Способ деформационно-термической обработки аустенитной высокомарганцевой стали

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке аустенитных высокомарганцевых сталей с TWIP-эффектом, и может быть применено в автомобилестроении для производства несущих конструкций автомобиля. Для получения оптимальной комбинации прочности и пластичности стали проводят предварительный гомогенизационный отжиг слитка из аустенитной стали, содержащей в химическом составе марганец не менее 15% и алюминий не менее 1,5%, при температуре 1223 - 1423K в течение 2 - 8 часов, многократную ковку слитка при температуре 1223 – 1423К с суммарной истинной степенью деформации не менее 1.2. После ковки сталь подвергается гомогенизационному отжигу при 1223 - 1423К в течение 2 - 8 часов и последующей многократной горячей прокатке при 773 – 1423К с суммарной истинной степенью деформации не менее 2. Горячекатаную сталь подвергают отжигу в течение 1-2 часов при 1223 - 1423К, холодной деформации путем прокатки при температуре 293К до суммарной истинной степени не менее 3, с последующим рекристаллизационным отжигом в интервале температур 873 - 973К в течение 30 – 60 минут. 2 ил., 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке аустенитных высокомарганцевых сталей, и может быть применено в автомобилестроении для производства несущих конструкций автомобиля.

Высокомарганцевые аустенитные стали с TWIP эффектом (twinning induced plasticity – пластичность наведенная двойникованием) являются одними из наиболее перспективных материалов, используемых в автомобильной промышленности. Стали данного класса чрезвычайно пластичны и характеризуются высоким уровнем деформационного упрочнения, что делает их привлекательными для широкого применения в автомобильной промышленности. Очень большое деформационное упрочнение обеспечивается за счет деформационного двойникования, которое приводит к структурному упрочнению по закону Холла-Петча, и деформационного упрочнения благодаря росту плотности дислокаций при деформации [C.M. Young, O.D. Sherby. Sub-Grain Formation and Sub-Grain-Boundary Strengthening in Fe-Based Materials. J. Iron Steel Inst. 211 (1973) 640]. Таким образом, существенного повышения предела текучести сталей данного класса можно добиться в результате холодной пластической обработки. Однако повышение прочности в этом случае сопровождается падением пластичности. Сохранение достаточно высокого уровня пластичности и увеличение прочности может быть достигнуто за счет формирования в стали ультрамелкозернистой структуры, которая может быть получена в результате специальной деформационно-термической обработки, сочетающей холодную деформацию и отжиг [Y. Estrin, A. Vinogradov. Extreme grain refinement by severe plastic deformation: A wealth of challenging science. Acta Mater. 61 (2013) 782 - 817].

Известен способ получения горячекатаной полосы из хорошо деформируемой в холодном состоянии, высокопрочной аустенитной стали для легких конструкций с высоким содержанием марганца, алюминия и кремния, а также обладающей TWIP эффектом (Патент RU2335358, опубликованный 10.10.2008). Сущность способа заключается в том, что сталь для легких конструкций разливают на машине непрерывной разливки в непрерывную заготовку, а затем разделяют в слябы и прокатывают до конечной толщины. Разливают заготовку на машине непрерывной разливки тонких слябов с применением литейного порошка, затем делят на слябы, после окончания кристаллизации и разделения непрерывной заготовки на слябы осуществляют выравнивание температуры сляба в промежуточной печи, затем сляб без промежуточного охлаждения подвергают горячей прокатке. Недостатком данного метода является необходимость применения специализированного и энергозатратного оборудования, включающего CSP (CSP – производство тонких слябов) литейную установку, содержащую машину непрерывной разливки, промежуточную печь, которая является печью с роликовым подом, и прокатный стан. Также горячая прокатка не обеспечивает должного уровня механических свойств, сталь после данной обработки имеет низкий предел текучести.

В публикации D. P. Escobar и др. «Martensite reversion and texture formation in17Mn-0.06C TRIP/TWIP steel after hot cold rolling and annealing», J Mater Res Technol. (2014), т. 4, в. 2, стр.162-170, была исследована высокомарганцевая сталь с TWIP/TRIP эффектом (TRIP – пластичность наведенная мартенситным превращением), содержащая в химическом составе Si и Al, подвергнутая холодной прокатке и рекристаллизационному отжигу. В данном исследовании было показано, что после деформационно-термической обработки предел текучести достигает 650 МПа, предел прочности 950 МПа и относительное удлинение составляет 45%. Обработка стали предложенным способом обеспечивает высокие показатели прочности, однако не обеспечивает достаточную пластичность. Химический состав представленной в данной публикации стали обеспечивает энергию дефекта упаковки, соответствующую сталям с TRIP-эффектом, которые характеризуются повышенными прочностными свойствами, однако свойства стали после предложенной обработки не достигают должного уровня.

Наиболее близкий к предложенному изобретению способ, принятый за прототип, описан в патенте США №20100258218, опубликованном 14.10.2010 году. Способ получения высокопрочных листов TWIP стали, имеющей химический состав, вес. %: углерод (С) 0.15-0.30, кремний (Si) 0.01-0.03, марганец (Mn) 15-25, алюминий (Al) 1.2 – 3.0, фосфор (P) менее 0.020, сера (S) 0.001-0.002 и титан (Ti) 4.0-5.0, включает холодную прокатку горячекатаных стальных листов, с последующим отжигом. Стальные заготовки после литья подвергают горячей прокатке с 1100~1300°С (1373~1573К) до 850~950°С (1123~1223К) с последующим охлаждением на воздухе с 850 ~950°С до 650~750°С со скоростью охлаждения 35~45°С/с (308~318К/с) с целью получения в TWIP стали высоких прочностных показателей. Горячекатаные листы подвергались холодной прокатке и последующему рекристаллизационному отжигу при температуре 700~900°С (973~1173К) в течение 3~5 минут. Такая деформационно-термическая обработка позволила получить микроструктуру со средним размером зерен 2.1 мкм и предел текучести составил 550 МПа.

Описанный способ обработки не приводит к получению ультрамелкозернистой структуры, что в свою очередь не обеспечивает требуемый уровень механических свойств, предъявляемых к материалам для изготовления ответственных деталей автомобилей.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа деформационно-термической обработки аустенитных высокомарганцевых сталей с TWIP эффектом, содержащих в химическом составе марганец не менее 15% и алюминий не менее 1.5%, позволяющего получить оптимальную комбинацию прочности и пластичности в данных сталях.

Технический результат заключается в том, что:

- холодная пластическая обработка методом прокатки обеспечивает интенсивное деформационное упрочнение за счет обширного деформационного двойникования и формирования полос сдвига;

- последующий рекристаллизационный отжиг позволяет получить ультрамелкозернистую структуру со средним размером зерен менее 1 мкм, что способствует получению повышенных прочностных характеристик, при сохранении высоких значений пластичности.

Поставленная задача решается предложенным способом деформационно-термической обработки аустенитной высокомарганцевой стали с содержанием марганца более 15% и алюминия не менее 1.5% и обладающей TWIP-эффектом, который включает: предварительную термообработку, состоящую из гомогенизационного отжига при температуре 1223 - 1423K в течение 2 - 8 часов, многократную ковку при температуре 1223 – 1423К. Суммарная истинная степень деформации после ковки не менее 1.2. После достижения необходимой степени деформации сталь подвергается гомогенизационному отжигу при температуре 1223 - 1423К в течение 2 - 8 часов, с последующей многократной горячей прокаткой при температуре 773 – 1423К, суммарная истинная степень деформации не менее 2. После горячей прокатки сталь подвергают отжигу в течение 1-2 часов при температуре 1223 - 1423К. Далее сталь подвергают холодной деформации методом прокатки при температуре 293К до суммарной истинной степени не менее 3, с последующим рекристаллизационным отжигом в интервале температур 873 - 973К в течение 30 – 60 минут.

Примеры осуществления

Пример 1. Лист высокомарганцевой стали Fe - 0,3%C - 17%Mn - 1,5%Al был подвергнут термообработке. Сначала исходный материал в литом состоянии в виде слитка размерами 140х140х140 мм3 был подвергнут гомогенизационному отжигу в печи при температуре 1423К в течение 4-х часов. Затем этот слиток был прокован при температуре 1423К в три ступени: 140 мм →100 мм, 100 мм →70 мм, 70 мм →50 мм, суммарная истинная степень деформации составила 1. После этого материал опять был подвергнут гомогенизационному отжигу в печи при температуре 1423К в течение 4-х часов. Следующей стадией была прокатка в интервале температур 773 – 1423К в 5 проходов: 50 мм →34 мм, 34 мм →25 мм, 25 мм →17 мм, 17 мм →13 мм, 13 мм →10 мм, суммарная истинная деформация составила 1.6. Все стадии прокатки проводились без промежуточного нагревания. После прокатки сталь была подвергнута отжигу в течение 1 часа при температуре 1423К. Затем заготовка стали были подвергнута холодной прокатке при температуре 293К, после 4 проходов суммарная истинная степень деформации составила 3. Прокатанная заготовка стали была подвергнута рекристаллизационному отжигу при температуре 873К в течение 1 часа. После представленной обработки средний размер зерен составил 0.85 мкм.

Данный пример характеризуют следующие графические материалы:

Фиг. 1– схема деформационно-термической обработки аустенитной высокомарганцевой TWIP стали, где ε - истинная степень деформации.

Фиг. 2 – микроструктура стали, подвергнутой холодной прокатке до истинной степени деформации 3 и отжигу при температуре 873К в течение 1 часа.

Пример 2. Отличающийся от примера 1 тем, что в качестве материала исследования была использована высокомарганцевая сталь Fe - 0,3%C - 22%Mn - 1,5%Al и холодная прокатка проводилась до суммарной истинной степени деформации 1.6 с последующим рекристаллизационным отжигом при температуре 973К в течение 30 минут.

Из полученных стальных заготовок были вырезаны образцы для испытаний на механические свойства, образцы вырезались вдоль направления прокатки. В таблице 1 представлены результаты механических испытаний образцов. Механические испытания на растяжения проводились по ГОСТ 1497-84 при комнатной температуре.

Таблица 1. Механические свойства и средний размер зерен аустенитных высокомарганцевых TWIP сталей, подвергнутых деформационно-термической обработке.

Способ деформационно-термической обработки Предел текучести, МПа Предел прочности, МПа Относительное удлинение до разрушения,% Средний размер зерен, мкм
Пример 1
После гомогенизационного отжига и горячей прокатки 240 690 96 24
После холодной прокатки и рекристаллизационного отжига 620 1000 62 0.85
Пример 2
После гомогенизационного отжига и горячей прокатки 235 660 67 24
После холодной прокатки и рекристаллизационного отжига 560 950 60 1.3

Таким образом, достигнута задача по разработке нового способа деформационно-термической обработки аустенитной стали с высоким содержанием марганца, алюминия и обладающей TWIP-эффектом. Предложенный способ обработки приводит к получению ультрамелкозернистой стали, отличающейся повышенными показателями прочности и пластичности.


Способ деформационно-термической обработки аустенитной стали с содержанием марганца более 15 мас.%, алюминия не менее 1,5 мас.% и обладающей TWIP-эффектом, включающий горячую прокатку стали, холодную прокатку и рекристаллизационный отжиг, отличающийся тем, что предварительно осуществляют гомогенизационный отжиг стали при температуре 1223 - 1423K в течение 2 - 8 часов с последующей ковкой при температуре 1223 - 1423K до суммарной истинной степени деформации не менее 1,2, затем проводят гомогенизационный отжиг при температуре 1223 - 1423К в течение 2-8 часов, многократную горячую прокатку в интервале температур 773 - 1423K до суммарной истинной степени деформации не менее 2, отжиг горячекатаной стали в течение 1-2 часов при температуре 1223 - 1423К и холодную прокатку при температуре 293К до суммарной истинной степени не менее 3, при этом горячую прокатку стали проводят без промежуточного её нагрева, а рекристаллизационный отжиг после холодной прокатки ведут в интервале температур 873 - 973К в течение 30-60 минут.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к металлу сварного шва, используемому для сварной конструкции. Металл сварного шва содержит, мас.%: С от 0,02 до 0,12, Si от 0,18 до 2,00, Mn от 0,90 до 2,5, Ni от 1,0 до 3,5, Cr от 0,3 до 2,0, Al 0,030 или менее (за исключением 0), N 0,015 или менее (за исключением 0), О 0,050 или менее (за исключением 0), железо и неизбежные примеси остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке аустенитной нержавеющей стали, используемой в химической промышленности. Сталь содержит, мас.%: С: не более 0,050, Si: 0,01-1,00, Mn: 1,75-2,50, Р: не более 0,050, S: не более 0,010, Ni: 20,00-24,00, Cr: 23,00-27,00, Мо: 1,80-3,20, N: 0,110-0,180, остальное - Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области черной металлургии. Для повышения прочности проката при одновременном повышении прокаливаемости, пластичности и ударной вязкости выплавляют сталь, содержащую, мас.%: углерод 0,04÷0,05, марганец 1,9÷2,0, кремний 0,22÷0,25, ниобий 0,07÷0,09, титан 0,02÷0,025, алюминий 0,025÷0,03, азот 0,005÷0,007, сера 0,001÷0,002, фосфор 0,006÷0,008, бор 0,0015÷0,002, железо - остальное, осуществляют непрерывную разливку стали в слябы, аустенизацию при 1050÷1100°С, черновую прокатку с деформацией 12÷20% в области температур рекристаллизации аустенита, чистовую - в области температур полного торможения рекристаллизации с общей степенью деформации 70÷80%, ускоренное охлаждение при температуре его завершения 350÷450°С и индукционный отпуск при температуре 620±10°С.

Сталь // 2615936
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к составам сталей, используемых в машиностроении. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,05-0,1; кремний 0,15-0,3; марганец 5,0-11,0; хром 16,0-22,0; никель 13,0-18,0; ванадий 0,5-1,5; РЗМ 0,15-0,2; кальций 0,005-0,01; барий 0,05-0,08; титан 0,4-0,8; медь 1,0-1,5; железо остальное.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения механической прочности более или равной 600 МПа и удлинения при разрыве более или равного 20% изготавливают катаный стальной лист, химический состав которого содержит, мас.%: 0,10≤C≤0,30, 6,0≤Mn≤15,0, 6,0≤Al≤15,0, и, необязательно, один или несколько элементов, выбранных из числа следующих: Si≤2,0, Ti≤0,2, V≤0,6 и Nb≤0,3, железо и неизбежные при переработке примеси – остальное, при выполнении условия: отношение массы марганца к массе алюминия .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к толстостенным стальным трубам, которые могут быть использованы для бурения или транспортировки нефти и природного газа.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при горячей прокатке конструкционных низколегированных марок стали на реверсивных станах.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к низколегированным сталям повышенной теплоустойчивости, применяемым при производстве котлов и сосудов, работающих под высоким давлением, в том числе для производства изделий объектов атомной энергетики.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению аустенитной нержавеющей нанодвойникованной TWIP стали. Выплавляют аустенитную нержавеющую сталь, содержащую, мас.%: не более чем 0,018 C, 0,25-0,75 Si, 1,5-2 Mn, 17,80-19,60 Cr, 24,00-25,25 Ni, 3,75-4,85 Mo, 1,26-2,78 Cu, 0,04-0,15 N, остальное – Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению конструкционной коррозионностойкой и хладостойкой аустенитной высокопрочной стали, используемой в машиностроении, в частности, для изготовления высокопрочных конструкций, работающих в условиях пониженных климатических температур, в том числе – в морской воде в климатических условиях Арктики и Антарктики.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению молотка для шредерной установки, и может быть использовано преимущественно в технологических процессах для измельчения металлолома марок 3АН и 5АТ.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к самозакаливаемому стальному сплаву, используемому для изготовления элементов защиты от действия ударной волны.

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.
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, в частности к производству горячекатаной стали, предназначенной для применения в сооружениях и конструкциях различного назначения в Арктике и Антарктике.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке аустенитных высокомарганцевых сталей с TWIP-эффектом, и может быть применено в автомобилестроении для производства несущих конструкций автомобиля. Для получения оптимальной комбинации прочности и пластичности стали проводят предварительный гомогенизационный отжиг слитка из аустенитной стали, содержащей в химическом составе марганец не менее 15 и алюминий не менее 1,5, при температуре 1223 - 1423K в течение 2 - 8 часов, многократную ковку слитка при температуре 1223 – 1423К с суммарной истинной степенью деформации не менее 1.2. После ковки сталь подвергается гомогенизационному отжигу при 1223 - 1423К в течение 2 - 8 часов и последующей многократной горячей прокатке при 773 – 1423К с суммарной истинной степенью деформации не менее 2. Горячекатаную сталь подвергают отжигу в течение 1-2 часов при 1223 - 1423К, холодной деформации путем прокатки при температуре 293К до суммарной истинной степени не менее 3, с последующим рекристаллизационным отжигом в интервале температур 873 - 973К в течение 30 – 60 минут. 2 ил., 1 табл., 2 пр.

Наверх