Способ термомеханической обработки стали ферритного класса

 

Союз Советскив

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Донолнительное к авт. свнд-ву— (22)Заявлено 18.02.81 (21) 3249694/22-02 (Sl)N. Кл.

С 21 0 9/08 с присоединением заввкн.яв—. Гвв1алрстввввыб квевтвт

CCCP

te делан язвбрпввкй н этврытнн

{23) Прноритет—. Олублнковано 15. 02. 83 Бюллетень _#_i 6 (5З) УДК 621.785..79(088.8) Дата олублнковання описания 15.02.83 (72) Авторы изобретения

Г. И, Беляева, О. С. Вольф, Б. Е. Локшин, В.А. Павлов и Г.Л. Химич

Институт металлургии Уральского научного це

АН СССР и Институт физики металлов Уральского научного центра АН СССР (7l ) Заявители (4) СПОСОБ ТЕРИОИЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

СТАЛИ ФЕРРИТНОГО КЛАССА

Изобретение относится к металлургии, в частности к термомеханической обработке окалиностойких хромистых сталей ферритного класса, и может быть использовано при производстве проката для химического и нефтяного машиностроения, автомобиле- и судостроительной, энергетической и ядерной промышленности, а также для лю-. бой другой отрасли техники, где требуются недорогие материалы с повышенной жаростойкостью и пластичностью.

Известны способы улучшения коррозионных и пластических свойств легированных сталей, не склонных к охрупчиванию. Способы включают горячее деформирование с термообработкой и без нее и повторную пластическую деформацию в области температур ниже температуры рекристаллизации. 20

Так, для повышения жаростойкости котельных сталей перлитного класса предложено теплое деформирование при температуре на 200-.300 С ниже темпе2 ратуры рекристаллиэации и относитель" ном обжатии 8-133, затем отжиг в защитной атмосфере в течение 6-10 ч (13

Однако такие условия непригодны для высокохромистой стали ферритногокласса, при малых относительных обжатиях они не.снижают дефектность стали после термообработки и не улучшают пластичность.

Для придания корроэионностойкой метастабильной стали аустенитного класса равномерного удлинения, высокой прочности, ударной вязкости, коррозионной стойкости предусматривают деформацию при температурах от 200 С до температуры рекристаллизации 2 3.

Довольно широкий температурный ин.тервал деформации и малые относитель-: ные обжатия не сохраняют стабильность поверхностных свойств и не повышают вязкость высокохромистой стали, которая требует других температурных режимов динамического разупрочнения.

3 9964

Для повышения способности нержавеющей стали феррито-мартенситного класса к глубокой вытяжке известен способ,, согласно которому горячекатаная полоса деформируется при 450-.700 С с относительным обжатием 15-50? и подвергается непрерывному отжигу (3 1.

B данном температурном интервале деформаций частично могут быть улучшены поверхностные свойства, но отно- 16 сительные обжатия для получения удовлетворительнын вязких и пластических свойств в высокохромистых сталях недостаточны.

Таким образом, выбор температуры И теплого деформирования обусловлен химическим составом стали, исходным состоянием подката. Сведения о возможности одновременного улучшения поверхностных и пластических свойств ока- 26 линостойких хромистых сталей ферритного класса теплым деформированием отсутствуют.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 25 способ термомеханической обработки стали ферритного класса, который с целью повышения ударной вязкости стали включает горячую пластическую деформацию, последующее деформирование. ЗЕ при температурах ниже температуры рекристаллизации со степенью относительного обжатия не менее 403 (4 3

Однако при известном способе деформацию рекомендуют проводить в узком интервале температур, трудно осущест35 вимом B производственных условиях.

Предложенная область температур деформации не вызывает улучшения поверхностных свойств стали. Потери металла при окислении 800-1100 С близки к

40 горячему деформированию: привес после.деформирования при 700 C составляет 0,22-1,4 мг/см, при 900-1200 СО, 2 7-1, 75 м г/см . Возможно, это связано с ростом текстурованности и плотности дислокаций в структуре после высокотемпературной деформации и термообработки. Способ разработан для исходной мелкозернистой структуры стали, требующей специальной обработки заготовок.

Данная температура деформирования для разнозернистой высокохромистой стали с условным размером зерна 40150 мм (балл 6-21 дает понижение удар-55 ной вязкости при температуре испытания минус -60ОC до 0,5 кгм/см, а после старения при 475 С s течение, 75 4

1-2 ч до 2 кгм/см (комнатная температура испытания) .

Целью изобретения является повышение окалиностойкости, уменьшение охрупчивания в области отрицательных о температур и после старения при 475 С высокох ром истой стали феррит но го класса при сохранении ее механических свойств при комнатной температуре.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термомеханической обработки стали ферритного класса, включающему горячую деформацию и последующее деформированиФ при температурах ниже температуры рекристаллизации, операцию деформирования ведут в интервале температур 0,3-0,5 температуры плавления, а затем проводят закалку от температур рекристаллизации.

Предлагаемое деформирование в интервале 350-600 (от 0,3 до 0,5 температуры плавления) в отличие от прототипа обеспечивает получение субструктуры феррита, динамически разупрочненного по I стадии возврата - отдыха. После термообработки такая структура имеет рекрясталлизованные по механизму возникновения и миграции большеугловых границ зерна неправильной формы с извилистыми границами.

Деформирование при 650-750 С (темо нература прототипа) разупрочняет высокохромистый феррит по ) I стадии динамического возврата - полигонизации.

Термообработка в этом случае дает округлые зерна, рекристаллиэованнме по механизму зародышеобразования. Деформирование выше 600 С с термообработкой увеличивает плотность дислокаций и текстурованность в стали (полюсная плотность отражения от (200 / увеличивает интенсивность в два раза), что ухудшает окалиностойкость, повышает охрупчивание в области отрицательных температур и после старения при 475ОС.

Деформирование ниже 350 С с термообработкой укрупняет зерно в структуре, что по данным промышленной технологии снижает стабильность свойств.

В данном изобретении деформирование проводят со степенью относительного обжатия 60-703, в результате чего порог хладноломкости стали снижают в 4 раза (до 60- 100 С). Дальнейшее повышение относительного обжатия увеличивает энергоза @аты при деформировании без эффективного повышения свойств. Деформирование со степенью относительного обжатия менее 603 по5 9964 нижает порог хладноломкости стали лишь в 1,5 раза (до 170-250 С).

Деформирование проведено на прокатных станах 120 и 300, механические свойства определены на разрывной ма-. шине ММ-. 4Р и МК-30,, микроструктура изучена с помощью микроскопа ЭПИТИП-2, окалиностойкость - гравиметрическим методом по ГОСТ 6130-71.

Пример 1. Трубную заготовку lO стали 15М25Т толщиной 20 мм нагревают до температуры 700 С (согласно прототипу), выдерживают 30 мин, после чего деформируют прокаткой в гладких валках со степенью относительно- 15 го обжатия 603, охлаждают на воздухе.

Затем проводят термообработку: нагрев до 780 С со скоростью 100 С/мин, выдержку - 30 мин и закалку в воде. В результате получены ударная вязкость 26 при комнатной температуре - 22; при температуре испытания минус -60 Со

0,5; после старения при 475оС, 1-2 ч7-2 кгм/см . Привес стали в этих условиях составляет 0,22 мг/см2 при И

800 С; 0,28-900 С; 0,91-1000 С и 1,3411ООС. Толщина слоя окиси хрома на поверхности после 1100 С - 10 мкм, зоны внутреннего окисления - 15 мкм.

Размер зерна полученной структуры 25- зв

30 мкм (балл 7-8 ), плотность дислокаций более 9.108. см-2.

Пример 2, Трубную заготовку стали 15Х25Т нагревают до температуо ры деформирования 600 С, относительное обжатие - 603, затем термообработка. Получают следующие свойства: ударная вязкость при комнатной температуре - 17, температуре испытания минус -60о-2,5, после старения - 412 кгм/см . Привес стали после испытания на жаростойкость в течение 3„5 ч составляет 0,18 мг/см при 800 С, 0,2-900 С, 0,57- 1000 С, 1,07-1100 С.

Толщина слоя окиси хрома 1100 С9 мкм, зона внутреннего окисления150 мкм. Размер зерна полученной структуры — 30-35 мкм (балл 7), плотность дислокаций — 8 -108 см .

Пример 3. Трубную заготовку стали 15Х25Т нагревают до температуры о деформации 350 С, относительное обжатие - 604, затем термообработка. Получают ударную вязкость при комнат- ной температуре — 15, температура испытания минус -60 С-5, после старео И ния — 8-15 кгм/см . Привес стали

0,13 мг/см 2 - 800 С, 0,23 — 900 С, 0,75 - 1000 С, 0,98 - 1100 С. Состав

75 4 защитной пленки по примеру 2. Размер зерна полученной структуры 30-35 мкм (балл 7).

Пример 4. Трубную заготовку стали 15Х25Т нагревают до температуо ры деформации 500 С, относительное обжатие - 703, затем термооб работка.

Получают следующие свойства: ударная вязкость при комнатной температуре о

15, температура испытания минус -60 С.3, после старения - 6-12 кгм/см, при2 вес стали 0,16 мг/см - 800 С, 0,22900 С, 0,6 - 1000 С 0,8 - 1100 С, Состав защитной пленки по примеру 2.

Размер зерна полученной структуры25-30 мкм (балл 7-8).

Таким образом, в интервале температур окисления 800-1100 С в течение о

3,4 ч показано увеличение привеса термообработанных образцов из стали

15Х25Т с ростом температуры деформации: О, 13- 1, 1 мг/см после 350-600 С) и 0,2- 1,4 > /« 2(700 С - прототип).

Известно, что увеличение длительности окисления до 1000 ч при 800 С этой стали сохраняет эффект торможения в диффузии элементов основы и атомов внедрения в мелкозернистой структуре за счет пониженной дефектности последней. На окисленных образцах высокохромистой стали после деформации при

350-600 С и термообработки получают более тонкие поверхностные слои окиси хрома и увеличенную в 2-10 раэ зо. ну внутреннего окисления с двуокисью титана, улучшающую сцепление наружной окалины со сталью при термоциклировании.

Установлено, что при комнатной температуре механические свойства окалиностойкой хромистой стали, прокатанной при 350-600 и 700 С и термообработанной, удовлетворяют требо" ваниям ГОСТ 9941-72, 5582-75; 5949-75 „

7350-77: предел прочности 50-54 кгс/мм, предел текучести 30-35 кгс/мм2, относительное удлинение 35-404, относительное сжатие 75-803.

Порог хладноломкости термообработанной стали 15Х25Т, деформированной при 350-600 С, составляет минус 30 С, после 700 С - около нуля. Величина а ударной вязкости при комнатной температуре 15-18 (350-600 С) и 22 кгм/см (700 С), а в области отрицательных температур испытания минус 4 0 и «6 О Со

4-6 и I кги/см 2 соответственно. ilocле выдержки 1-2 ч при 475оС ударная

9964?5 8 не наблюдается; снижает охрупчивание стали в области отрицательных температур и после старения в 1,5-5 раэ, т.е. с 2-7 до 1О- 12 кгм/см после старения и после испытаний при минус

40 и-60 С с 0,5-1,5 до 4-6 кгм/см2. формула изобретения

Составитель А. Денисова

Редактор Л. Повхан Техред Л.Пекарь Корректор М. Демчик

Тираж 566 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и.открытий

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

:Заказ 847/39 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 вязкость стали снижается до 10-12 (350-600 С) и 2- 7 кгм/см (700 С).

Предлагаемый способ термомеханической обработки окалиностойких хромистых сталей ферритного класса по сравнению с известным снижает потери металла на окисление при деформации стали и охлаждении в смотанном рулоне в 1 5 раза, т.е. 0 13-1,1 мг/см вместо 0,24- 1,5 мг/см 2 после деформи- !е рования при 700-1200 С, и повышает эффективность очистки металла от трудноснимаемой окалины. Например, для листов из высокохромистой стали длительность щелочного травления снижа- is ется с 40 до )О мин, а кислотногос 60 до 40 мин; позволяет эффективнее испольэовать иэделия из ферритной стали при высоких температурах 8001100 С, так как жаростойкость стали щ улучшается в 1,3-1,5 раза (0,131,1 мг/см в сравнении с 0,2-1,4 мг/см2 по прототипу). Кроме того, стоимость

1 т высокохромистой безникелевой стали в 2"3 раза дешевле, чем стали с .д никелем (350 р/т и 968 р/т);обеспечи-. вает хорошее качество поверхности деформированного металла. Например, брак высокохромистой стали по поверх- ностным дефектам составляет 23» а в результате теплого деформирования дефектов проката в виде трещин и рванин

Способ термомеханической обработки стали ферритного класса, включающий горячую деформацию, последующее деформирование при температурах рекристаллизации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения сопротивления окислению и стойкости к охрупчиванию, деформирование заготовок осуществляют в интервале температур 0,3-0,5 температуры плавления, а затем проводят закалку от температур рекристаллизации..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР и 663740, кл. С 21 0 9/08, 1979.

2. Патент США 11 3752709, кл. 148- 12, 1973.

3. Патент ФРГ N 2659614, кл. С 21 0 7/14, 1978.

4. Авторское свидетельство CCCP

М 333205, кл. С 21 0 8/00, 1972.