Способ термической обработки малоуглеродистых мартенситностареющих нержавеющих сталей

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ItiI779415 (б1) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено, 0809,79 (21) 2661331/? 2-02 с присоединением заявки ¹ (51) М, Кл.з

С 21 0 1/78

С 21 0 6/00 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.1180, Бюллетень № 42 (53) УДК 621. 785..79 (088.8) Дата опубликования описания 15.1180

Н. П. IIB TQQBHMQB, С. A. Подольская, С. Л. Н атагов, В.M.IIëàòoèoâ, Н.И.Кузина, Б.M.Óñòèíoâ и С.С.Дынкина (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЛЛОУГЛЕРОДИСТЫХ

МЛРТЕНСИТНО-СТАРЕЮЩИХ НЕР>ХАВЕЮЩИХ CTAJIEII

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при термообработке малоуглеродистых хромоникелевых свариваемых нержавеющих сталей мартенситного класса, дополнительно легированных элементами, вызывающими эффект дисперсионного твердения и имеющих в структуре

15% аустенита.

Способ может быть использован, например, для стали 08Х15Н5Д2Т-ЭП410УШ (ВНС вЂ” 2УШ), содержащей медь и титан и применяемой в виде прутков, поковок, штамповок и прессованных профилей для изготовления сварных 15 конструкций летательных аппаратов без последующей термообработки и работающих в атмосферных, в том числе морских условиях эксплуатации.

Упрочняющая термообработка сило- 20 вых деталей, изготавливаемых из стали ЭП410УШ, осуществляется в элементах до сварки и включае-. операции закалки с 950-1000 С и старения при

425-450 С на прочность основного материала 6 > 125 кгс/мм (1) .

Однако сварные соединения, изготавливаемые из этой стали с термообработкой перед сваркой по указанному режиму, склонны к коррозионному рас- 30 трескиванию (,Кр) в зоне термического влияния. Это снижает эксплуатационную надежность сварных конструкций, требует тщательной дополнительной защиты, что увеличивает труд6емкость изготовления конструкций и вес изделий.

Известные способы термообработки не обеспечивают одновременного получения высокой коррозионной стойкости сварных соединений, выполненных из стали ЭП410УШ, и требуемого уровня прочностных и пластических характеристик основного металла.

Известен способ термообработки стали ЭП410УШ, включающий закалку и старение при 450, в соответствии с которым для повышения механических свойств (Сз в,бо, ) сталь перед закалкой подвергают предварительному отпуску при температуре, соответствующей альфа-гамма области (650 )(2 .

Однакб:применение этого способа не обеспечивает повышение коррозионной стойкости сварных соединений стали ЭП410УШ, поскольку старение стали

ЭП410У при 450оC соответствующей температуре наиболее быстрого и интенсивного образования обогащенных хромом изоморфных выделений типа зон

Гинье-Престон, должно сопровождаться

779415 концентрационным расслоением трведо го раствора по хрому, снижающим коррозионную стойкость нержавеющих сталей.

Ближайшим к изобретению является способ термообработки стали ЭП410УШ, включающий закалку и старение в течение 2-3 ч сначала при температуре на 100+20 С, а затем на 30+20 С йиже температуры старения на максимальную прочность, в соответствии с которым для повышения ударной вязкости !О (ан 20 ) при сохранении прочности, сталь подвергают дополнительному старению при 450 8-12 ч.

Однако этот способ также не обеспечивает повышения коррозионной стой- 15 кости, поскольку применение при окончательном старении (450 С) длительных выдержек (8-12 ч) способствует дойолнительному развитию концентрационного расслоения твердого раствора по хрому.

Исследования на промышленных планках стали ЭП410УШ выявляет неблагопринятное влияние нагревов при 420450 С не только на снижение сопротивления сварных соединений коррозионному растрескиванию К ), но и на ударную вязкость образцов с усталостной трещиной основного металла (. 1

Сни::<ение а,) может быть связано ЗО с охрупчивающим влиянием образующихся при концентрационном расслоении твердого р-ра по хрому зон типа Гинье-Престона.

В связи с этим эффект повышения 35 ударной вязкости за счет перестраивания при 450оС появляется лишь при сравнительно мягком испытании иа образцах с надрезом типа "менаже" (аН 20 ) .

При более жестком виде испытаний а положительный эффект перестраивания проявляется значительно меньТ ше, так как перекрывается протекающим одновременно на П и 1П ступенях старения (420-450 C) указанным про- 45 цессом образования и роста во времени обогащенных хромом зон ГеньеПрестона, которые никогда не теряют когерентности с матрицей и поэтому не перестраиваются. 50

Охрупчивающее влияние этих зон в наибольшей ступени проявляется на высокопрочных плавках стали с малым содержанием аустенита. В то же время 55 применение более высоких температур старения, например 500 С, а тем боо лее 560ОС, соответствующей для стали ЭП410У температуре начала обратного превращения с выдержками 8-12 ч щ сопровождается практически полным

- -раэупрочнением стали (6В < 100 кгс/мму

Цель изобретения — одновременное повышение коррозионной стойкости сварных соединений (К ) и ударной вязкости (а „ ) основного металла при сохранении прочностных характеристик.

Цель достигается тем, что в известном способе, включающий закалку, предварительное старение в течение

2-3 ч при температуре на 100+20 С ниже температуры старения на максимальную прочность и окончательное старение, последнее проводят в те чение 0,25-7 ч при температуре на

50+20 С выше температуры старения стали на максимальную прочность, а перед закалкой осуществляют отпуск при температурах, соответствующих двухфазной альфа-гамма области с выдержкой 1-6 ч например, для стали

ОХ15Н5Д2Г этот отпуск проводят при

650 670оС.

Нагрев под окончательное старение осуществляют в жидких средах.

Применение перед закалкой высокого отпуска при температурах существования с )(фаз повышает температуру рекристаллизации аустенита при нагреве под закалку и способствует наследованию сформировавшейся при горячей деформации субструктуры аустенита (BTMO).

Применение старения по этому способу сначала при 420 С, а затем при

450 С с суммарной выдержкой в районе температур концентрационного расслоения твердого раствора по хрому 1015 ч, не обеспечивает требуемой коррозионной стойкости сварных соединений (q до разрушения в камере соляного тумана должно быть не менее 60 сут), а уровень ад при этом значительно ниже, чем после обработки по предлагаемому способу.

В то же время применение более высоких температур старения, например при 500 С с минимальной выдержкой в течение 8 ч, хотя и обеспечивает высокую коррозионную стойкость и ударную вязкость, он приводит к резкому падению прочностных характеристик стали за счет интенсивного перестаривания и разупрочнения матрицы.

Температуру по предлагаеМому способу на Й в = 130+10 кгс/см осуществ2 ляют следующим образом.

1. Отпуск при 660вС 3 ч.

2. Закалка с 1000 С.

3. Предварительное старение 350+

+20 С с выдержкой 2-3 ч.

4. Окончательное старение (в печи с принудительной циркуляцией воздуха и температурным перепадом +5 C) о с выдержкой при

520-510 С 0,25-0,5 ч

500 490оС 0,5-2,0 ч

480-470 С 2,0-7,0 ч

Для обеспечения оптимального сочетания и стабильности физико-механических свойств за счет более точного соблюдения режима окончательного ста779415 рения по длине и сечению детали ,, уменьшение температурного перепада ( и времени прогрева нагрев под окончательное старение, особенно при температурах близких к верхнему пределу (520-500 C) и коротких выдержках, следует осуществлять в жидких средах (расплавах солей или щелочей).

Сравнительные данные, полученные при испытании на коррозию под напряжением в камере соляного тумана сварных соединений, выполненных сваркой плавлением и при испытании на ударную вязкость(С,с), основного металла в зависимости от уровня прочности и режима термообработки приведены в табл. 1 (сталь ЭП410УШ, количество остаточного аустенита л 6%) обобщенные данные в табл . 2.

Из приведенных данных видно, что при равной прочности более высокие значения при Кр и по с получены при более коротких выдержках и более высоких температурах старения.

Применение обработки по этому способу позволяет дополнительно увеличить в несколько раз надежность и ресурс силовых конструкций на мартенситно-стареющих сталей типа ЭП410УШ при сохранении веса деталей, что повысит качество и снизит трудоемкость изготовления иэделий.

779415 о

Г» о х

К ! о

u—Šà а

Е Г 4 т-»

Е Г 4 х о

»Г» I

t»

9й хО

Г О

x !» м

Ю м м м м

»"» сч м м сс (Ч Ю м г 1

М»с4 м г1 .. о,» м м м . г< C) ю о о сч

%» о й» й» м м м

»»

/. Ф

in й! м (т л м

»-»

A м

I о ю

»-» с-» ,-» %-»

Г4 »» с м

».»

Ql

I т» -» О ! о

Т» й»! с

»-»

1» сч м с с о со

«-» т-» ю ch гч с р Го со с

Г- й» г1 с с

»О сг> л со с Г« сг

Г о

С 4 т-» м с сч м т-» cC! с с с» г1 Г4 -» с — » с-»

»-» с-» с-»

Г с гч т-»

»» со i#I с

o co с-» с»» т-»

С4 М т-»»О

»-» «»

»-» о гч г! Ф вЂ” »»»

«.» «»

Г с

»О г ) Г т-»

in О гч а Г4 О (4 С 4 Г4

1-» с-»

Ю с м

С 4

»-» й» о

ГЧ С 4 гч м » о о с с о

Г4 М т-» со с о

Г4»1 с-» с-!»

Ю»Ч с о о

М СГ

;»

Ю с с3

М

«-» н х х х

1 1 1 в о й» м й)

»4

in й)

Г4

-o м) м

u u u о о о o o -» т.» Г 4 й» й» й4 ии о о о о со о с3 й! и о

Ю

Ю

u u о о

o o

Г СО и и о о

o o сО Г сф Г и о о

С4

u u о о ю о гч с4

+ + ч-» со ми о ио о о т со м + мu u о о иоио

О Ln0 Ю о ой» й» in м+м+

u u о о о о й» й» м ии о Q ю о й» в м сп и о

Ю м

u u о

o o м м

u u u о о о

o o o й4 я сс» м м м е

Х о. е о и о о

Ю о и о

Ю о

Ю

»-» %-» е + а (М ! !» е о о о

»d

»4 а д о е о а а

»d Е х и О о о о » о

1О 1О

Ог!»ОМ

»d х х х х

+ + + + + + + + + + х х х м 1 м м»1м г! м м о е о х

»с!!! 4-»

И о а z

»d Е х а о

»44

О Г. х о х»d а

5о о

x x а х,Х х е

rd Х

»Г! Х е Г4 ао н с! о а.

o. z х о х ц о е

5 о,о

»44 а е е о х л о е

X x х»»! х g

779415

Таблица 2

Основной металл

Сварное соединение термообработка +

+ сварка ударная вязкость с усталостной трещиной + 20, кгсм/см, по спо2 собу

Предел прочности, кгс/мм, по способу

Время до растрескивания в камере соляного тумана при напряжении 100 кгс/мм сут, по способу известному известному известному предлагаемому предлагаемому предлагаемому

60-135

122,0-136,7 120,0-1350 1,6-5,2 4,5-12,6

10-40

Формула изобретения

Составитель Г.шевченко

Техред А.Щепанская Корректор Г.Решетник

Редактор Т.Веселова

Заказ 8137 Тираж 608 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1.Способ термической обработки малоуглеродистых мартенситно-стареющих .нержавеющих сталей, включающий закалку, предварительное старение в течение 2- 25

3 ч при температуре на 100 20 С ниже температуры старения на максимальную прочность и окончательное старение, отличающийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкос- 3Q ти сварных соединений и ударной вязкости основного металла при сохране-. нии прочностных характеристик, окончательное старение проводят в течение 0 25-7 ч при температуре на

50+20 С выше температуры старения стали на максимальную прочность, а перед закалкой осуществляют отпуск при температурах, соответствующих двухфазной альфа-гамма области, с выдержкой 1-6 ч.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что отпуск стали

ОХ15Н5Д2Г производят при 650-670 С.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что нагрев под окончательное старение осуществляют н жидких средах.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Потак Я.M. Высокопрочные стали.

М., "Металлургия", 1972, с. 149.

2. Авторское свидетельство СССР

9333204, кл. С 21 Q 1/78, 1970.