Способ термической обработки проката

(19) Ш) 114 С 2108 ННЫЙ НОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ГОСУДАРСТ ПО ДЕЛАМ(54) с ПРОКАТ (57) И обретской термич быть и поль прокат гаемог пов ьпп о ытяжк зобре ения(21) 420416 (22) 12.12 (46) 07,09 (71) Инстит (72) В.А. П и И,А. Ваку (53) 621,8 (56) Заявка кл. С 21 1)Заявка Я кл. С 21 0 ние относится к областибработки стали и можетвано при производстве еннои прочности, подверной штамповке с глубокойхолодной высадке. Цель повышение прочности и пластичности. Это достигается за счет выделения мелкозернистого структурно- свободного феррита и превращения в мартенсит обогащенного углеродом, равномерно распределенного в ферритной матрице аустенита. Дпя этого пос- ле аустенизации прокат охлаждают со скоростью 20-1500 град/с до 710- 550 С, выдерживают в течение 5-600 с и охлаждают до комнатной температуры со скоростью вьппе критической, которую определяют из соотношения 7мр =300/(1-Г), где Г - объемная доля аустенита в структуре стали в конце выдержки при 10-550 С. Улучшение комплекса свойств проката может бытьдостигнуто за счет предварительной холодной деформации на 20-603, нагрева до температуры Ас со скоростями 20-300 град/с и горячей пластической деформации аустенита. 2 з.п. ф-лы.Изобретение относится к термической обработке стали и может быть использовано при производстве прокатаповышенной прочности, подвергаемого5холодной штамповке вытяжкой или холодной высадке,Цель изобретения - повышение прочности и пластичности.Сущность изобретения заключается 10в том, что после аустенизации прокатохлаждают со скоростью 20-1500 С/сдо 710-550 С, выдерживают в течение5-600 с и охлаждают далее со, скоростью выше критической, определяемой 15из соотношения " -300/( 1-Г), где- объемная доля аустенита в сталив конце выдержки, В результате этогов прокате Формируется структура, состоящая иэ мелкозернистой Ферритной 20матрицы с малым содержанием примесныхатомов внедрения и регулируемого количества равномерно распределенныхв ней дисперсных участков мартенсита,обеспечивающая сочетание высокихпрочностных и пластических характеристик стали.Перед аустенизацней прокат можетподвергаться холодной деформации собжатием 20-607, а нагрев до Ас ведут со скоростью 20-300 град/с.Перед охлаждением до 710-550 Спрокат может подвергаться горячейпластической деформации.Способ осуществляют следующим образом.Прокат иэ малоуглеродистых илинизколегированных сталей нагреваютдо температур выше Ас , аустенизируют,охлаждают со скоростью 20-1500 град/с 40до 710-550 С, выдерживают при этихтемпературах в течение 5-600 с, а затем охлаждают со скоростью выше кри. тической, определяемой из соотношения 7 =300/(1-Г). 45Охххаждение от температуры аустенизации до температуры выдержки производят со скоростью, предотвращающей распад аустенита в межкритическом интервале, которая зависит отсостава стали. При распаде аустенитав межкритическом интервале температурАг -Аг образуется феррит, обогащенный углеродом и другими атомами внедрениячто обусловливает высокий предел текучести стали и повышеннуюсклонность к ее деформационному старению. Формирующиеся при последующемохлаждении участки мартенсита имеют неравноосную форму, вытянуты вдольграниц зерен Феррита и могут служитьконцентраторами напряжений, снижаядеформируемость гтали.Охлаждение от температур аустенизации со скоростью менее 20 град/снедостаточно для предотвращения выделения феррита в межкритическом интервале температур даже в низколегированных сталях. Скорость охлаждения1500 град/с достаточна для предотвращения распада аустенита в интервалетемператур Аг -Аг, как в низкопегированных, так и в малоуглеродистыхсталях, поэтому дальнейшее ее увеличение нецелесообразно, так как приведет к неоправданному росту расходаохладителя и энергетических затрат.Верхняя граница температурногоинтервала выдержек 710-550 С), обусловлена температурой Аг, большинствамалоуглеродистых и низколегированныхсталей, нижняя - минимальной температурой образования в них структурносвободного феррита хо диффузионномумеханизму. При более низких (нижео500 С) температурах выделение структурно свободного феррита подавляетсяи образуется бейнито-мартенситнаяструктура, обладающая высокои прочностью и малой пластичностью.Варьируя временем выдержки при710-550 С от 5 до 600 с, можно в широких пределах изменять соотношениеколичеств Феррита и мартенсита вструктуре стали, а следовательно, иее прочностные,и пластические свойства, Выдержки менее 5 с недостаточно для выделения необходимого количества фер 3 ита, а увеличение ее длительности свыше 600 с привело бы краспаду остающегося аустенита по перлитному механизму и снижению прочности стали.После выделения заданного количества структурно свободного феррита,определяющего пластические свойствастали, прокат охлаждают со скоростьювыше критической для предотвращенияостающегося аустенита в мартенсит.При охлаждении с меньшей скоростью встали формируется феррито-перлитнаяили феррито-бейнитная структура, чтоухудшает соотношение ее прочностныхи пластических свойств, а следовательно,и Формируемость,Критическая скорость охлаждениясильно зависит от содержания углеро 3 142 да в аустените. С уменьшением объемной доли аустенита по мере предотвращения содержание углерода в нем растет, резко снижая критическую ско рость охлаждения. Ее определяют из эмпирического соотношения Чк =300/ /(1-Г).Холодная деформация со степенями 2-60 и нагрев до температур Асэ со скоростями 20-300 град/с, а также горяЧая пластическая деформация измелчают зерно аустенита, способствуя образованию при выдержке в интервалео710-550 С и последующем охлаждении со скоростями выше Чк более мелкозернистого феррита с равномерно распределенными дисперсными участками мартенсита. Это позволяет дополнительно повысить прочностные свойства стали при сохранении высоких пластических характеристик.Холодная деформация со степенями менее 20% нецелесообразна из-за возможности попадания в интервал критических деформаций, что привело бы к ухудшению свойств из-за неравномерного развития процессов рекристалли-. зации, Деформация более о 0% нежелательна ввиду возможности возникновения необратимых дефектов, например субмикротрещин.Нагрев со скоростью менее 20 град/с ослаблял бы влияние холодной пластической деформации на размеры зерен аустенита, Увеличение скорости нагрева свьппе 300 град/с нецелесообразно, так как не усиливает положительного влияния холодной пластическойодеформации.П р и м е р 1. Прокат диаметром 6 5 мм из стали с содержанием углероУо да 0,16 . аустенизировали "при 920 С, охлаждали со скоростью 1500 град/с до .710 С, выдерживали 550 с при этой температуре, затем охлаждали со скоростью 445 град/с, (7 =. , Г=О,З300кр1-Г 7 к =430 град/с), После обработки крпрокат имел предел текучести (б) 400 МПа, предел прочности (бь) 680 МПа, относительное удлинение (1,) 20 . Уровень прочностных свойств близок к получаемым при термическом упрочнении катанки из стали 3 кп. Однако деформируемость катанки, оцениваемая по соотношению (5 ь-б,)/б;., после обработки по предлагаемому спо 1781 40 свойства болтов после холодной высадки из подката с указанным комплексом свойств составили: 6 =910 МПа,(У =1020 МПа, 8 =10что соответст,вует комплексу свойств болтов, вин 45 тов. и шпилек, изготавливаемых из стали ЗОХГСА,50. компактной температуры со скоростью 390 град/с (7 к =375 град/с при 1=0,2),кр -Свойства стали после указанной обработки составили;Й =646 МПа,оп=770 МПа, 8 =11,5 , что превосходиттребования к стали 12 Х 2 НМФА,5 10 1520 25 30 35 собу выше, чем после термического упрочнення в потоке стана (это отношение равно соответственно 0,7 и 0,2). Холодная деформация волочением с обжатием 70 . позволила получить проволоку Ф 4 мм, которая по прочностным свойствам (б, =900 МПа,(7 п =1008 МПа) превосходит арматурную проволоку класса Врпна 158 МПа, а по относительному удлинению (О, = =4,2 ) - в 1,5 раза.П р и м е р 2. Холоднокатаную с обжатием 25 . листовую сталь толщиной 1,4 мм, содержащую 0,18 . С, нагревали со скоростью 30 град/с до 930 С, аустенизировали, охлаждали со скоростью 1320 град/с до 550 С, выдерживали при этой температуре 1 О с, а затем охлаждали со скоростью 4 О град/с (при Г=0,25, 7 к =400 град/с). Полученные свойства после указанной обработки составили; б =430 МПа, бь =540 МПа, 3, =37 , и превысили по прочностным свойствам на 140 МПа (без снижения пластичности) требования, предъявляемые к тонколистовому прокату, предназначенному для холодной штамповки.П р и м е р 3, Прокат диаметром 8 мм из стали 09 Г 2 С аустенизировали при 920 С, охлаждали со скоростьюо20 град/с до 700 С, выдерживали при этой температуре 480 с, затем охлаждали со скоростью 380 град/с (при Чк =300/(1-Г)=375 град/с и Г=0,2).Свойства проката после приведенной обработки составили:б; =410 МПа,6 =770 МПа, 8 =22,8 . Механические П р и м е р 4. Листовую сталь 09 Г 2 С толщиной 3 мм подвергали горячей пластической деформации на величину 40 , охлаждали со скоростью 580 град/с до 600 С, выдерживали при этой температуре 15 с и охлаждали доП р и и е р 5. Прокат диаметром6,5 мм из стали, содержащей 0,18 И углерода, аустенизировали при 920 С,охлаждали со скоростью 1500 град/с до 6С )700 С, выдерживали при этой температуре 600 с, затем охлаждали со скоростью 400 град/с (Ч =375 град/с). После обработки прокат и .ел следующие свойства; б) =410 МПа,зп=665 МПа, 1018 И, что соответствует свойствам термически упрочненной катанки из стали СтЗкп, При этом деформируемость, оцениваемая по параметруб 5,/б =0,61, вьппе чем у катанки, тер мически упрочненной в потоке стана, для которой он равен 0,2.П р и м е р 6, Холоднокатаный лист толщиной 1,4 мм из стали с содержанием углерода 0,18% нагревали 20 со скоростью 300 град/с до 930 С, аустенизировали, охлаждали со скоростью 1350 град/с до 550 С, выдерживали при этой температуре 5 с, а. затем охлаждали со скоростью 450 град/с 25 (при:Г=О,З; 7 =430 град/с), После обработки сталь имела характеристики: 6=445 МПа,О =562 МПа, 8 =ЗОИ, что соответствует требованиям к горячекатаной листовой стали 08 ГСЮТ для глу бакой вытяжки.П р и м е р 7, Листовой прокат толщиной 3 мм из стали 09 Г 2 С подвергали горячей деформации на 20 И при 950 С, охлаждали со скоростью 35 550 град/с до 710 С, выдерживали 600 с и далее охлаждали со скоростью 420 град/с (Г=0,2, Ч =35 град/с). После указанной обработки лист имел предел текучести 6 =450 МПа, предел 40 прочности б) =720 МПа, относительное удлинение 3 =16 И, что соответствует свойствам листов из сложнолегированной стали 12 Х 2 НМФА специального назначения. 45П р и м е р 8. Листовой прокат толщиной 5,2 мм из малоуглеродистой стали, содержащей 0,19 И С, подверГали горячей деформации на 60% охлаждали со скоростью 1220 град/с до 50 550 С, выдерживали при этой температуре 5 с и охлаждали со скоростью 420 град/с (=0,2,7 =375 град/с). После обработки прокат имел свойства: 6,=425 МПа,бв =550 МПа,В =30%, что 55 превышает требования к горячекатанной листовой стали 08 ГСЮТ для глубокойвытяжки,Указанные примеры показьвают, что предложенный способ позволяет получать из малоуглеродистых сталей прокат с высокой деформируемостью и свойствами, соответствующими уровню свойств проката из низколегированной стали. Свойства проката из рядовой низколегированной стали 09 Г 2 С после обработки по этому способу отвечают требованиям кпрокату специального назначения из сложнолегированной стали .12 Х 2 НМФА.Таким образом, применение предложенного способа позволяет получить из малоуглеродистой стали Зкп арматурную проволоку с временным сопротивлением разрыву до 1000 МПа (пример 1), или лист, предназначенный для холодной штамповки с глубокой вытяжкой, по прочностным свойствам превьппающий требованиям к тонколистовому прокату из низколегированной стали (пример 2), заменить сталью 0972 С сталь ЗОХГСА при изготовлении крепежа пример 3 и сталь 12 Х 2 НМФА специального назначения (пример 4). Формула изобретения1. Способ термической обработкипроката преимущественно из малоугле-,родистых и низколегированных сталей,включающий нагрев вьппе Ас с заданнойскоростью, аустенизацию при этих температурах, охлаждение до температурниже Аг , выдержку при этих температурах в течение заданного времени,ускоренное охлаждение, о т л и ч а юш и й с я тем, что, с целью повышения прочности и пластичности, охлажодение осуществляют до 710-550 С соскоростью 20-1500 град/с, выдержкупроводят в течение 5-600 с, а даль-нейшее охлаждение осуществляют соскоростью чч=300/1-г,где 1" - объемная доля аустенита встали в конце выдержки при710-550 С.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что перед нагревомвьппе Ас прокат подвергают холоднойдеформации с обжатием 20-60 И, а нагрев осуществляют со скоростью 20300 град/с.3. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и Й с я тем, что перед охлаждениембдо 710-550 С прокат подвергают горячей пластической деформации.