комнатной температуры.

- сварка;

- охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды.

Металлографическим исследованием макроструктуры образцов было установлено, что металл сварного шва образца №2 имеет ярко выраженное столбчатое строение с четкой направленностью отдельных кристаллитов. Металл сварного шва образца №1 имеет однородную структуру.

Сравнительным анализом микроструктуры изготовленных образцов установлено, что:

- микроструктура обоих образцов аустенитно-мартенситная;

- микроструктура образца с обычным охлаждением (№2) более крупнозернистая, чем образца с замедленным охлаждением с ориентацией мартенсита по границам зерен и имеет четкое игольчатое строение;

- микроструктура образца с замедленным охлаждением (№1) более мелкозернистая по сравнению с образцом №2, более однородная.

В околошовной зоне зерна крупнее, по мере удаления от околошовной зоны прослеживается уменьшение величины зерна.

Отличие микроструктуры металла после термообработки по заявленному способу от существующего более наглядно представлено фотографиями.

На фото №1, 2, 3 приведена микроструктура основного материала, сварного шва и околошовной зоны стали 07Х16Н6 после термической обработки (образец №1 - по заявленному способу, образец №2 - с обычным охлаждением по известной технологии ближайшего аналога).

Предлагаемый способ смягчающей термической обработки осуществляется следующим образом.

Детали нагревают до 1040°C, затем ступенчато охлаждают. Сначала быстро охлаждают до 100°C на воздухе при комнатной температуре. Затем детали помещают в печь, нагретую до 90°C. После чего печь отключают и детали остывают вместе с печью до комнатной температуры 20-30°C со скоростью 6-7°C/мин.

При изготовлении изделий способом формообразования и сварки изделие после сварки охладить до 100°C на воздухе, а затем поместить в нагретую до 90°C печь и далее охладить вместе с печью.

Практическое применение указанного способа показало следующее:

- до внедрения вышеуказанного способа замедленного охлаждения процент брака по причине образования трещин после штамповки со значительной степенью деформации, сварки, термообработки на детали из листового материала толщиной стали 07Х16Н6 в производстве составлял 29%;

- после внедрения способа брак по причине образования трещин отсутствует.

Работы по внедрению указанного способа проводились в условиях производства на разных плавках в течение 2-х лет.

Литература

1. Ульянин Е.А. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. Справочник. М.: Металлургия, 1991 г.

2. Гудремон Э. Специальные стали. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1959 г., т.1.

Способ термической обработки изделия из стали аустенитно-мартенситного класса марки 07Х16Н6, включающий высокотемпературный нагрев изделия и охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что охлаждение изделия на воздухе осуществляют до 100°C, а затем изделие помещают в печь, нагретую до 90°C, и охлаждают вместе с печью со скоростью 6-7°C/мин до комнатной температуры.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству круглого сортового проката с повышенной обрабатываемостью резанием, используемого для изготовления крепежных изделий.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката в прутках, круглого, диаметром 100 мм, из рессорно-пружинной стали. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству горячекатаного сортового проката в прутках диаметром 210 мм, который может быть использован в нефтедобыче для получения изделий, работающих с высокими механическими нагрузками.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству круглого сортового проката. .
Изобретение относится к технологии горячего цинкования полосовой стали. .

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к производству штрипса из стали класса прочности К65-К70 толщиной до 35 мм для труб магистральных трубопроводов диаметром до 1420 мм.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу легированной стали, предназначенной для изготовления резистивных нагревательных элементов в производстве пленочных электронагревателей.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сварочной проволоке, используемой для сварки криогенных сталей. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству бесшовной трубы из мартенситной нержавеющей стали, используемой для нефтепромыслового оборудования.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению ковкой стали, обладающей прекрасной деформируемостью при ковке. .

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения магнитных свойств и обеспечения высокого качества поверхности листа слиток из стали, содержащей, вес.%: Si от 2,5 до 4,0, С от 0,02 до 0,10, Mn от 0,05 до 0,20, растворимый в кислоте Al от 0,020 до 0,040, N от 0,002 до 0,012, S от 0,001 до 0,010, Р от 0,01 до 0,08, Те от 0,0005 до 0,0050, нагревают до 1320°С или менее, затем подвергают горячей прокатке, отжигу, холодной прокатке, обезуглероживающему отжигу и азотирующему отжигу, получая в результате обезуглероженный и азотированный стальной лист.
Изобретение относится к металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано при изготовлении толстых листов и штрипсов с применением контролируемой прокатки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к толстолистовой высокопрочной горячекатаной стали. Нагревают сталь, содержащую в расчете на мас.%: 0,02-0,08 С, 0,01-0,50 Si, 0,5-1,8 Mn, 0,025 или менее Р, 0,005 или менее S, 0,005-0,10 Al, 0,01-0,10 Nb, 0,001-0,05 Ti, остальное - Fe и неизбежные примеси, при этом содержание С, Ti и Nb удовлетворяет соотношению (Ti+(Nb/2))/С<4.
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к листопрокатному производству, и может быть использовано при получении высокопрочных холоднокатаных листов для глубокой вытяжки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению неориентированной магнитной листовой стали, используемой для изготовления сердечников двигателей электромобилей.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству холоднокатаных и горячеоцинкованных стальных полос, обладающих эффектом упрочнения при сушке лакокрасочного покрытия на штампованном изделии (ВН-эффектом).

Изобретение относится к термообработке, а именно к устройствам для закалки листовых изделий, и обеспечивает повышение качества закалки изделий за счет надежности работы механизма стабилизации положения верхней плиты закалочного устройства.

Изобретение относится к способам производства листа из текстурированной кремнистой стали. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления деталей режущих инструментов. Сталь содержит, в мас.%: от 0,28 до 0,5 С, от 0,10 до 1,5 Si, от 1,0 до 2,0 Mn, максимум 0,2 S, от 1,5 до 4 Cr, от 3,0 до 5 Ni, от 0,7 до 1,0 Mo, от 0,6 до 1,0 V, от следовых количеств до общего максимального содержания 0,4% мас.
Наверх