Способ термической обработки деформируемой коррозионно-стойкой стали 14х17н2
Владельцы патента RU 2508410:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) (RU)
Изобретение относится к термической обработке стали, применяемой для изготовления сложнонагруженных деталей в судовом машиностроении, воспринимающих значительные разнонаправленные динамические нагрузки, например, крепежа, поковок. Для повышения пластических характеристик и ударной вязкости способ включает нагрев стали под закалку при температуре 1040-1050°C, охлаждение в масле, двукратный отпуск с охлаждением в воде после каждого отпуска, причем нагрев при первом отпуске ведут при температуре 600-610°C. 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к технологии термической обработки и предназначено для термической обработки деформируемой коррозионно-стойкой стали 14X17H2, применяемой в судовом машиностроении для изготовления сложнонагруженных деталей, воспринимающих значительные разнонаправленные динамические нагрузки, например, крепежа, поковок.
Известны способы термической обработки стали 14X17H2, разные технологические приемы и решения по процедуре нагрева, выдержки и охлаждения, которые нашли широкое промышленное применение в серийном производстве продукции общетехнического назначения. Однако они не обеспечивают требуемого уровня механических характеристик.
Известен способ термической обработки изделий из стали 14X17H2 (ГОСТ 5949-75) «Сталь сортовая и калиброванная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная», включающий закалку в масле в интервале температур 1000-1030°C с последующим высоким отпуском в интервале температур 620-660°C и охлаждением на воздухе. Однако он не обеспечивает получения однородного комплекса свойств в направлении вдоль и поперек волокон деформации, регламентируя лишь значения механических свойств поперек волокон деформации. Известное техническое решение находит промышленное применение при термической обработке проката, применяемого в судостроительной промышленности для изготовления из него деталей в процессе последующего перекова проката.
Недостатком известного способа является то, что он обеспечивает более низкую ударную вязкость, которая определяется содержанием δ феррита в стали. Наиболее высокой ударной вязкостью обладает сталь, практически не содержащая δ феррит; несколько ниже - у сталей мартенситно-ферритного класса, содержащих δ феррита более 40%; наименьшая ударная вязкость у стали, содержащей δ феррит в пределах 10-20%.
В качестве прототипа принят способ термической обработки штамповок кривошипных валов из стали мартенситно-ферритного класса 14X17H2, включающий закалку в масле с температуры 970-1020°C и последующий двукратный высокотемпературный отпуск, первый и второй отпуск осуществляют при температуре 620-670°C с охлаждением после каждого отпуска в воде или масле, при этом первый отпуск проводят в течение 4,5-5 часов, а второй отпуск 3,5-4,5 часа. Однако способ по прототипу не обеспечивает высоких пластических характеристик и ударной вязкости. Эти недостатки устраняются предлагаемым техническим решением. Задачей изобретения является повышение качества сложнонагруженных деталей. Технический результат - повышение пластических характеристик и ударной вязкости, которые наиболее важны для сложнонагруженных деталей.
Этот технический результат достигается тем, что в способе термической обработки деформируемой коррозионно-стойкой стали 14X17H2, включающем нагрев под закалку, охлаждение в масле, двукратный отпуск с охлаждением после каждого отпуска в воде, нагрев под закалку осуществляют при температуре 1040-1050°C, нагрев при первом отпуске - при температуре 600-610°C. При этом время выдержки при закалке 3 часа, время выдержки при первом отпуске 4,5-5 часов, при втором отпуске 3,5-4,5 часа, как в прототипе, температура второго отпуска находится в интервале, принятом в прототипе (620-670°C), в предлагаемом способе 640-660°C. Технический результат достигается выбором узкого диапазона температур при закалке и первом отпуске. В структуре после охлаждения от температуры закалки до комнатной образуется мартенсит и сохраняется некоторое количество мягких структурных составляющих δ феррита. Проведение высокого отпуска при указанной температуре приводит к распаду мартенсита на ферритно-карбидную смесь, обеспечивая стабильное состояние отпущенной мартенситной составляющей.
Способ осуществляют следующим образом.
Заготовки вырезают из прутков стали 14X17H2, помещают в печь с выдвижным подом и подвергают их термической обработке по предлагаемому режиму. После термической обработки из заготовок изготавливают образцы для механических испытаний.
Пример осуществления способа.
Из прутка стали 14X17H2 (химический состав приведен в таблице 1) диаметром 80 мм брали отрезок 1,5 м, из которого фрезой вырезали заготовки для термической обработки. Заготовки вырезали в соответствии с требованиями ГОСТ 7564-97: продольные - бруски сечением 25×25 мм, поперечные - шайбы толщиной 20 мм. Вырезанные заготовки проходили термообработку по различным режимам: на средних, минимальных, максимальных и запредельных значениях параметров. Оптимальным был признан режим: закалка при 1040°C 3 часа, охлаждение в масле, нагрев при первом отпуске при температуре 610°C, выдержка 4,5 часа, охлаждение в воде, нагрев при втором отпуске 650°C 3,5 часа, охлаждение в воде. Обработанные образцы подвергали механическим испытаниям (результаты приведены в таблице 2). Определение ударной вязкости производилось при нормальной температуре по ГОСТ 9454-78; испытания на растяжение образцов проводилось по ГОСТ 1497-84; склонность к межкристаллитной коррозии определялась по ГОСТ 6032-2003 методом AM на продольных и поперечных пластинах. Склонность к межкристаллитной коррозии отсутствовала; содержание δ феррита определялось по методу Розиваля на поперечных микрошлифах и составило 0,1%.
В примерах меняли температуру нагрева под закалку и принимали ее 1030, 1040, 1050, 1060°C при времени выдержки 3 часа, нагрев при первом отпуске до 610°C 4,5 часа, при втором 650°C 3,5 часа, охлаждение в воде. При температуре нагрева под закалку 1030°C свойства на образцах были нестабильны, то же наблюдалось при нагреве при 1060°С. Вероятно это связано с неполным распадом мартенсита. Меняли температуру нагрева при первом отпуске: 590, 600, 610, 620°C, выдержка 4,5 часа, охлаждение в воде. Температуру второго отпуска принимали 650°C, выдержка 3,5 часа, охлаждение в воде. Температура закалки 1040-1050°C 3 часа. При температуре первого отпуска 590°C не весь мартенсит распадался на ферритно-карбидную смесь и снижались механические характеристики. При температуре первого отпуска 620°C свойства были, как и при 610°C, следовательно нагрев до этой температуры нецелесообразен экономически.
Как видно из таблицы 2, пластические характеристики и ударная вязкость после обработки по предлагаемому способу выше, чем по прототипу. Значения δв и δ0,2 практически соответствуют значениям прототипа. Испытания проведены в производственных условиях и подтвердили промышленную применимость способа.
| Таблица 1 | ||||||||
| Марка стали | Полуфабрикат | Химический состав, % мас. | ||||||
| C | Mn | Si | Cr | Ni | P | S | ||
| ГОСТ 5632-72 | 0,11-0,17 | 0,8 | 0,8 | 16-18 | 1,5-2,5 | 0,025 | 0,030 | |
| 14X17H2 | 0,12 | |||||||
| 14X17H2 | прокат | 0,52 | 0,56 | 16,0 | 2,2 | 0,022 | 0,011 |
| Таблица 2. | |||||
| ⌀ проката, мм | Способ обработки | Механические свойства, не менее | Вид образца | ||
| δ, % | ψ, % | KCU, МДж/м2 | |||
| от 60-100 | Известный | 12 | 43 | 38-52 | |
| По прототипу | |||||
| 80 | Предлагаемый | 17,5 | 45,8 | Продольные | |
| 14,3 | 43,2 | 83 | Поперечные |
Способ термической обработки деформируемой коррозионно-стойкой стали 14X17H2, включающий нагрев под закалку, охлаждение в масле, двукратный отпуск с охлаждением в воде после каждого отпуска, отличающийся тем, что нагрев под закалку осуществляют при температуре 1040-1050°C, а нагрев при первом отпуске - при температуре 600-610°C.
