Способ термической обработки мартенситных нержавеющих сталей,легированных молибденом

 

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1 11670622

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19.01.77 (21) 2443580 22-02 с присоединением заявки № (51) М. Кл,"С 21D 6/00 (43) Опубликовано 30.06.79. Бюллетень ¹ 24 (53) УДК 621.785.79 (088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 30.06.79 (72) Авторы изобретения

Г. П. Федорцов-Лутиков, Ю. А. Зотьев, С. С. Орел, Н. Ф. Меньшова, А. И. Тарновский и А. М. Глебова

Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАРТЕНСИТНЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ, ЛЕГИРОВАННЫХ

МОЛИБДЕНОМ

ГосудаРственный комитет (23) Приоритег

Изобретение относится к области термической обработки стали и изделий, в частности к способам термической обработки мартенситных нержавеющих сталей, легированных молибденом, и изделий из них.

Известен способ термической обработки мартенситной нержавеющей стали

Х16Н5М1, включающий закалку с 1000 С

30 мин в масле или на воздухе и отпуск в

2 этапа: первый этап при 750 С 1 ч, охлаждение на воздухе; второй этап — при 450—

550 С 1 ч, охлаждение на воздухе. Такой способ обеспечивает более высокую по сравнению с обычной термообработкой прочность стали при практически неизменной величине относительного удлинения при испытании на одноосное растяжение и незначительном уменьшении ударной вязкости стали (1).

Недостатком такого способа термической обработки мартенситной нержавеющей стали является нестабильность механических свойств стали и повышение ее склонности к хрупкому разрушению в результате длительной выдержки при температуре 250—

400 С.

Наиболее близким к предлагаемому является способ термической обработки мартенситной нержавеющей стали ОЗХ11Н10М2, включающий закалку с температур 900 С

1 ч, охлаждение на воздухе и отпуск в два этапа: первый этап ведут при температуре

500 — 650 С 2 ч, охлаждение на воздухе; второй этап проводят при 400 С 20 ч, охлаждение на воздухе (2).

Однако такой способ также не обеспечивает стабильность механических свойств мартенситной стали нержавеющей, легированной молибденом, и ее удовлетворитель1ð ное сопротивление хрупкому разрушению в результате длительной выдержки при повышенных (250 — 400 С) температурах (рабочих температурах корпусов и внутрикорпусных устройств атомных энергетических

15 реакторов: рабочих колес газодувок, компрессоров и дымососов и т. п.).

Причиной нестабильности механических свойств мартенситной нержавеющей стали, легированной молибденом, и повышения ее склонности к хрупкому разрушению является выделение в процессе длительной выдержки этой стали при повышенных (250—

400 С) температурах R-фазы, содержащей молибден, и когерентно связанной с матрицей Cr-фазы, возникающей в результате расслоения твердого раствора по хрому.

Высокодисперсное состояние этих фаз ведет к снижению пластических и вязкостных свойств стали, к увеличению ее склонноЗр сти к хрупкому разрушению. Наиболее ин670622

Таблица 1

Механические свойства

Показатель стабильности, Показатель стабильности, Показатель стабильности, Способ термической обработки стали

Отиссительное удлинение, а %

Предел текучести, 0,2 кгс/ммс

Предел прочности, аи, кгс/ммс 0,2стар 0,2исх с0,2исх Х 100%

a — с

"стир иисх исх — cr: р „сх Х 100% исх X 100 аа

Известный способ:

12,5

3I,8

8,2

22

88

98

106

Предлагаемый способ: закалка 900 С 1ч, отпуск

530 С 2ч, охлаждение со скоростью 200 /мии, нагрев со скоростью 150 мии, 475 С 20ч

5,0

1,0

101

89

3 тенсивное изменение свойств стали наблюдается после первых 1500 — 2000 ч старения в интервале температур 300 †4 С.

Целью изобретения является повышение стабильности механических свойств стали 5 и снижение ее склонности к хрупкому разрушению в результате длительной выдержки при температурах 250 — 400 С.

Для достижения поставленной цели в предлагаемом способе термической обра- 10 ботки мартенситной нержавеющей стали, легированной молибденом, включающем закалку, предварительный и окончательный отпуск с охлаждением до комнатной температуры после каждого из них, причем ох- 15 лаждение с температуры второго этапа отпуска ведут на воздухе, первый отпуск ведут при температуре, на 20 — 80 С превышающей температуру обратного мартенситного превращения, охладение с этих темпе- 20 ратур до комнатной и нагрев до температур второго этапа отпуска проводят со скоростью 100 — 1000 в минуту.

На первом этапе отпуска стали происходит выделение частиц молибденсодержащей 25 фазы типа Fe2Mo, что снижает пересыщение твердого раствора молибденом и исключает возможность выделения охрупчивающей R-фазы. Наряду с этим растет количество аустенита, что повышает пластические З0 и вязкостные свойства стали. Ускоренное охлаждение стали с температуры первого этапа отпуска со скоростью 100 — 1000 /мин позволяет подавить процессы выделения мелкодисперсных частиц Сг-фазы в зоне температуры 400 †3 С, наиболее опасных вследствие когерентности выделяющихся частиц с матрицей стали. Охлаждение и закалка 900 С 1ч, отпуск

500 С 2 ч, охлаждение иа воздухе 400 С 20 ч

4 нагрев стали со скоростью, меньшей

100 /мин, не дает желаемого эффекта, охлаждение со скоростью, большей 1000 /мин, практически труднодостижимо в реальных производственных условиях.

Второй этап отпуска приводит к развитию процесса расслоения твердого раствора на фазы, обогащенную и обедненную хромом (явление, с которым связывают

475 С-ную хрупкость высокохромистых сталей). В результате второго этапа отпуска выделяются более крупные частицы Сг-фазы, некогерентно связанные с матрицей стали, что повышает прочностные свойства стали, не оказывая на нее охрупчивающего влияния.

После проведения термической обработки по предлагаемому способу сталь имеет стабилизированную структуру и фазный состав, и длительная выдержка в интервале температур 250 — 400 С не приводит к изменению механических свойств стали и росту ее склонности к хрупкому разрушению. Предложенный способ был опробован на стали марки ОЗХ11Н10М2, для которой первый этап отпуска проводят при температурах 510 — 570 С и охлаждение с этих температур до комнатной и нагрев до температур второго этапа отпуска ведут со скоростью 150 †2 /мин; а второй этап отпуска проводят при температурах 450 †4 С, охлаждение на воздухе.

Результаты испытаний стали

03Х11Н10М2, обработанной по предлагаемому и известному способам, приведены в табл. 1 и 2 (в числителе — свойства стали до старения, в знаменателе — после старения при 360 С 2000 ч).

670622

Таблица 2

Склонность к хрупкому разрушению

Показатель стабильности, Показатель стабильности, Ударная вязкость, Относительное

Нормированная стрела

Критическоее раскрытие трещины, >-„. 10 - мм

Показатель стабильности, Показатель стабильности, оттисх ттстар а исх аi стар аи кгсм, см сужение, о

9ист:С тстор

= уисх = отстар а„,,„X 100 % f исх Х 100 о прогиба =тт =туисх > 100 о, оту исх Х 100 о

Известный способ

31,7

20,5

14,0

55,0

7,50

2,44

0,40

О,IS

21,4

67,5

Предлагаемый способ

0,38

0,36

5,3

3,7

7,32

7,03

18,7

18,0

4,0

Составитель Г. Шевченко

Техред А. Камышникова

Редактор 3. Ходакова

Корректоры: Е. Осипова и Л. Орлова

Заказ 1137/5 Изд. № 410 Тираж 658 Подписное

НПО и»Поиск» Госуда|рственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Предлагаемый способ термической обработки мартенситных нержавеющих сталей, легированных молибденом, позволяет эффективно использовать этот конструкционный материал для изготовления особоответственных изделий энергетического машиностроения, работающих при повышенных температурах, где должна быть исключена возможность хрупких разрушений (для корпусов и внутрикорпусных устройств атомных энергетических реакторов, корпусов и рабочих колес газодувок и т. п.).

Формула изобретения

Способ термической обработки мартенситных нержавеющих сталей, легированных молибденом, включающий закалку, предварительный отпуск при температуре выше температуры обратного мартенситного превращения с последующим охлаждением до комнатной температуры и окончательный отпуск с охлаждением на воздухе, отличающийся тем, что, с целью по5 вышения стабильности механических свойств и снижения склонности стали к хрупкому разрушению при температурах

250 — 400 С, предварительный отпуск ведут при температуре, на 20 — 80 С превышаю10 щей температуру обратного мартенситного превращения, охлаждение до комнатной температуры и нагрев под окончательный отпуск производят со скоростью 100—

1000 в минуту.

15 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. DEW, Technische Вег1сЫе, 1973, т. 13, ¹ 2, с 119 — 122.

2. Отчет ЦНИИТМАШ по теме А11, 1973.