Способ обработки ферритно-перлитных сталей


C21D1/78 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2629581:

Федеральное государственное учреждение науки Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова сибирского отделения Российской академии наук, ИФТПС СО РАН (RU)

Изобретение относится к металлургии, в частности к термодеформационной обработке ферритно-перлитных сталей для формирования гетерогенной структуры «субмикрокристаллическая ферритная матрица - наноразмерные карбиды». Способ обработки ферритно-перлитных сталей включает равноканальное угловое прессование при 20°C в матрице с углом 90° пересечения ее каналов, с двумя циклами прессования по маршруту «Вс» с поворотом заготовки на 90° после каждого цикла прессования. После прессования осуществляют последующий низкотемпературный рекристаллизационный отжиг в интервале температур от 250 до 450°C в течение 1 часа с охлаждением на воздухе. Технический результат заключается в повышении предела текучести, предела прочности и ударной вязкости ферритно-перлитных сталей за счет получения гетерогенной структуры «субмикрокристаллическая ферритная матрица - наноразмерные карбиды».

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к термодеформационной обработке ферритно-перлитных сталей, для формирования гетерогенной структуры «у субмикрокристаллическая ферритная матрица - наноразмерные карбиды». Данная структура обеспечивает повышение прочностных и эксплуатационных свойств стали по сравнению с необработанной сталью с крупнозернистой структурой. Изобретение может быть использовано в ответственных металлических строительных конструкциях, промышленности и машиностроении, например, при производстве высокопрочных передаточных и крепежных изделий.

Низколегированные низкоуглеродистые горячекатаные ферритно-перлитные стали широко применяются в машиностроении и промышленности в связи с их низкой стоимостью и хорошими эксплуатационными и технологическими свойствами. В экстремальных условиях Севера и Арктики России наиболее широкое применение получила конструкционная хладостойкая ферритно-перлитная сталь 09Г2С. Однако с повышениями требований к безопасности и долговечности промышленных и строительных объектов Севера и Арктики России необходимо повысить прочность используемых стальных изделий и конструкций, что требует новых технологических решений и подходов. В связи с этим актуальной задачей является структурирование ферритно-перлитных сталей для повышения прочностных свойств и ударной вязкости при отрицательных температурах.

К настоящему времени разработано множество методов повышения прочности ферритно-перлитных сталей без изменения химического состава - это термическая обработка, например закалка, отжиг и т.д., деформационная обработка - ковка, прокатка, интенсивная пластическая деформация, т.д. и их комбинации.

Известные способы получения наноразмерных и ультрамелкозернистых материалов методом равноканального углового прессования позволяют получать структуру с размером зерна около 200 нм в образцах пластичных цветных металлов и сплавов диаметром от 10 до 60 мм и длиной от 100 до 350 мм (Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 398 с.). Обычно равноканальное угловое прессование (далее РКУП) конструкционных сталей проводят при высоких температурах в интервале от 400 до 600°С с последующим отпуском при температурах от 400 до 600°С для снятия избыточных внутренних напряжений. Наиболее близкими к заявляемому способу являются: 1. Патент №2240197, МПК B21J 5/00, C22F 1/18, В21С 25/00 «Способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок» Валиев Р.З., Салимгареев Х.Ш., Рааб Г.И., Красильников Н.А., Амирханов Н.М., опубл. Бюл. №32 от 20.11.2004, в котором процесс осуществляют в следующий последовательности: деформация кручением в винтовом канале, затем РКУП, при этом заготовку дополнительно подвергают низкотемпературному отжигу для снятия внутренних напряжений. Недостатком данного способа является сложность комбинированной технологии интенсивной пластической деформации применительно к конструкционным сталям. 2. Патент №2443786, МПК C21D 8/00, C21D 1/78, В21J 5/06 «Способ обработки низкоуглеродистых сталей» Добаткин С.В., Никулин С.А., Рааб Г.И., Арсенкин A.M., Шаталина С.В., опубл. Бюл. №6 от 27.02.2012, в котором низкоуглеродистые стали с исходной бейнитной структурой подвергаются РКУП при температуре от 300 до 400°С и последующему низкотемпературному отжигу при температуре от 400 до 600°С. Недостатком данного способа являются высокие значения температуры РКУП и отжига применительно к сталям с исходной ферритно-перлитной структурой.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности и хладостойкости ферритно-перлитных сталей за счет получения уникальной структуры, состоящей из субмикрокристаллической ферритной матрицы, армированной наноразмерными карбидами.

Технический результат достигается после равноканального углового прессования при 20°С, угол пересечения каналов Ф=90°, два цикла прессования по маршруту «Вс» (поворот заготовки вдоль своей оси на 90° в одном направлении) и кратковременного низкотемпературного рекристаллизационного отжига в интервале температур от 250 до 450°С в течение 1 часа, охлаждение на воздухе.

Сущность изобретения заключается в следующем

Структура конструкционной хладостойкой стали в исходном крупнозернистом состоянии ферритно-перлитная.

После РКУП структура состоит из распределенных в деформированной мелкоячеистой ферритной матрице обособленных карбидов диаметром 0,5 мкм, средний размер ферритных областей свободных от перлита уменьшился до 5 мкм.

При низкотемпературном рекристаллизационном отжиге при температурах от 250 до 450°С происходит дальнейшее уменьшение размеров ферритных областей, продолжается процесс диспергирования карбидов, происходит их растворение с диффузией углерода в феррит, сопровождающееся сфероидизацией и более равномерным рассредоточением карбидов в ферритной матрице. Минимальный радиус карбидных частиц составил первые десятки нанометров, размер ферритных областей 2 мкм. В феррите идет формирование развитой ячеистой структуры.

Увеличение температуры нагрева выше 500°С приводит к увеличению размера зерна и снижению прочности.

Механические испытания показали, что проведение данной обработки обусловило трехкратное повышение предела текучести и предела прочности по сравнению с исходным крупнозернистым состоянием.

Способ иллюстрируется следующими примерами

Низколегированную сталь 09Г2С с ферритно-перлитной структурой подвергали интенсивной пластической деформации методом РКУП при 20°С и угле пересечения каналов Ф=90° с двумя циклами прессования по маршруту «Вс» и последующим отжигом при 350°С в течение 1 часа с охлаждением на воздухе.

Получена уникальная структура, состоящая из субмикрокристаллической ферритной матрицы, армированной наноразмерными карбидами. Минимальный радиус карбидных частиц составил первые десятки нанометров, размер ферритных областей 2 мкм.

Предел текучести σT и предел прочности σB при комнатной температуре увеличились втрое и составили соответственно 985 и 1400 МПа. При минус 40°С σTB=990 МПа. Также получено двукратное увеличение ударной вязкости KCV: ударная вязкость при 20°С повысилась до 0,45 МДж⋅м-2 против 0,22 МДж⋅м-2 в исходном крупнозернистом состоянии.

Таким образом, предложенный способ обработки низкоуглеродистых сталей позволяет значительно повысить прочность и ударную вязкость ферритно-перлитных сталей, так как в материале образуется уникальная гетерогенная структура:

«субмикрокристаллическая ферритная матрица - наноразмерные карбиды». Кроме того, изобретение позволяет значительно снизить температурно-временные параметры РКУП и термической обработки.

Способ обработки ферритно-перлитных сталей, включающий равноканальное угловое прессование при 20°C в матрице с углом 90° пересечения ее каналов, с двумя циклами прессования по маршруту «Вс» с поворотом заготовки на 90° после каждого цикла прессования, отличающийся тем, что после прессования осуществляют последующий низкотемпературный рекристаллизационный отжиг в интервале температур от 250 до 450°C в течение 1 часа и последующее охлаждение на воздухе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной толстолистовой стали, предназначенной для получения штампованных изделий. Сталь содержит, мас.%: С: от 0,15 до 0,5, Si: от 0,2 до 3, Mn: от 0,5 до 3, Р: 0,05 или менее (за исключением 0), S: 0,05 или менее (за исключением 0), Al: от 0,01 до 1, В: от 0,0002 до 0,01, N: от 0,001 до 0,01%, Ti: в количестве, равном или большем чем 3,4[N]+0,01% и равном или меньшем чем 3,4[N]+0,1%, где [N] обозначает содержание (мас.%) N, остальное железо и неизбежные примеси.

Изобретение относится к обработке стального листа перед нанесением покрытия методом погружения. Для улучшения адгезии покрытия из металла или сплава металла со стальными листами, содержащими значительное количество легко окисляемых элементов, способ включает стадию погружения движущегося листа в ванну с расплавленными окислами, имеющую вязкость между 0.3⋅10-3 Па⋅с и 3⋅10-1 Па⋅с, при этом поверхность ванны находится в контакте с неокислительной атмосферой, и расплавленные окислы являются инертными по отношению к железу.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к предсварочной термообработке компонента турбины. Способ предварительной термообработки перед сваркой компонента турбины из никелевого сплава Inconel 939 включает нагрев компонента турбины до первой температуры в диапазоне от температуры на 35°F (19,4°C) ниже температуры растворения фазы γ' и до температуры начала плавления сплава и выдержку при этой температуре, охлаждение со скоростью 1°F (0,56°C) в минуту до температуры 1900°F(±25°F) (1038±15°C) и выдержку при этой температуре, охлаждение со скоростью 1°F в минуту до температуры 1800°F(±25°F) (982±15°C) и выдержку при этой температуре.

Изобретение относится к области термической и химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из стали.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению литейной аустенитной высокопрочной коррозионно-стойкой в неорганических и органических средах криогенной стали, используемой для изготовления изделий для транспортировки сжиженных газов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционной литейной аустенитной стареющей стали, используемой в различных отраслях промышленности, в том числе для изготовления легких узлов и конструкций в транспортном машиностроении и в строительстве.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячештампованного компонента из стального листа. Лист имеет следующий химический состав, мас.%: от 0,100 до 0,340 углерода, от 0,50 до 2,00 кремния, от 1,00 до 3,00 марганца, 0,050 или менее фосфора, 0,0100 или менее серы, от 0,001 до 1,000 растворимого алюминия, 0,0100 или менее азота, остальное - железо и примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, используемому в машиностроении. Лист выполнен из стали, содержащей, мас.%: С от 0,20 до 0,42, Si от 0,06 до 0,5, Mn от 0,2 до 2,2, Cr от 0,1 до 2,5, В от 0,0005 до 0,01, О от 0,0020 до 0,020, Al от 0,001 до 0,03, Ti от 0,001 до 0,05, N 0,1 или менее, Р 0,03 или менее, S 0,02 или менее, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной толстолистовой стали, пригодной для получения штампованного изделия. Сталь содержит, в мас.%: С: от 0,15 до 0,5, Si: от 0,2 до 3, Mn: от 0,5 до 3, Р: 0,05 или менее (за исключением 0), S: 0,05 или менее (за исключением 0), Al: от 0,01 до 1, В: от 0,0002 до 0,01, N: от 0,001 до 0,01, Ti: в количестве, равном или большем чем 3,4[N]+0,01, и равном или меньшем чем 3,4[N]+0,1, где [N] обозначает содержание (мас.%) N, остальное - железо и неизбежные примеси.
Изобретение относится к области технологии обработки конструкционных материалов, в частности к поверхностному упрочнению наружной резьбы концов бурильных труб, изготовленных из титановых сплавов в составе подводно-бурового комплекса.

Изобретение относится к области электроники, в частности к микромасштабным охлаждающим устройствам таким, как микроканальные теплообменники. Изобретение заключается в том, что в канале, на одной из сторон, которая является поверхностью подложки тепловыделяющего элемента, выполнены продольные микроканавки или нанесены продольные полосы гидрофобного нанопокрытия, формирующие микроручейковые течения жидкости.

Изобретение относится к медицинской технике. Генератор биологически активного наноаэрозоля содержит проводящий корпус с диэлектрическими фланцами на торцах корпуса и со сквозными отверстиями для выхода наноаэрозоля, выполненными на боковой поверхности корпуса; диэлектрический вкладыш, запрессованный в корпус и оснащенный средством для доступа к внутренней боковой поверхности корпуса, распылительную камеру в виде полости в диэлектрическом вкладыше в форме эллипсоида, большая ось которого ориентирована вдоль оси корпуса.

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для изготовления высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) проводов нового поколения. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения высокотемпературной сверхпроводящей пленки на аморфной кварцевой подложке включает нанесение на предварительно очищенную поверхность подложки трехслойного покрытия, при этом первый слой покрытия формируют из кварца толщиной 100-400 нм методом магнетронного распыления, второй слой формируют из диоксида циркония, стабилизированного иттрием толщиной 100-300 нм, третий - из диоксида церия толщиной 150-350 нм.

Изобретение может быть использовано в производстве элементов микроэлектроники, сенсорной техники. Гольмий-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением включает марганец и серу и дополнительно содержит гольмий при следующем соотношении компонентов, мас.%: гольмий 2,5-15, марганец 47,5-35, сера 50.
Изобретение относится к травматологии и ортопедии и может быть применимо для малоинвазивной хирургической стимуляции репаративного остеогенеза замедленно консолидирующихся дистракционных регенератов в сочетании с ложным суставом длинных костей конечностей при рубцово-измененных мягких тканях.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству композиционных материалов, и может быть использовано для изготовления биметаллической проволоки из разнородных металлов.

Настоящее изобретение относится к области технологий материалов и материаловедческих и аналитических исследований. Композиция, обладающая ГКР-активностью, для определения полиароматических гетероциклических серосодержащих соединений (ПАГС) в углеводородных продуктах представляет собой хемотропный гель, содержащий полимерную матрицу с наночастицами серебра анизотропной формы с размерами 10-90 нм и частицами оксида графена с размерами 1-2 мкм.

Изобретение может быть использовано при изготовлении осветительных устройств. Сначала смешивают люминесцентные наночастицы, наружная поверхность которых покрыта двумя типами защитных молекул, с предшественником твердого полимера.

Изобретение относится к составу сырьевой смеси для строительных материалов и может найти применение при изготовлении сборных и монолитных изделий и конструкций зданий и сооружений различного назначения.

Изобретение относится к шовным композициям для стеновых плит. Шовная композиция для швов смежных стеновых плит включает нанокристаллическую целлюлозу, воду, наполнитель, связующее и загуститель, причем содержание нанокристаллической целлюлозы достаточно для улучшения сопротивления растрескиванию шовной композиции при сушке, диаметр нанокристаллической целлюлозы составляет менее чем 60 нм, содержание нанокристаллической целлюлозы составляет от 0,05 до 0,15 мас.% в расчете на общую массу композиции и содержание загустителя составляет от 0,3 до 0,5 мас.% в расчете на общую массу композиции.

Изобретение относится к области устройств для соединения деталей из легких металлов, например алюминия. В устройстве используется принцип непрерывной экструзии с возможностью добавления проволоки присадочного металла в канавку, разделяющую детали, подлежащие присоединению.

Изобретение относится к металлургии, в частности к термодеформационной обработке ферритно-перлитных сталей для формирования гетерогенной структуры «субмикрокристаллическая ферритная матрица - наноразмерные карбиды». Способ обработки ферритно-перлитных сталей включает равноканальное угловое прессование при 20°C в матрице с углом 90° пересечения ее каналов, с двумя циклами прессования по маршруту «Вс» с поворотом заготовки на 90° после каждого цикла прессования. После прессования осуществляют последующий низкотемпературный рекристаллизационный отжиг в интервале температур от 250 до 450°C в течение 1 часа с охлаждением на воздухе. Технический результат заключается в повышении предела текучести, предела прочности и ударной вязкости ферритно-перлитных сталей за счет получения гетерогенной структуры «субмикрокристаллическая ферритная матрица - наноразмерные карбиды».

Наверх