Способ термомеханической обработки конструкционных сталей

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИЯЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиив

Сфциапистичесиин

Республик п 943304 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24. 05 ° 78 (21) 2619737/22-02 с присоединением заявки №(23) Приоритет

Опубликовано 15.07.82- Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 15 .07 . 82 (5! )М. Кд.

С 21 0 8/00

С 21 0 1/78

9кударетеанныМ камнтет

СССР ао делам нзобретеннй н отнрытнй (53) ЙК 621-785..79(088.8) (72) Авторы изобретения

В.А. Иалышевский, В. В. Рыбин и Л.Г. Шолтмир

; 1. . . л (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРИОИЕХАНИЧЕ СКОЙ ОБРАБОТКИ

КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к металлур-1 гии, в частности к термической обработке конструкционных сталей, обладающих эффектом вторичного твердения, и может быть использовано при изготовлении различных конструкций и деталей в машино- и судостроении с повышенным сопротивлением малоцикловым нагрузкам.

В судостроении и машиностроении для изготовления ответственных сварных конструкций и деталей, работающих в условиях повторно-статических нагрузок применяются конструкционные стали, имеющие после улучшения структуру мелкодисперсного сорбита. Эта структура обеспечивает удовлетворительный комплекс механических и усталостных свойств конструкционных сталей. Ввиду необходимости повышения ресурса работы конструкций находят применение новые конструкционные стали повышенной прочности. Однако применение более

2 прочных сталей приводит к снижению ограниченной долговечности конструкции вследствие увеличения уровня циклических напряжений (при принятых

5 равных относительных нагрузках).

Увеличение уровня рабочих напряжений обусловливает снижение работоспособности стали, что уменьшает эффективность их внедрения. о

Известен способ повышения сопротивления материала малоцикловому разрушению — создание сжимающих напряжений в зоне преимущественного зарождения трещин-с помощью методов пластической обработки 1).

Однако этот способ повышает сопротивление зарождению усталостных трещин в локальном объеме, т.е. р они носят местный характер. Кроме того не всегда можно произвести упрочняющие операции в сварных конструкциях вследствие труднодоступности мест упрочения.

9433

5О

Известен способ термомеханической обработки сталей, преимущественно низколегированных и мартенситостареющих. В отличие от существующих способов ВТИО по этому способу после горячей пластической деформации сталь повторно нагревают до температуры на 20-100оС выше АсЗ и на

70-100 С ниже температуры рекристаллизации j 2 ).

Однако существующий способ обработки не предусматривает повышения механических свойств нового класса сталей низкоуглеродистых с эффектом вторичного твердения. 35

Кроме того, повышение усталостной прочности, определяемой обычно как повышение предела усталости, не всегда равноценно увеличению стойкости материала в условиях повторностатических нагрузок, прикладываемых .с малой частотой нагружения. Для нового класса сталей с эффектом вторичного твердения, работающих при повышенных удельных нагрузках, такой режим не обеспечивает необходимых свойств. Это обусловлено тем, что оптимальные свойства сталей с эффек" том вторичного тг ердения достигают ся в результате высокого отпуска, в отличие от низколегированных и мартенситостареющих, где температура отпуска достигает 200-400oС соответственно.

Цель изобретения - повышение мало, 35 цикловой усталости путем создания

Фрагментированной структуры.

Тонкую фрагментированную структуру, упрочненную мелкодисперсными специальными карбидами, получают при высокотемпературной термомеханической обработке (ВТИО) листов с после" дующим высокотемпературным циклическим отпуском.

Поставленная цепь достигается тем, что изделия (листы) нагревают

45 и выдерживают при температуре аустенизации, которая должна быть в интервале температур Ас плюс 60-160 С и выдержке при этой температуре в течение 1,5 ч. Этот интервал температур при аустенизации обеспечивает

Ф полное растворение специальных карбидов в сталях типа 15ХН5ИФ, 15ХН10ИФА и т.п., в то время не вызывает черезмерного роста зерна.

Закалка производится от температур в в интервале 850-750 С, причем нижняя температурная граница еще гарантиру04

4 ет устойчивость аустенита вторичнотвердеющих сталей, обеспечивая оптимальную ст.руктуру и механические свойства. Основное требование к закалке - немедленное охлаждение изделия в воде по окончании прокатки во избежания выпадения карбидов по границам аустенитных зерен.

Кроме того, высокотемпературный отпуск производится при температурах на 20-40оС ниже точки Ас„, в то время, как для стали неупрочненной ВТИО, температура отпуска находится на 70-90 С ниже точки Ас .

Применение повышенных температур отпуска стало возможным прежде всего за счет того, что вторичнотвердеющие стали после ВТИО обладают более отпускоустойчивым мартенситом, в связи с чем необходима повышенная энергия активации для образования мелкодисперсных специальных карбидов в тонкофрагментированной структуре. Для обеспечения однородности структуры необходимо процесс отпуска повторить еще два раза, что приводит к полному разложению остаточного аустенита и превращению его последовательно в мартенсит после второго отпуска и затем в мелкодисперсный сорбит. Охлаждение после каждого отпуска, производится в воде. Предложенный способ обработки стали в сочетании с особенностями Фазовых превращений обеспечивает необходимую степень фрагментации тонкой структуры, увеличение плотности дислокаций и эффективное закрепление их карбидами, причем отмечается большая степень разориентировки . фрагментов кристалла во всем обьеме металла.

Опробывают следующие режимы ВТИО: нагрев пластин толщиной 50 мм до

900о 1000о и 1100оС при выдержке

1,5 ч и многократную прокатку (от

35-55 раз) до температур, соответственно 650о 700 и 800 С. Отпуск производят при 600-620 С в течение б ч с охлаждением в воду. Время выдержки между ВТИО и отпуском не более 24 ч. Из листов толщиной 15 мм вырезают образцы для определения механических свойств, ударной вязкости и для испытания на малоцикловую усталость. Испытания проводят по отнулевому циклу при относительных напряжениях, равных 0,85 от предела текучести материала. Определяют параметры микроструктуры до

5 943304 б испытания и после циклирования. Ре- шению при повторно-статических назультаты испытания приведены в таб- грузках во всем обьеме металла; повы лице (8ТМО происходит от температу- шение работоспособности стали вследры 900 С). ствие увеличения ударной вязкости

Использование предложенного спосо- ее; экономию дефицитных легирующих ба повышения малоцикловой усталости элементов. конструкционных сталей с эффектом вторичного твердения обеспечивает Изобретение может быть использопо сравнению с существующими спосо- вано для изготовления деталей, узлов бами следующие преимущества: воэ- 10 и сварных несущих конструкций в обможность достижения высокой сопротив- ласти машиностроения, судостроения и ляемости стали усталостному раэру- энергетики.

Фрагментированная структура стали 15ХН5МФ

Исходная структура стали

15ХН5МФ

Показатели

Плотность дислокации р ° 10 см

Средняя ширина фрагмента, СР

Угол ориента" ции фрагментов, Плотность дислокаций

Р.10 cv

1О

Угол разориентации фрагментов, Ф редняя ширина фраг", мента, г мкм

Без циклирования

0,4

1,95

0,2 Больше

6-8

2-3

10 После циклирования

0,250,3

2,7

1,0

18000

Число циклов до разрушения

54000 6 кгс/мм

137

133

Вод кг/мм

122,5

130

4 +10 с кгсм/см

135,Формула изобретения

Способ термомеханической обработки конструкционных сталей, преимущественно с вторичным твердением, включающий аустенизацию, пластическую деформацию и отпуск, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повйшения малоцикловой усталости, пластическую деформацию производят с температуры на 20-120ОС выше точки Ас, закалку - с температуры на

20-120ОС выше точки Ас после чего проводят многократный отпуск при температуре на 20-40 С ниже точки

7 943304 8

Ас с охлаждением в воду после каж-, 1. Авторское свидетельство СССР дого отпуска. М 390890, кл. С 21 0 1/78, 1972.

Источники информации, 2. Авторское свидетельство CCCP. принятые во внимание при экспертизе lf 558949, кл. С 2.1 0 3/14., 1975 .

Составитель Г. Шевченко

Редактор И. Бандура Техред,Ж. Кастелевич КорректорЛ. Боеиан

«««««« r

« и«

Заказ 5039/35 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

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