Способ получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с наноструктурой


 


Владельцы патента RU 2611252:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к обработке металлов давлением, а именно к технологии получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с нанокристаллической структурой, который может быть использован в качестве конструкционного материала. Способ изготовления проката включает горячую ковку при температуре 1373 К до истинной степени деформации ε=0,5 с последующим охлаждением в воде, полученные заготовки подвергают теплой прокатке в лист до истинной степени деформации ε=3 при температуре 473-673 К, которая исключает протекание мартенситного превращения. Технический результат заключается в получении проката аустенитной нержавеющей стали с нанокристаллической структурой и повышенными прочностными свойствами, предел текучести составляет более 1000 МПа. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к обработке металлов давлением, а именно к технологии получения высокопрочного проката сталей аустенитного класса с нанокристаллической структурой для использования его в качестве конструкционного материала.

Большинство аустенитных нержавеющих сталей после стандартной обработки на твердый раствор имеют крупнокристаллическую структуру и низкий предел текучести порядка 200 - 250 МПа (W.Martienssen and H.Warlimont, Springer Handbook of Condenced Matter and Materials Data, 2005), что сдерживает их применение в качестве конструкционного материала.

С целью повышения предела текучести за счет дисперсионного упрочнения аустенитные нержавеющие стали легируют карбидообразующими элементами, такими как ванадий, ниобий, титан, цирконий, гафний, тантал (K.H.Lo, C.H. Shek, J.K.L. Lai, Materials Science and Engineering R 65 (2009) 39–104).

Известен способ получения аустенитной высокопрочной стали за счет легирования ванадием, ниобием, углеродом и азотом. Данные элементы образуют в стали дисперсные частицы нитридов и карбонитридов ванадия и ниобия, сдерживающие рост зерна в стали при нагреве под закалку, т.е. способствующие формированию мелкозернистой структуры стали, необходимой для получения высокой прочности (RU №2318068; публ. 27.02.2008). Однако введение в сталь дорогостоящих легирующих элементов приводит к повышению ее себестоимости.

Повышение предела текучести в аустенитных нержавеющих сталях может быть обеспечено за счет структурного упрочнения, которое достигается в результате применения холодной деформационной обработки (K.H.Lo, C.H.Shek, J.K.L. Lai, Materials Science and Engineering R 65 (2009) 39–104). Известные способы получения сталей с пределом текучести свыше 1100 МПа основаны на деформационной обработке с высокими степенями пластической деформации (RU №2252977; публ. 27.05.2005). Недостатком таких способов обработки является то, что структура полученной стали не является аустенитной. Удельная доля мартенсита деформации составляет более 50%. Поэтому, такие стали не могут рассматриваться как аустенитные, так как изменяются их функциональные свойства. Обратное фазовое превращение при последующей термообработке способно восстановить аустенитную микроструктуру стали, но это неизбежно ведет к росту зерна до микронных значений и падению предела текучести.

Измельчение зерен с помощью горячей деформационной обработки позволяет поднять прочность аустенитных сталей за счет зернограничного упрочнения по закону Холла-Петча (V.G.Gavriljuk and H.Berns: High NitrogenSteels, Springer-Verlag, Berlin, 1999, pp. 135-198;V.G. Gavriljuk, H. Berns, C. Escher, N.I. Glavatskaya, A. Sozinov, Yu.N. Petrov Materials Scienceand Engineering A271 (1999) 14–21). Однако чувствительность напряжений течений к размеру зерна в аустените в 2 раза меньше, чем в феррите, поэтому эффективность этого метода не велика. Кроме того, размер зерна при использовании стандартных операций горячей деформации в интервале температур 1223-1373 К получается уменьшить только до 5 мкм. Для получения аустенитных сталей с наноструктурой часто применяют теплую деформационную обработку после горячей.

Известен способ, в котором предварительно закаленную заготовку подвергают многократной изотермической ковке с последовательным изменением оси ориентации на 90° и понижением температуры на 80-150 К. При этом первую осадку проводят при температуре, лежащей в интервале 1223-1323 К. Истинная степень деформации за одну осадку должна быть не менее 0,4 при скорости деформации от 10-2 до 10-1 с-1. Две последние осадки проводят при температуре, лежащей в интервале 873-923 К. Затем проводят отжиг заготовки при температуре, которая выше температуры двух последних осадок на ≥50 К (RU№2468093; публ. 27.11.2012).

Теплая пластическая обработка с большими степенями деформации является эффективным способом повышения прочностных свойств аустенитных коррозионно-стойких сталей. Себестоимость стали в этом случае зависит от способа деформационной обработки. На данный момент разработано большое количество специфических способов деформационной обработки, такие как дробление, кручение под высоким давлением, равноканальное угловое прессование (Y.Estrin and A.Vinogradov, Extreme grainre finement by severe plastic deformation: A wealth of challenging science, Acta Materialia, 61(2013) 782-817). Однако технологические трудности в реализации данных методов обработки затрудняют их промышленное применение. С другой стороны, традиционный метод обработки металлов давлением, такой как многократная прокатка, также может обеспечить большие пластические деформации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения высокопрочной аустенитной нержавеющей стали, который включает предварительную пластическую деформацию за один или несколько проходов со степенью деформации не менее 40% при температуре, не превышающей температуру начала рекристаллизации, закалку на твердый раствор осуществляют при температуре не ниже 1020°С (1293 К), а окончательную пластическую деформацию проводят со степенью 30-70% при температуре ниже температуры начала рекристаллизации не менее чем на 150°С (423 К) (RU №2254394; публ. 20.06.2005).

Недостатком данного способа обработки является то, что максимальная степень окончательной пластической деформации составляет ε=1,2 (70%), в результате чего предел текучести составил не более 1000 МПа, кроме того, в выбранный температурный интервал окончательной пластической деформации входит комнатная температура, деформация при которой приведет к мартенситному превращению.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с однородной наноструктурой, обеспечивающего повышение предела текучести выше 1000 МПа без протекания мартенситного превращения.

Техническим результатом изобретения является:

- режим предварительной деформационно-термической обработки аустенитной нержавеющей стали, обеспечивающей формирование в стальной заготовке однородной мелкозернистой микроструктуры со средним размером зерна 10-20 мкм;

- режим теплой деформации, обеспечивающий получение высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с нанокристаллической структурой;

- повышение предела текучести аустенитной нержавеющей стали.

Для решения поставленной задачи предложен способ термомеханической обработки аустенитной нержавеющей стали.

Данный способ включает:

1) предварительную горячую ковку при температуре 1373 К до истинной степени деформации ε=0,5 с последующим охлаждением в воде, что приводит к формированию однородной микроструктуры со средним размером зерен 10-20 мкм.

2) пластическую деформацию методом теплой прокатки в лист при температуре 473-673 К до истинной степени деформации ε=3, которая приводит к получению высокопрочного проката из аустенитной стали со средним размером зерен/субзерен порядка 160/80 нм, без протекания мартенситного превращения.

Технический результат заключается в получении проката аустенитной нержавеющей стали с нанокристаллической структурой и повышенными прочностными свойствами (предел текучести более 1000 МПа).

Достигаемый технический результат подтверждается данными, приведенными в таблице 1.

Таблица 1. Механические свойства аустенитной нержавеющей стали до ТМО и после ТМО

Температура испытания, K 293
Предел текучести, MПa Образец после ТМО 1070
Образец до ТМО 235
Предел прочности, MПa Образец после ТМО 1175
Образец до ТМО 585
Удлинение, % Образец после ТМО 9,3
Образец до ТМО 86

Механические испытания на растяжения проводились по ГОСТ 1497-84 при комнатной температуре.

Предполагаемое изобретение поясняют графические материалы:

На фиг. 1 представлена схема термомеханической обработки аустенитной нержавеющей стали, где ε – истинная степень деформации.

На фиг. 2 изображена структура аустенитной нержавеющей стали после ТМО, полученная на просвечивающем электронном микроскопе.

Пример осуществления.

В примере осуществления использовали аустенитную нержавеющую сталь 03Х17Н12М2(AISI 316L), которую подвергали горячей ковке при температуре 1373 К до истинной степени деформации ε=0,5 с последующим охлаждением в воде. В результате чего были получены заготовки аустенитных сталей квадратного сечения со средним размером зерна порядка 20 мкм. Данные заготовки подвергали теплой прокатке в лист при температуре 573 К до истинной степени деформации ε=3, в результате которой был получен высокопрочный прокат аустенитной нержавеющей стали с наноструктурой (размер зерен/субзерен около 160/80 нм). Предел текучести проката составил около 1070 МПа.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает формирование нанокристаллической структуры без образования мартенсита в ходе деформации.

Реализация предлагаемого способа в промышленном производстве позволит получать прокат из аустенитных нержавеющих сталей с повышенными прочностными свойствами, которые могут быть использованы в качестве конструкционного материала.


Способ получения высокопрочного проката из аустенитной нержавеющей стали с нанокристаллической структурой, включающий пластическую деформацию путем прокатки, отличающийся тем, что предварительно сталь подвергают горячей ковке при температуре 1373 К до истинной степени деформации ε=0,5 с последующим охлаждением в воде, при этом полученную заготовку с однородной микроструктурой подвергают теплой прокатке при температуре 473-673 К в лист до истинной степени деформации ε=3.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, в частности, для изготовления изделий и конструкций для химической промышленности, в энергетике и т.д.

Изобретение относится к областям машиностроения. Для повышения конструкционной прочности стали способ включает ультразвуковую безабразивную обработку поверхности стали и финишное пластическое деформирование поверхности.

Изобретение относится к области спортивного оружия и может быть использовано при изготовлении клинков фехтовального оружия, в частности клинков рапир, сабель и шпаг, для повышения прочностных свойств ручки клинка и сварного шва при одновременной экономии используемой дорогостоящей стали и увеличении жесткости клинка.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, например, для изготовления высоконагруженных деталей в машиностроении. Для получения субмикрокристаллической структуры в стали способ включает нагрев листа из стали 08Х18Н10Т до температуры 1100°С, выдержку 1 час, охлаждение в воде, обработку холодом в жидком азоте, прокатку в несколько проходов с общей логарифмической степенью деформации e=0,1-0,2 с охлаждением в жидком азоте между проходами для формирования мартенсита деформации с объемной долей 55-75%, затем теплую деформацию при 400-700°С за один, или несколько проходов со степенью логарифмической деформации е≤0,5 и отжигу, длительностью от 200 с до 1 ч в интервале температур 600-800°С с обеспечением формирования субмикрокристаллической структуры, содержащей аустенит до 95%.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу жаропрочной хромистой стали мартенситного класса, применяемой для изготовления элементов, в том числе котлов, труб паропроводов электростанций.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке высокопрочных изделий, работающих при воздействии значительных динамических и циклических нагрузок.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к регулированию химического состава стали для получения непрерывнолитой заготовки с ограничением относительного сужения.
Изобретение относится к области металлургии и может быть применено при обработке металлов давлением. Для снижения сопротивления металла деформированию и усиления релаксационных процессов на движущуюся проволочную или полосовую заготовку в области зоны деформации одновременно воздействуют СВЧ-излучением и импульсным током в продольном направлении вдоль заготовки, вызывающего электропластический эффект в металле при амплитудной плотности тока Jm примерно 103 А/мм2, длительности импульсов τ примерно 10-4 сек и частоте следования импульсов в несколько сот Гц в зависимости от скорости движения заготовки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению высокопрочных углеродсодержащих инварных сплавов. Способ обработки углеродсодержащего инварного сплава включает закалку и деформационно-термическую упрочняющую обработку.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению соединительного элемента, используемого в подъемных, крепежных, зажимных и/или связывающих средствах, выполненному из закаливаемой стали.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам обработки железоникелевого сплава. Заявлен способ обработки инварного сплава на основе системы железо-никель.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, в частности, для изготовления изделий и конструкций для химической промышленности, в энергетике и т.д.

Изобретение относится к областям машиностроения. Для повышения конструкционной прочности стали способ включает ультразвуковую безабразивную обработку поверхности стали и финишное пластическое деформирование поверхности.

Изобретение относится к области термической обработки заготовок из пассивного сплава на основе железа. Для повышения коррозионной стойкости осуществляют закалку на твердый раствор деформированной при низких температурах заготовки из пассивного сплава, причем способ включает первый этап растворения по меньшей мере азота в заготовке при температуре T1, которая выше температуры растворимости для карбида и/или нитрида, а также ниже точки плавления пассивного сплава, и последующий второй этап растворения азота и/или углерода в заготовке при температуре T2, которая ниже температуры, при которой в пассивном сплаве образуются карбиды и/или нитриды.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, например, для изготовления высоконагруженных деталей в машиностроении. Для получения субмикрокристаллической структуры в стали способ включает нагрев листа из стали 08Х18Н10Т до температуры 1100°С, выдержку 1 час, охлаждение в воде, обработку холодом в жидком азоте, прокатку в несколько проходов с общей логарифмической степенью деформации e=0,1-0,2 с охлаждением в жидком азоте между проходами для формирования мартенсита деформации с объемной долей 55-75%, затем теплую деформацию при 400-700°С за один, или несколько проходов со степенью логарифмической деформации е≤0,5 и отжигу, длительностью от 200 с до 1 ч в интервале температур 600-800°С с обеспечением формирования субмикрокристаллической структуры, содержащей аустенит до 95%.
Изобретение относится к ядерным реакторам на быстрых нейтронах с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями. Способ характеризуется тем, что определяют значение повреждающей дозы быстрых нейтронов (число сна), вызывающее недопустимое снижение пластических свойств стали.

Изобретение относится к области термической обработке и может быть использовано при обработке заготовок высоконагруженных конструкций из стали 20Х13 и 30Х13 с заданными одновременно механическими и магнитными свойствами, в частности, при производстве короткозамкнутых роторов дисковой формы для торцевых гистерезисных двигателей высокооборотных центробежных устройств.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу светопоглощающих покрытий, используемых при термической обработке углеродистых сплавов. Светопоглощающее покрытие для изделий из углеродистого сплава содержит оксид меди и связующее - оксиэтилцеллюлозу, силикат натрия или калия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид меди 4,2-4,8, оксиэтилцеллюлоза 4,0-4,4, силикат натрия или калия 25,0-26,5, вода - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению высокопрочных углеродсодержащих инварных сплавов. Способ обработки углеродсодержащего инварного сплава включает закалку и деформационно-термическую упрочняющую обработку.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения выносливости мартенситной нержавеющей стали проводят электрошлаковый переплав, затем охлаждают полученный слиток и осуществляют по меньшей мере один аустенитный термический цикл, состоящий в нагреве слитка выше температуры аустенизации с последующей стадией охлаждения.

Изобретение относится к области синтеза оксидных многофункциональных металлов сложного состава в нанодисперсном состоянии. Описан способ получения нанодисперсных оксидных материалов в виде сферических агрегатов, включающий приготовление раствора, в состав которого входят растворимые соли, содержащие катионы или анионы металлов, с последующим погружением в него органической матрицы для захвата ионов металла из раствора, в котором в качестве органической матрицы используют твердую ионообменную смолу, содержащую акрил-дивинилбензольную или стирол-дивинилбензольную матрицу, предварительно выдержанную в дистиллированной воде, которую помещают в раствор при постоянном перемешивании до полной сорбции ионов металлов, полученный образец предшественника оксида металла извлекают из раствора и сушат, после чего удаляют полимерную органическую матрицу путем ступенчатой термической обработки.
Наверх