Способ термомеханической обработки стальных изделий

 

О П И С А Н И Е (,985080

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09 07. 80 (21) 2954779/22-02 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Кл.

С 21 О 1/74

Ркударстваклый комитет

СССР да делам нзобретелкй к атхрьплй (З) УДК 621.785..79(088.8) Опубликовано 30. 1.2. 82. Бюллетень № 48

Дата опубликования описания 06.01.83 (72) Авторы изобретения

А. С. Дресвин, В. Е. Китайский, Н. И. Крылов

Всесоюзный ордена Ленина научно-исследо и проектно-конструкторский институт мет машиностроения (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИ Й

t5 го

Изобретение относится к термомеханической обработке металлов и может быть использовано при обработке изделий из малоуглеродистых сталей.

Для конструкций, работающих в условиях низких температур, применяют . низколегированные стали, обладающие повышенной пластичностью и ударной вязкостью, однако последние легиро ваны дефицитными и дорогостоящими металлами (Ti V, Nb), вследствие чего стоимость этих сталей значительна.

Высокие показатели ударной вязкости и пластичности нелегированных сталей являются, в основном, следствием мелкозернистости, однородности и равномерности структуры стали.

Поэтому известные способы термомеханической обработки и направлены на получение такой структуры.

Известен способ термомеханической обработки стальных изделий, вклю2 чающий аустенитизацию, пластическую деформацию при этой температуре многоканальным знакопеременным изгибом с обеспечением сумму максимальных деформаций (303), паузу после деформации в течение 0,3 -0,5 с и ускоренное охлаждение в масле.

В период деформации происходит изменение формы зерен, их взаимное смещение и частичное измельчение, структура становится более однородной и плотной. В период паузы на границах деформированных зерен возникают зародыши новых зерен, которые увеличиваются в размерах за счет исходных. После достижения равенства размеров новых (растущих) и исходных (уменьшающихся) зерен начинается процесс динамической рекристаллизации, т.е. размеры зерен увеличиваются. Для фиксации определенной структуры применяют ускоренное охлаждение (1). изделия в пределах 95-3003 продол- жительность каждой паузы устанавливают;,в пределах 1-7 с, температура отпуска 300-700 С.

Оптимальная по мелкозернистости, однородности и равномерности структура, отвечающая необходимому комплексу свойств, формируется при сум ме деформаций не менее 954. Большая

10 по величине сумма деформаций при правильно выбранной паузе приводит к лучшему измельчению структуры, придает ей большую равномерность, однако при достижении определенно15 го значения (3004) эффективность

b измельчения снижается.

Деформацию осуществляют многократным знакопеременным изгибом, позволяющим достигнуть любой величи20 ны суммы деформаций изделия, без изменения размеров его поперечного сечения. Для достаточной деформации зерен по всей высоте сечения, изгиб производят с обеспечением коэффициента упругой эоны не более 0,2.

При этом возможны различные варианты распределения деформаций по стадиям. Для малых величин суммы максимальных деформаций пс стадиям. Для малых величин суммы максимальных деформаций применяют равные величины деформаций на каждой стадии.

Для больших значений суммы максимальных деформаций эфйвктивно нерав35 номерное (Убывающее) распределение деформаций по стадиям. Например, при сумме максимальных деформаций порядка 300, процесс проводят в четыре стадии со следующим распределением

40 деформаций, 4: 120» 60, 30. Во время деформаций на первой стадии происходит деформирование, смещение и частичное измельчение зерен.

После деформации следует регламенти4$ рованн я пауза. В период паузы на границах исходных деформированных зерен возникают зародыши новых, которые увеличиваются в размерах за счет исходных, При достижении равенства размеров новых (увеличива50 ющихся) и исходных {уменьшающихся) зерен, достигается наибольший эффект измельчения. Этим и определяется продолжительность оптимальной паузы.

Она находится в зависимости от различных факторов, таких как химический состав стали, температура металла во время паузы, степень предшествующего измельчения зерен и т,д. На3 98

Недостатком известного способа является неудовлетворительные показатели пластичности и ударной вязкости в применении его к обработке малоуглеродистых сталей, Известен также способ термомеханической обработки стали, заключающийся в нагреве металла до температуры аустенитизации, деформации ме талла прокаткой при этой температуре за несколько проходов (стадий), Сумма деформаций на всех стадиях сос тавляет 50-953. Затем металл .подвергают ускоренному охлаждению (2 ).

Однако этот способ не позволяет получить оптимальную равнозернистост и равномерность структуры, Наиболее. близким по технической.,, сущности к предлагаемому является способ термомеханической обработки стали, включающий аустенитиэацию, многостадийную пластическую деформацию при температуре аустенитизации с регламентированными паузами после каждой стадии, ускоренное охлажде- ние и последующий отпуск. При этом, деформацию производят прокаткой с деформациями не более 204 за проход (стадию) и суммой деформаций на всех стадиях не более 503, а отпускпри температуре 200 С. Описанный способ позволяет получить более мел" коэернистую, равномерную структуру, так как продолжительность паузы между стадиями выбирают s зависимости от класса стали и желаемых механических свойств (3 ).

Недостатком способа является неудовлетворительная пластичность и ударная вязкость при использовании его для обработки изделий из малоуглеродистых сталей, кроме малоуглеродистых сталей, легированных Nb, М и др.

Цель изобретения - повышение пластичности и ударной вязкости малоуглеродистых сталей.

Поставленная цель достигается согласно способу термомеханической обработки стальных изделий, включающем аустенитизацию, многостадийную пластическую деформацию при температуре аустенитизации с регламентированными паузами после каждой стадии, ускоренное охлаждение и последующий отпуск, пластическую деформацию осуществляют многократным знакопеременным.изгибом с обеспечением суммы максимальной деформации

5080 4

5 9850 пример, пауза длительностью 1 с предпочтительна для высоких температур и малых величин деформаций. Пауза длительностью 7 с предпочтительна для низких температур металла и больших 3 величин деформаций.

Таким образом, пауза продолжительности менее 1 с не.обеспечивает достаточного развития вновь образовавшихся зерен, Пауза более 7 с

9 приводит к снижению упрочнения ауста- нита за счет уменьшения общей плотной дислокаций, увеличения размеров .рекристаллизованных зерен, уменьшения протяженности их границ.

На следующей стадии дефориации. вновь происходит деформирование и смешение зерен уже измельченных; во время первой паузы.

Сущность-процесса измельчения зерен, происходящего во время второй паузы, та же, что и во время первой.

Однако исходными зернами в этом процессе служат уже измельченные.в первой паузы зерна. Поэтому по окончании второй паузы размеры зерен оказываются значительно меньшими, чем первичные (до .обработки).

Описанный процесс измельчения повторяется в каждой последующей стадиизю до получения необходимой мелкозернистой структуры, После этого полученную структуру. ,фиксируют ускоренным охлаждением со скоростью не .менее 50 С/с. В ре- 3$ зультате такого охлаждения сталь имеет повышенную прочность и твердость, но низкую пластичность и ударную вязкость.

Для получения высокой пластично:сти и ударной вязкости при одновременном обеспечении достаточной прочности проводится отпуск при температуре от 300 до 700 С в течение 0,252,0 ч. При температуре ниже 300 С сохраняется достигнутая прочность, Но не обеспечивается необходимая пластичность и ударная вязкость. С ростом температуры отпуска повышаются пластические свойства, но снижается прочность, а при температуре свыше 700 С пластичность возрастает: но вместе с тем значительно снижается предел прочности.

Пример 1. Лист из стали 05 кп толщиной 10 мм и шириной 2000 мм нагревают до температуры аустенитизации 960 С и деформируют при 920 С

80 б многократным знакопеременным изгибом на последовательно установленных четырех многороликовых деформирующих (правильных) машинах т.е. в четыре стадии. При этом сумма максимальных деформаций изделия на всех стадиях составляет 954, коэффициент упругой зоны 0,1, Деформации распределены по стадиям следующим образом, 3: 25, 25, 25, 20. Паузы после стадии. составляют соответственно, с: 3, 3, 2, 1 °

Затем лист подвергают ускоренному охлаждению водовоздушной смесью со скоростью охлаждения около 150 С/с.

Далее следует отпуск в печи при

300 С в течение 0,5 ч.

П р и м e p 2. Лист из стали-10 кп толщиной 8 мм, шириной 2000 мм нагре-. вают до температуры аустенитизации

970 С и деформируют при 930 С многократным знакопеременным .изгибом на трех последовательно установленных многороликовых деформирующих (пра" вильных) машинах, т.е.,s три стадии.

При этом сумму максимальных деформации за три стадии задают 3003, коэффициент упругой зоны 0,1, а деформации на каждой стадии составляют соответственно, Ж: 130, 110,и 60.

Продолжительность паузы после каждой стадии составляет, с: 7, 6, 5.

Затем лист подвергают ускоренному охлаждению со скоростью около

150 С/с и отпуску при 700 С, в течение l ч.

Пример 3. Лист из стали 20 кп толщиной 8 мм, шириной 1600 мм нагревают до температуры аустенитизации960 С, деформируют при 930 С многократным знакопеременным изгибом на последовательно установленных многороликовых деформирующих (правильных) машинах, т.е. в виде стадии.

При этом сумму максимальных деформаций за две стадии задают 1503, коэфФициент упругой зоны О, 1. Деформации на каждой стадии составляют соответственно, 3: 90 и 60. Продолжительность паузы после стадий составля- . ет, с: 5 и 4, Затем лист подвергают ускоренному охлаждению со скоростью около I50 C/ñ и отпуску при 600 С в течение I,5 ч.

Пример 4. Полосу из стали

3 сп толщино" 9,5 мм, шириной 60 мм нагревают до температуры аустенитизации 980 С и деформируют при 930 С многократным знакопеременным изги.-.

985080

Лист из стали 08ГС сф (TY 14-1-255178) -/8

Ъ40

>55

Лист из стали 09Г2ФБ ,(ТУ 14-1-2295-78) т56

6/322

-/9

1,1/1,3, 1,3/3,5

222

Горячекатанный лист, обработанный по предлагаемому способу

: 63,2 46,5

23,0 6,3/12,0 6,0/14,1

Стандартом не оговорено, значения определены при лабораторных испытаниях, формула изобретения бом на последовательно установленных четырех многороликовых правиль" ных машинах (т,е. в четыре стадии).

Сумма максимальных деформаций на всех стадиях составляет 1003, при этом на каждой стадии деформация сос-, тавляет 254, а коэффициент упругой зоны 0,03. Продолжительность пауз между стадиями 4 с.

Горячекатанный лист (ГОСТ 5521-76) 41-50 ъ 25

Как видно из приведенных в таблице данных, комплекс механических свойств горячекатанных листов из низкоуглеродистых сталей, обработанных по предлагаемому способу, соответствует требованиям, предъявляемым к листам из специальных низколегированных сталей. Это позволит применить малоуглеродистые стали, например, для изготовления труб магистральных газопроводов, работающих в условиях крайнего Севера.

Замена специальных низколегированных сталей дешевыми малоуглеродистыми дает значительный экономический эффект и составляет 12 руб, каждой тонне металла.

Затем полосу подвергают ускоренно. му охлаждению в воде со скоростью около 150 С/с и отпуску при 480 С в течение 2 ч, Механические свойства листов из стали 08Г2СФ и 09Г2ФБ, горячекатанных листов из малоуглеродистых стадей (стандартных) и обработанных по предлагаемому способу приведены 0 в таблице.

Способ термомеханической обработки стальных изделий, преимущественно малоуглеродистых, включающий аустенитизацию, многостадийную пластическую деформацию при температуре аустенитизации с регламентированными паузами после каждой стадии, ускоренное охлаждение и последующий отпуск, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности и ударной вязкости, пластическую деформацию осуществляют многократным знакопеременным изгибом с обеспечением суммы максимальной деформации 95-3003 с продолжительностью .каждой паузы 1-7 с, а отпуск осуществляют при 300-700 С.

Составитель С.Подгурский

Редактор С.Юско Техред И.Гайду Корректор У.Пономаренко

3 Тираж 5 ? Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Иосква, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

Заказ 100 филиал ПП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 9 .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР и . 606884, кл. С 21 D 7/14 . 1971

%5080

2. Авторское свидетельство СССР

М 162863, кл. С 21 D 7/14, l962..

3. Авторское свидетельство СССР и 548636, кл. С 21 D 7/14, 1975.