Способ обработки нержавеющих сталей аустенитного и ферритного классов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1511С 21 Р 8/00 р 6/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Днепропетровский металлургический институт им, Л,И,Брежнева (72) Ю,П.Гуль, А,Н,Лещенко, В.Ю.Пилипченко и В.П.Сокуренко (53) 621.6, 785, 79 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР У 964012, кл, С 21 Р 9/50, 1982.Авторское свидетельство СССР 11) 1104172, кл, С 21 0 8/00, 1984Авторское свидетельство СССР 9 1068510, кл. С 21 П 8/00, 1984. ЯО 1421782 А(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ НЕРЖАВЕЮЩИХСТАЛЕЙ АУСТЕНИТНОГО И ФЕРРИТНОГОКЛАССОВ(57) Изобретение относится к области деформационной термической обработки стали и может быть использовано вчерной металлургии при изготовлении труб. Цель изобретения - повышение жаропрочности, термической устойчивости, упрочнения и улучшение качества поверхности путем уменьшенияслоя окалины. Сущность изобретения заключается в том, что все операции нагрева и охлаждения стали осуществляют в защитной атмосфере, а ускоренное охлаждение производят сжижен- Я ным защитным газом до температуры(-80) - (190) С с паспедуюцем раапгре- Я вом до комнатной температуры непосредственно перед пластической де" формацией. В качестве сжиженного защитного газа применяется жидкий аммиак. 1 з.н, ф-лы, 1 табл.И.-обретение относится к областидеформационной термической обработки стали и может быть использованов черной металлургии и при изготовле 5нии труб,Цель изобретения - повышение жаропрочности, термической устойчивости,упрочнения и улучшение качества поверхности путем уменьшения слоя окалины,Сущность изобретения заключаетсяв следующем,Повышение жаропрочности труб изнержавеющих сталей ферритного и аустенитного классов возможно за счетсоздания термоустойчивости дислокационной структуры, имеющей наиболееэнергетически выгодные, и потому наиболее устойчивые дислокационнгпе поверхности раздела, Такая дислокационная структура может быть создана после комплексной тецмомеханикотермичес"кой обработки, включающей нагрев до1200 - 1250 С, последующее охлаждение 25со скоростью более 100 С/с, позволяющие реализовать так называемую "вакансионную" закалку - фиксированиепри пониженных температурах определенной избыточной концентрации вакан" З 0сий которые при последующей холодной пластической деформации со степенью 20-307 облегчают переползаниедислокаций и ускоряют формированиеячеистой дислокационнай структуры сполигонгльными "убграницами, Однакоесли ускоренное охлажение производить па известному способу до комнатной температуры, то до начала пластической деформации нержавеющих сталей(особенно ферритного класса) происходит снижение концентрации вакансийвследствие их стока. В этом случаеформирование ячеистой структуры отличается неупорядоченностью, в результате чего дислокационные субграницы становятся менее устойчивыми.Кроме того, увеличивается сопротивление металла холодной деформации.Если же ускоренное охлаждение50производить по предлагаемому способудо (-80) - (1900) С, то происходит"замораживание" вакансий требуемойпересьпценности в твердом растворе.Стока вакансий не происходит и припоследующей холодной деформации образуется устойчивая дислокационнаясубструктура, стабилизируемая высоким отпуском - н результате повышаются жаропрочные свойства стали. В сталях же аустенитного и аустенитноферритного классов происходит дополнительное повьппение комплекса свойств так как при охлаждении до отрицательных температур протекает процесс превращения аустенита в мартенсит, который сопровождается фазовым наклепом, вызывающим, в свою очередь, дополнительное повышение плотности дислокаций и появление новых эакалочных вакансий, Кроме того, улучшается технологичность процесса и термическая стабильность эффекта упрочнения, так как отпадает необходимость строго регламентировать время между концом ускоренного охлаждения и началом пластической деформации, Если уско- ренное охлаждение заканчивать приотемпературе вьппе - 80 С, то не в полной мере подавляется сток вакансий, образуются менее устойчивые субграницы, ухудшаются жаропрочные свойства, Кроме того, не реализуется дополнительное повьппение комплекса свойства за счет А-М превращения, так как для большинства нержавеющих сталей аустенитного класса точка Мп находится при (-50) - (80) С. Ускоренное охлажо дение до температуры ниже -190 С не вызывает изменения свойств, однако при этом требуется специальное оборудование, усложняется технология,Разогрев иэделий (труб) до комнатной температуры непосредственно пе" ред пластической деформацией необходим для уменьшения сопротивления металла холодной пластической деформации,К качеству поверхности готовых прокатных изделий спецназначения (например, труб для ТВЭЛов) предъявляются высокие требования, в частности не допускается образование окалины. Поэтому осуществление всех технологических операций нагрев и охлаждения в защитной атмосфере, а также; уско" ренного охлаждения сжижейним защитным газом позволяет избежать окисления и угара и, тем самья, значительно улучшить качество поверхности труб.Применение жидкого аммиака в качестве охлапителя при ускоренном охлаждении позволяет достичь требуемыхо скоростей охлаждения - 100 - 150 С/с, 142 так как теплоемкость аммиака составляет 0,48 - 0,90 ккал/г град,П р и м е р. Трубы размером 8,3 ки 0,4 мм из стали ООХ 18 Н 10 (0,04 Х С)обрабатывали по известному способунагрев в камерной электропечи доа1200 С, охлаждение со скоростьюо120 С/с до комнатной температуры,пластическая деформация редуцированием через 9-10 с после окончания охлаждения с суммарной степенью обжатия 203 и отпуск при 800 С 1,5 ч,Часть труб обрабатывали также попредложенному способу. При этом всеоперации нагреваи охлаждения производили в защитной атмосфере (аммиак).Трубы нагревали до 1200 С с последующим охлаждением со скоростью 100 С/св среде жидкого аммиака до температуры (-70) - (190) С с переносом принеобходимости в ванну с жидким азотом.Время между концом ускоренногоохлаждения и началом пластическогодеформирования не регламентировали,Непосредственно перед холодным деформированием труб производили отогревих до комнатной темпераФуры, а деформацию (редуцирование) осуществлялис суммарной степенью обжатия 207 Холоднодеформированные трубы отпускалипри 800 С 1,5 ч.Трубы обработанные по известномуи предлагаемому способам, подвергалииспытанию на растяжение при 800 С,замеряли твердость после нагрева доо800 С. оценивали качество поверхности. Результаты исследований цредставленыв таблице 1.Сравнительные механические испытания труб иэ стали ООХ 18 Н 10, подвергнутых обработке по известному и предлагаемому способам, показали, что послеобработки по предлагаемому способу 17824предел прочности стали при темпера-отуре испытаний 800 С увеличиваетсяна 20 - 253 по сравнению с обработкой по известному способу, что свидетельствует о повышении жаропрочности стали.Более высокая твердость стали (после предварительного нагрева до 10 800 С), обработанной по предложенному способу, свидетельствует такжео механической стабильности упрочненного состояния при нагреве, Проведение всех операций нагрева и охлажде ния в защитной атмосфере, а такжеглубокого охлаждения сжиженным защитным газом обеспечило высокое качество поверхности труб, что особенноважно при изготовлении труб для осо" 2 п бых условий работы, например дляТВЭЛов.Формула изобретения25 1, Способ обработки нержавеющихсталей аустенитного и ферритногоклассов, включающий нагрев до 2 2001250"С, охлаждение со скоростью 100200 С/с до заданной температуры, хо лодную пластическую деформацию на 20307 и отпуск, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияжаропрочности, термической устойчивости, упрочнения и улучшения качества поверхности путем уменьшения слояокалины, нагрев и отпуск проводят в защитной газовой атмосфере, а охлаждение осу"ществляют до (-80) - (190) С с последующим отогревом до комнатной темпе ратуры, причем охлаждение проводятпутем подачи сжиженного защитногогаза.2, Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что охлаждение прово дят путем подачи жидкого аммиака,1421782 Способ Темлена слоя окалины,мкм-190 360 242 Составитель А.КулеминТехред М,Ходанич Корректор А,ляско Редактор В.Данко Заказ 4392/26 Тираж 545 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5