Способ термомеханической обработки микролегированных сталей

Изобретение относится к области металлургии. Для получения однородной ультромелкозернистой феррито-перлитной структуры с высоким комплексом механических свойств при сокращении времени обработки и энергозатрат способ включает нагрев заготовки со скоростью от 0,01 до 50°С/с до температур Ас3±15°С, единичную деформацию со степенью 40-50% или две деформации по 20-30% с междеформационной паузой не более 5 с при температуре Ас3±15°С и скоростью деформации 0,1-50 с-1, охлаждение. 3 пр.

 

Изобретение относится к области термомеханической обработке (ТМО) микролегированных сталей и может быть использовано в металлургии и машиностроении.

Известны способы термомеханической обработки сталей, позволяющие повысить комплекс механических свойств изделий [Гуляев А.П. Металловедение. - Рипол Классик, 1986; Бернштейн М.Л. Термомеханическая обработка металлов и сплавов. - 1968]. Для этого заготовку нагревают до температуры аустенитизации, затем пластически деформируют в определенном температурном диапазоне, далее проводят закалку и отпуск. Однако этот способ не гарантирует получение однородной ультрамелкозернистой феррито-перлитной структуры металла с высоким комплексом механических свойств у микролегированных сталей, кроме того, указанный способ имеет много технологических операций, что делает его очень энергозатратным.

Наиболее близким, выбранным за прототип, является способ термомеханической обработки стальных изделий [RU 2060282 С1 от 20.05.1996]. Способ включает следующие операции:

- нагрев со скоростью выше 50°С/с до температур от Аc1 до Ас3+200°С,

- деформацию прокаткой со степенью 45-80%,

- для доэвтектоидных сталей деформацию ведут при температуре конца прокатки выше межкритического интервала, а для эвтектоидных и заэвтектоидных сталей - выше Ar1,

- ускоренное охлаждение осуществляют с получением мартенситной структуры или продуктов распада аустенита,

- отпуск изделий проводят путем одно- или многократного циклического скоростного нагрева.

Недостатками способа являются: не получить у микролегированных сталей однородной ультрамелкозернистой феррито-перлитной структуры металла с высоким комплексом механических свойств, скорость нагрева заготовки выше 50°С/с недостижима при нагреве крупногабаритных слябов при листовой прокатке, степень деформации выше 50% недостижима при горячей прокатке толстого листа на широкополосных станах, большое количество технологических операций приводит к большим временным и энергозатратам.

Технической проблемой является получение микролегированных сталей с однородной ультрамелкозернистой феррито-перлитной структурой с высоким комплексом механических свойств при сокращении времени обработки и уменьшении энергозатрат.

Для решения проблемы предложен способ термомеханической обработки микролегированных сталей, включающий следующие операции:

- нагрев заготовки со скоростью от 0,01 до 50°С/с до температур Ас3±15°С (Ас3 - температура конца превращения феррита→аустенит);

- единичную деформацию со степенью 40-50% или две деформации по 20-30% с междеформационной паузой не более 5 с при температуре Ас3±15°С и скоростью деформации 0,1-50 с-1;

- последующее охлаждение, например, на воздухе или в воду до комнатной температуры.

Нагрев металла со скорость от 0,01 до 50°С/с до температуры Ас3±15°С приводит к образованию мелкого зерна аустенита при полиморфном превращении феррит→аустенит, а единичная деформация со степенью 40-50% или две деформации по 20-30% с междеформационной паузой не более 5 с, которой не достаточно для протекания процессов разупрочнения, именно при температуре Ас3±15°С и скоростью деформации 0,1-50 с-1 приводит к значительному накоплению деформационного упрочнения (упругой энергии дефектов кристаллического строения) во время пластической деформации за счет скачка модуля упругости у железа и сталей при температуре Ас3±15°С, что значительно увеличивает количество центров зарождения при фазовом превращении во время охлаждения, что в совокупности приводит к формированию в микролегированных сталях однородной ультрамелкозернистой феррито-перлитную структуры металла с высоким комплекс механических свойств: пределом текучести σт, временным сопротивлением σв и относительным удлинением δ5. Высокий уровень механических свойств сталей напрямую связан с их структурным состоянием и, как и структура, зависит от температуры, степени и скорости деформации, накопленной деформации. Таким образом, совокупность отличительных признаков является необходимой и достаточной для решения поставленной задачи.

Пример 1. Термомеханическую обработку проводили на микролегированной стали 17Г1С-У. Образцы нагревали до температуры Т=910°С со скоростью 0,01°С/с, далее металл деформировали прокаткой за два прохода со степенью деформации в каждом 20%, 25%, 30% соответственно и скоростью деформации с-1, с-1, с-1 соответственно, время паузы между проходами составляло 2 с, 3 с и 5 с соответственно, температура конца прокатки составила Т=900°С. После деформационное охлаждение проводили на воздухе до комнатной температуры. В результате выполненной ТМО в прокатанном металле сформировалась однородная ультрамелкозернистая феррито-перлитная структура со средним размером зерна феррита 5-6 мкм (фиг. 1) и комплексом свойств, соответствующим требованиям по классу прочности 390 согласно ГОСТ 19281-2014 «Прокат повышенной прочности» при значительно более высокой пластичности: σт=406 МПа, σв=518 МПа, δ5=35%.

Пример 2. Термомеханическую обработку проводили на микролегированной стали 17Г1С-У. Образцы нагревали до температуры Т=915°С со скоростью 50°С/с, далее деформировали прокаткой со степенью деформации ε=40% и 50% за один проход и скоростью деформации с-1, с-1, с-1 соответственно, время паузы между проходами составило 2 с, 3 с и 5 с соответственно, температура конца прокатки составила Т=905°С. Последеформационное охлаждение проводили на воздухе до комнатной температуры. В результате выполненной ТМО также сформировалась однородная ультрамелкозернистая феррито-перлитная структура металла со средним размером зерна 5-6 мкм (фиг.2) и комплексом свойств, соответствующим требованиям по классу прочности 390 согласно ГОСТ 19281-2014 «Прокат повышенной прочности» при значительно более высокой пластичности: σт=418 МПа, σв=522 МПа, δ5=39%.

Пример 3. Обработку осуществляли так же, как в примере 2, однако нагрев образца проводили со скоростью 1°С/с, а последеформационное охлаждение проводили в воду до комнатной температуры для увеличения дисперсности второй фазы. В результате выполненной ТМО сформировалась ультрамелкозернистая феррито-перлитная структура металла, со средним размером зерна 5 мкм (фиг. 3), ускоренное охлаждение привело к увеличению дисперсности второй фазы. Механические свойства полученного проката: σт=418 МПа, σв=601 МПа, δ5=26%.

На примере горячей прокатки показано, что из исходно литой структуры металла после проведения предлагаемого способа ТМО получена однородная ферритно-перлитная структура со средним размером зерна феррита ~5-6 мкм и высоким комплексом механических свойств. По сравнению с прототипом в представленных условиях формируется средний размер зерен феррита в два раза меньше, уровень механических свойств на 10-15% выше, кроме того, отсутствие дополнительной операции в виде отпуска сокращает время обработки и энергозатраты на производство продукции.

Таким образом, предлагаемый способ ТМО формирует ультрамелкозернистую структуру металла, значительно повышает уровень механических свойств микролегированных сталей, сокращает время и уменьшает энергозатраты на обработку. Указанный способ ТМО может применяться для любых процессов обработки металлов давлением, например прокатки, ковки, штамповки, волочения и др., и в особенности может быть рекомендован для применения на совмещенных литейно-прокатных комплексах.

Способ термомеханической обработки заготовки из микролегированной стали, включающий нагрев заготовки до температуры аустенитизации и ее деформацию с последующим охлаждением, отличающийся тем, что нагрев заготовки проводят со скоростью от 0,01 до 50°C/с до температуры Ас3±15°C, а затем со скоростью деформации 0,1-50 с-1 проводят единичную деформацию со степенью 40-50% или две деформации по 20-30% с междеформационной паузой не более 5 с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении прутка из труднодеформируемого сплава на основе хрома. Для повышения качества прутка, снижения шероховатости поверхности и измельчения структуры получают слиток из сплава, содержащего, мас.%: Ni 31-35, Ti 0,05-0,3, V 0,1-0,4; W 1-3, примеси - не более: О 0,08, N 0,04, Si 0,1, Al 0,06, Fe 0,5, Σ(Al+Si) - 0,2, Cr - остальное, слиток подвергают гомогенизирующему отжигу путем нагрева до температуры 1100-1200°С в вакуумной печи при давлении 0,1-1,0 Па, выдержке и охлаждению до температуры цеха.

Изобретение относится к устройствам для термосиловой обработки маложестких осесимметричных деталей типа «вал». Устройство содержит стапель и соединенный со стапелем резьбовой механизм фиксации обрабатываемой детали в виде двух опорных крышек с отверстиями, в которых установлены цилиндрические тяги с резьбой.

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.
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 может быть использовано для упрочняющей обработки наплавленной быстрорежущей стали при изготовлении биметаллического инструмента. После механической и термической обработки заготовки корпуса инструмента осуществляют дуговую наплавку при токе от 50 до 56 А и напряжении дуги от 5 до 6 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока и образованием наплавленного слоя толщиной от 1 до 2 мм. После наплавки выполняют ускоренное охлаждение с помощью медных пластин, приложенных к корпусу заготовки инструмента. Проводят упрочняющую чеканку наплавленного металла с энергией удара от 6 до 7 Дж фасонным бойком. Осуществляют локальный отпуск наплавленной быстрорежущей стали и металла зоны термического влияния (ЗТВ) при температуре от 520 до 540°С. Способ позволяет увеличить твердость и прочность металла ЗТВ, повысить износостойкость режущей части биметаллического инструмента, а также уменьшить энергозатраты на его изготовление. 2 ил., 9 пр.
Наверх