Способ термической обработки высокопрочных нержавеющих мартенситностареющих сталей

 

(72) Авторы изобретения

В. Г. Калинин, В. Г. Отрощенко и В. M.

Шкур енко (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ

НЕРЖАВЕЮЩИХ МАРТЕНСИТНО-СТАРЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при термической обработке изделий из высокопрочных нержавеющих мартенситностареющих сталей.

Ю

При изготовлении деталей из поковок и штамповок мартенситностареющих сталей для получения необходимого комплекса механических .свойств известен способ .термической обработки, включающий закалку и однократное старение при 500-580 С. Указанные температуры старения соответствуют режиму перестаривания, когда формируется структурное состояние, при котором сохраняется довольно высокий предел прочности в сочетании с достаточ.ным запасом вязкости и пластичности Я, Однако, при достигаемом в этих условиях уровне прочности значения ударной вязкости, особенно и поперечном направлении, нередко ниже требуемых для обеспечения надежной работы металла в конструкции (3 кгс м/ам .

Наиболее близким к предлагаемому является способ термической обработки высокопрочных нержавеющих мартенсит- но-стареющих сталей включающий закалку и двухступенчатое старение при 370430 С в течение 1-2 ч и при температуре на 40+ 20 С ниже температуры начала обратного eL g превращения в течение 3-6 ч (2J

Однако применение указанного способа не приводит к повышению вязкости и пластичности.

Одной из причин резкого снижения сопротивления хрупкому разрушению состаренного мартенсита является относительно неравномерное распределение частиц упрочняющей фазы в матрице и охрупчивание границ зерен из-за преимущественного выделения интерметаллидных фаз вдоль границ в процессе распада твердого раствора, Это происходит вследствие гетерогенного характера зарождения упрочняющей фазы в мартенсите при высокотемпературном

6746

87 старении, так как наличие большой плотности дислокаций облегчает процесс зарождения частиц новой фазы на этих дефектах (a том числе на малоугловых и большеугловых границах зерен и пакетов мартенсита) и ведет к более быстрому их росту по сравнению с ростом. частиц :. объеме матрицы.

Цель изобретения — повышение ударной вязкости и пластичности деталей из нержавеющих мартенситно-стареющих сталей при сохранении высокого уровня прочности.

Для достижения поставленной цели в известном способе термической обработки высокопрочных нержавеющих мартенситно-стареющих сталей, включающем закалку и двухступенчатое старение при

370-430 С в течение 1-2 ч и при температуре на 40+20оС ниже температуры начала обратного с - Я" превращения в течение 3-6 ч,нагрев стали до температуры окончательного старения произ" водят со скоростью 20-60 град/мин. В результате старения при низких температурах иэ-за более значительного пересыщения матрицы легирующими элементами движущая сила и вероятность гомогенного зарождения сегрегаций и выделений фаэ в объеме матрицы существенно возрастают. Это способствует более равномерному и с днородному распределению частиц второй фазы, а следовательно, и повышению вязкости.

Принципиальное отличие предлагаемого способа от существующего заключается в том, что после низкотемпературного старения производят нагрев со скоростью не менее 20 град/мин до температуры последующего старения.

При ускоренном нагреве низкотемпературные метастабильные выделения не успевают заметно раствориться, поэто-, му высокотемпературное старение происходит в условиях прошедшего внутри4 зеренного распада при низкой температуре с более равномерным распределением и большим числом центров для роста стабильной интерметаллидной упрочняющей фазы. Этим снижается вероятность преимущественного выделения частиц по границам зерен и пакетов мартенсита, которые повышают склонность стали к хрупкому разрушению,.В

1о результате такого изменения термической обработки за счет более равномерного и однородного распределения частиц упрочняющей фазы вязкость и пластичность мартенситно-стареющих сталей резко повышается, а уровень прочности, определяемый исключительно режимом высокотемпературного старения, сохраняется.

Пример. Проводилась термическая обработка деталей из нержавеющей мартенситно-стареющей стали 03

Х11Н10М2Т (ЭП-678). Для получения сравнительных данных использовались четыре группы эднотипныхдеталей, изготовленных из одной поковки кольца толщиной 160 мм. Закалку всех деталей проводили по режиму; нагрев на

980 С, выдержка 1 ч, охлаждение в воде. Потом одну группу деталей подо зо .вергали старению при 550 С в течение

5 ч вторую обрабатывали.по извест1 о ному способу: старение при 410 С в течение 1 ч, охлаждение на воздухе, старение при 550 С в течение 5 ч. Две остальные группы деталей обрабатыва35 ли по предлагаемому способу: старе..ние при 410 С, 1 ч,нагрев со скоро- . стью 5 град/мин для одной группы и

20 град/мин для другой до температуры старения 550 С, выдержка 5 ч. о

Во всех случаях детали после старения охлаждали на воздухе. Зйачения механических свойств определяли на образцах, вырезанных иэ деталей как . в продольном, так и поперечном направлениях. Результаты механических. испытаний приведены в таблице.

876746

ОтиосительУдарная вязкость кгс/см

ОтносительПредел текучести, кгс/мм2

Предел прочности, кгс/ммпРежим термической обработки

Способ ное сужение, Х ное удлинение, Х закалка старение

Известный

550 С 140,5 133,0 8,0

5 ч 141,0 131,5 13,5

2,6

23,0

53 0

6,8

2 980о С 4 l uoÑ

1 ч

1 ч

132,5

130,0

2,6

27,0

Охлаж8,0

141,0

140,0

Охлаж52,0 дение в воде дение на воз7,0

14,0 духе

+55;)ОС

5 ч

410 С

141,0 130,0 10,0

3,2

7,3

35,0

60,0

15,0

1 ч +на- 140,5

130,5

140,5 128,5

5,5

52,0

13,5

Предлагаемый

63,5

17,5

9,5

141,5 128,5

+образцы вырезаны в. поперечном (числитель) и продольном (знаменатель) о направлениях, температура обратного превращения 580 C. грев со скоростью

5 град/ мин до 550 С

5 ч

410оС

1 ч+ нагрев со скоростью

20 град/ мин до

550оС

5 ч

При одинаковом значении увеличения скорости нагрева с повыпением ее: величины прирост ударной вязкости при скоростях нагрева 30 град/мин и

40 град/мин равен величине порядка

11Х и 5Х.соответственно по сравнению со скоростью нагрева 20 град/мин и при 60 град/мин практически не наблюдается, Использование предлагаемого способа термической обработки обеспечивает по сравнению с известными повышение ударной вязкости и пластичнос ти в поперечном направлении в 2 раза

8767

Формула изобретения

Составитель А. Денисова

Редактор Н. Безродная Техред С.Мигунова Корректор О. Билак

Заказ 9518/34 Тираж 621 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г, ужгород, ул, Проектная, 4 при сохранении высоких прочностных характеристик, что важно для работы в условиях больяих динамических нагрузок. Использование предлагаемого способа позволяет обеспечить выгокую эксплуатационную йадежность и долговечность деталей и конструкций изготовленных из мартенситно-стареницих сталей

Способ термической обработки высокопрочных нержавеющих мартенситностареющих сталей, включающий закалку и двухступенчатое старение при

46 8

370-430 С в течение 1-2 ч и при температуре на 40"20 С ниже температуры начала обратного с) Фф превращения в течение 3-6 ч, о т л и.ч а ю щ и йс я тем, что, с .целью повышения ударной вязкости и пластичности при сохранении прочности, нагрев стали до температуры окончательного старения .производят со скоростью 20-. 60 град/мин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1.. Потак Я. М. Высокопрочные стали. M.,"Èåòàëëóðãêÿ", 1972, с. 1)5 126.

2, Бирман С. P. Экономнолегированные мартенситно-стареющие стали.М., "Металлургия", 1974, с, 168-)70,