Способ термической обработки сталей аустенитно- мартенситного класса

 

«» 744041

Союз Советских °

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСУВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (51)M. Кл. (22) Заявлено 14D977 (21) 2523369/22-02

С 21 0 1/78

С,21 D 6/00 с присоединением заявки №

Государствеяный комитет

СССР яо делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300680. Бюллетень ¹ 24 (53) УДК621. 785, .79 (088. S) Дата опубликования описания 30.0680 (72) Авторы изобретения

Н.П. Петровичев, Н.И. Кузина и С.Л. Натапов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ CTAJIEA

АУСТЕН ИТНО-NAPTEHCHTHOI 0 КЛАССА

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам термообработки сталей аустеиитно-мартенситного класса.

Производственные плавки стали 5 обычно содержат не меньше 1,5—

2,0 см /100 r водорода, что достаточно для заметного повышения хрупкости.

Главной причиной гопадания водорода в металл являются шихтовые материалы 10 и среда, в которой производится выплавка стали.

Содержание водорода до количеств, не влияющих на механические свойства, можно снизить только путем ва- 15 куумирования в ковше или при разливке.

Повышенное содержание водорода в стали вызывает снижение пластичности материала центральных зон крупных по- 2Q ковок и даже„приводит к образованию трещин (флокенов). Стали, содержащие недостаточное для образования флокенов количество водорода, при охлаждении после прокатки или ковки могут 25 обнаруживать дефекты, подобные флоке нам в самом процессе испытания на разрыв (1J.

Причиной образования флокенов рас. тяжения, снижающих пластичность при 3() разрыве, является диффуэионно-подвижный водород, Десорбция водорода нэ стали вызывает исчезновение флокенов растяжения в изломах образцов и полностью .восстанавливает пластичность материала (2) .

Из образцов не большого сече Ния, охлажденных медленно в печи или на воздухе, растворенный при высокой температуре водород устраняется почти полностью до значений, соответствующих весьма малой растворимости.

Скорость выделения водорода из стали при 20 С зависит от структуры, состава стали и размеров заготовки.

Выделение водорода из аустенита о при +20 С практически не происходит. Из мартенситной и бейнитной структуры водород выделяется весьма медленно. Наибольшая скорость выделения водорода наблюдается у сталей со структурой сорбита и перлита, чем больше в стали хрома и кремния, тем меньше скорость выделения водорода-при+20 С. i

Нержавеющие стали переходного (аустенитно-мартенситного) класса, например ст. BHC-5 (1Х+5Н4АМЭ) могут иметь значительное количество (6—

744041 з

-10 см /100 r) диффузионно-подвижного водорода металлургического происхож. дения, попадающего из шлака в металл в процессе электрошлакового переплава, что вызывает хрупкость металла в термоупрочненном состоянии, которая проявляется в пониженном значении сужения площади поперечного сужения, (f) в связи с образованием флокенов растяжения и в склонности стали к замедленному разрушению.

Удаление водорода путем вакуумно1

ro переплава ст. ВНС-5 не представляется возможным иэ-за наличия в ста- ли в качестве легируюцего элемента азота, а применение обычного диффузионного отжига, проводимого при мак-. 1 симальной температуре существования с(-фазы для сталей перлитного и мартенситного классов неэффективно для сталей переходного класса в связи с наличием большого количества остаточ ного аустенита .

Известен способ термообработки сталей аустенитно-мартенситного класса по которому для повышения пластичностИ термически упрочненной стали, имеющей повышенное содержание водорода, перед упрочняющей термообработкой производят многократный нагрев до температуры карбидообразования

900-590 С охлаждением после каждой ступени до температуры окончания мар3 тенситного превращения, а затем осуществляют обеэводороживающий нагрев до температуры на 40-80 С ниже температуры начала обратного преврацения мартенсита в аустенит (3).

Многократный нагрев в интервале температур карбидообразования приводит к уменьшению количества ликвацион ных полос аустенита, затрудняющих,десорбцию диффуэионно-подвижного (ато- 4 марного) водорода, а последующий обеэводороживающий нагрев при температуре ниже начала обратного превращения мартенсита в аустенит обеспечивает десорбцию водорода без получения в процессе длительного обеэводорожйваюцего нагрева в зонах бывших ликвационных полос аустенита обратного перехода, (M g ), что способст- вует повышению эффекта обезводорожи- gp вания и восстановлению пластичности стали в термически-упрочненном состоя. нии.

d0

В то же время для повышения эффективности и сокрацения длительности процесса дЕгазации водорода, обезводороживаюций нагрев должен осущест:вляться в минимально возможных сечениях, т.е. практически в полностью механообработанных (готовых) деталях.

В соответствии с приведенным примером обеспечение смягчения стени

BHC-б под "Механообраббгну и вбвмон- " нс сть обеэводороживания в готовых деталях достигается применением в качестве последней карбидбобраэуюцей ступени нагрева при 660 С.

Использование в качестве последней ступени нагрева при 660 С выэва но необходимостью преодоления существующей трудности смягчения стали, особенно при больших сечениях заготовок, имеющей после предпоследней ступени (890 C очень высокую твердость (HRc — 39-42), обусловленную соответственно высокой легированностью твердого раствора.

Требуемое смягчение при 660 С для стали, имеющей после 890 С высокую твердость, достигается в основном эа счет получения значительного количестна стабилизированного аустенита (20-30%), образующегося в результате протекания при 660 С процесса обратного преврацения мартенсита в аустенит.

Стабилизация аустенита при 660 С, 20 находящейся внутри интервала температур обратного превращения мартенсита в .аустенит (при двухчасовой выдержке температура начала обратного преврао цения Ан,575 С, а температура окончания обратного превращения

Ак. -= 780- 790oC), связана с одно.временным существованием a(и фаэ и обогащением полученной эа счет обратного превращения ) -фазы (аустенита) никелем (и другими элементами, снижающими температуру мартенситного превращения) из исходной б -фазы (мартенсита)до определенного (критического) содержания, снижающего точку Мн полученного аустенита (20 С.

Наличие в структуре стали стабио лизированного при 660 С аустенита, обеспечивающего необходимое смягчение стали под механообработку, значительно снижает эффект последующего

О обеэводороживания механообработанных деталей.

Цель изобретения — повышение эффективности обезводороживания за счет уменьшения количества аустенита и смягчения стали под механическую обработку.

Достигают это тем, что многократный нагрев при температуре карбидообразования следует производить С верхнего интервала температур,.лежащего на 120-150 с выше температуры окончания обратного мартенситного превращения, путем последовательного снижениь температуры каждого последующего нагрева на 50-150 С вплоть до температуры, соответствующей температуре окончания обратного мартенситного превращения (т.е. выше температуры существования 2-фазной области а +у-), а перед обеэводороживающим нагревом необходимо производить дополнительный дестабилизируюций нагрев при температуре ниже температуры начала обратного мартенситного превращения с выдержкой 2-10 ч.

744041

По предлагаемому сПособ многократный нагрев стали 1Х15 МЧАМЗ осуществляют в интервале 930-780 С, а дестабилизирующий отпуск при 540

580 С.

Применение последовательного снижения температуры кароидообразующего нагрева в однофазной области существования аустенита обеспечивает одновременно интенсификацию процесса карбидообразования, более полную деста- билизацию аустенита и уменьшение исходной ликвационной неоднородности в виде аустенитных полос, а окончание процесса карбидообразования при минимальной температуре существования чисто аустенитной структуры (соответствующей температуре окончания обратного превращения мартенсита в аустенит при нагреве снизу) способствует максимальному обеднению твердого раствора легирующими элементами и минимальному значению твердости стали в закаленном состоянии (ПВс 34-36) беэ образования стабилизированного аустенита.

Применение последующего дополни- 25 тельного дестабилизирующего нагрева при 540-580 С 2-10 ч приводит к доо полнительному смягчению закаленной стали эа счет высокого отпуска предварительного обедненного легирующи- 3() ми элементами мартенсита, что обеспечивает необходимый уровень смягчения стали (HRq < 33) под механообработку Резанием,беэ стабилизации аустенита. 3S

Одновременно в результате карбидообразования при 540-570 С происходит дестабилизация и дополнительное уменьшение количества остаточного аустенита, полученного на последней ступени карбидообразующего нагрева, и, следовательно обеспечивается наиболее благоприятное структурное состояние стали перед обеэводороживающим1нагревом.

Пример выполнения термообработки

ЬИС-5 по предлагаемому способу с минимальным количеством ступеней: наt"pea до 890-9300С, 5-15 ч, охлаждение на воздухе,до комнатной температуры; нагрев до 780-790 С, 5-20 ч, охлаждение на воздухе до комнатной температуры; нагрев до 540-580 C

2-10 ч, охлаждение до комнатной температуры; механообработка (изготовление деталей); обезводороживающий нагрев при 520 С, 10-20 ч; упрочняющая термообработка íà

Сравнительные данные по эффектив- ности предварительной термообработки на свойства стали ВНС-5 по известному и предлагаемому способам приведены в таблице.

Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность обеэводороживания, обеспечить более полное удаление диффузионноподвижного водорода при одновременном сокращении цикла обработки 1(уменьшение ступеней и времени нагрева в области карбидообраэования) и обеспечить более высокую эксплуатационную надежность деталей, работающих под действием длительно приложенных напряжений.

744041

ОЪ

Ъ о

»O I ни

u ." оо х 3 ж Р» се ц н ж я ф ж р» ф о»ж

»ж Р ж о вж д,x о

ui n,1 о

e yo

xo

uxor едо

»бе ж х

Йфа!

О а ж н е о

kx а ж

m x

»6 е

Р» !6

3ж а Р»

Ю 4 ф

М о

М о

»»Ъ

Ф

Р,а

Ф I »» л»! оо с о»о

» л

»О CO с

1 а Ф lA

l Л

I л ю

° с

Оъ м

М »1»

1 а со

В ом а а лч о

О с ,о

»р а

OlA ю

Л|1

1 ж ж 0 ф Xc». н д»=(»»бо

»»» л

° с

1о О

4 х ф ж ж ж и е 0 а хо

»6 Но и Оо

0 — сч

Е о

ЦОW

Оа, Ц о оо

Ол I

Х I

1 »6 .»6 Х

Ь н

ОО

О»Р

3 О»

Ь М (Ч СЧ

lA М ъ с а о!

l а оо E E оо

0 о 1 о m . AIOO

»!Ъ < 1 ф.,O I a

I д Ф .ж1н н»6

:ц оин ое»ж р»6ж

I 1

Р» Ф

»Р»О Я. ооо о д ж цe И

»6жж д М нжо

ООР, ехо онц доо

0»0m

1 со ь м

СО (1

I оо

Ь а lA 3 lA ! о

I л

1 Г с» °

a»ф со о

ch л

1 ом с

Оъ л» о»

Л 1»

I оо ъ с ао с!»» >

I оо

Ь, с!» »А

» ъ а л» л

1 оо с а»!

ЧР (»

О!

Ъ

Г м о л л л

I а»»:» с ол м м

» о

4 х!

»О м с л сч м м

l х

0 о р m о о аа д

1 ! о с с

»:Ь м э ах с Ц

0И0 оа о до

CO Ф а

»о о и о

И

1 о

» Ф ж н ж .ое

»6»6 аа

»6 ж

33

cto x оож нно оео

Ц х жжо ххх

Фжж »фе

4»ъ» ж

Mew

Хо о о а д И ж жж о д m ж3, о жц0 ж ож н да

О m

»о Ф оонж

Zeu

neo

»ж са .оех ж 1.»

»6 ж»ж ужо

Ееж ннц

xvo

Р»»Р ецио ан"

4 D ж x ж 1

xo

1 Ф 1

x o 1 ж онееж

o»g аан а,»жйою о!а

Ре»жоц 4, фжеждо . цжео а" с

oxx жо о ао

01»»! ЦЯ4 Цол

1 I »6 фож! о ф

Мфц!4241 ф

ЕРООМЕфа аодафнж

) 1 жО лоа

М 1 1 ожфîфф

Р»цжнжжд о

4ООКа онц»о ж6, но

x o »6 e o x ж ф ажцж

3й алло 3 ен ефо

I»»I»g Х аф

Рожнами

0 Х а »»

Х о асч О

" а Х

» Ц ф

0 m

0 офоод

ХаХ ъу

Ц. Ц "Ц ф0в0ф

Оо оо 0 до до ф

CO Ф

1 I ж

»6»O lO Х

m4o I

Цф о венжо еажоф

IC1 r a X a

- ж д а x

О, »6 цо н

»»Ъ а5о

lD ж о ж а»»ъ ае

Я

»6 х

Ра aq о ф—

Ц ж ж х,ц х К д од

03m

enô

И»Р

uoz

»6жа

gxm

lx X ф цоа

Цй 3 еож

Р» И с о о ж а 6

Я и ал я ж

»бо Н а о !! О

Е Р

OIX О

x Р ж и ф 3

»ъ»6а х ж д3 ох нд о

ОфоъН о -» х до о

X 1 оо--ж

Ц +CO Н с

0uoa

Составитель Г. Шевченко

Редактор A. Соловьева Техред И. Бабурка Koppqtcropl Е. Папп

Тираж 608 "=Подйисное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3644/2

„ Филиал ппп патент, г. Ужгород, ул. проектная, 4

1 .л, 74404

«1

Формула изобретеийя" .

1.Способ термической обработки сталей аустенитно-мартенситного класса,включающий предшествующий аустениэации многократный нагрев до температуры карбидообразования с охлаждением после каждой стуйени, ниже температуры конца мартенситного превращения и последующий обезводорожнвающий нагрев до температуры на 40-80 С ниже температуры обратного мартенситного превращения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьзаения эффективности обезводороживания за счет уменьшения количества аустенита и смягчения стали под механическую обработку, многократный нагрев до температуры карбидообразожа.ния осуществляют в интервале, лежащем на 120-150 С вьаае температуры конца обратного мартенситиого превращения до температуры конца этого превраще- 20

1 - 10 ния, с понижением тЕмпературы каждого йоследующего негрева на 50-1506С, а перед обеэводороживающнм нагревом производят дополнительно дестабилизирующий отпуск при температуре ниже температуры наМала обратного мартенситного превращения с выдержкой 210 ч .

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что многократный нагрев стали 1Х15 М4АМЗ осуществляют в интервале 930- 780 С, а дестабилиэи» рующий отпуск при 540580 С.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гудремон Э. Специальные стихли, Металлургия, т. 2, М., 1966, с. 1159.

2. Металловедение и термическая обработка!металлов, 1970, Р 7,. с. 67.

3 ° Авторское свидетельство СССР

В 411138, кл. С 21 0 6/00« 1971.