Способ обработки аустенитных нержавеющих сталей

(51)5 С 21 О 6 ПРИ ГКНТ СССРОП ИСАНИ ЗОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОС НЕРЖАВЕ (57) Изобр обработке темы Ре-С степенью тем охлаж Обратное после хол 650 С, 1 та сверхпластичнос Г. ФархутдиновСиницына ство СССРО, 1974,од бл 6/00, 1988.ьство СССР/00, 1988. Изобоетение относится к металлургии и может быть использовано при обработке давлением аустенитных нержавеющих сталей системы Ре-Сг-М для изготовления высоконагруженных конструкций,Аустенитные нержавеющие стали, обладающие коррозионной стойкостью, широко применяются для работы в агрессивных средах. Однако они термически не упрочняются и их применение в высоконагруженных конструкциях ограничено невысокими значениями предела прочности ( (тв = 600- 800 М Па) и текучести ( ст о 2 = 250-400 М Па). Повышение прочностных характеристик сталей данного класса позволяет расширить область их применения, заменить ими дорогостоящие высокопрочные стали,Известен способ обработки метастэбильной аустенитной стали 16 СгМ, заключающийся в деформации при комнатной температуре со степенью я = 93% и последующем отжиге при 800-900 К в течение 5-10 мин. При холодной деформации из ме(Л 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ(71) Институт проблемметаллов АН СССР(56) Авторское свидетелМ 492563, кл. С 21 О 8/Заявка ЯпонииМ 53-71619, кл, С 21 ОАвторское свидетел1 ч. 1397507, кл, С 21 О 6 ОБ ОБРАБОТКИ АУСТЕНИТНЫХ ЮЩИХ СТАЛЕЙетение относится к металлургии и давлением, Сущность: сталь сисг-К деформируют при 1000% со г 60% и закаливают в воде, задают при 196 С и деформируют,а-у-превращение проводятной деформации при 630 тастабильного аустенита образуется мартенсит деформации, который при последующем нагреве претерпевает а - у-превращение, В результате такой об 1работки формируется структура с среднимю размером зерен аустенита 0,5 мкм и предел текучести повышается до ст о 2 = 700 МПа.Однако такая обработка неприменима к Ы стабильным аустенитным сталям, темпера д тура образования мартенсита деформациифь. которых, как правило, , лежит в областиСО отрицательных температур. Кроме того, не достигается существенного повышения прочности свойств.Известен способ обработки стабильных аустенитных сталей, заключающийся в обработке стали на твердый раствор при 1140 С в течение 1,5 ч, охлаждении в воде, последующем охлаждении в жидком азоте (-196 С) и деформации до получения 80% мартенсита, старении при 400 С в течение 2 ч, При такой обработке достигается высо 3 173348575 кг/мм; д= 25-30 ; ф= 65-70,ан = 7 кгм/см .2Недостатком известного способа является также высокая температура обратногопревращения, при которой происходит и рекристаллизация, что не обеспечивает сохранения прочности на достаточно высокомуровне.Цель изобретения - повышение преде 0 ла прочности и текучести за счет полученияоднородной субмикронной структуры аустенита в сталях системы Ее-Сг-й,Поставленная цель достигается тем, чтозаготовки предварительно деформируют в5 изотермических условиях при 900-1000 С состепенью не менее 60 ф и закаливают в водупосле прекращения деформации, затемпроводят охлаждение при -196 С и деформацию, при этом образуется мартенсит деформации, обратное а - у-превращениепроводят непосредственно после холоднойдеФормации при 630-560 С,Предлагаемый способ позволяет получить структуру аустенита со средним размером зерен 0,1-0,3 мкм с пределомпрочности сЪ 1500 МПа, текучести ст оц1400 МПа.Проведение горячей деформации какспособа подготовки мелкозернистой микроструктуры для повышения пластичности припоследующей сверхпластической деформации в технике известно, Этот температурный интервал соответствует областипротекания динамической рекристаллизации в аустенитных сталях, в результате формируется мелкозернистая (10 мкм)ми кроструктура. Одна ко сочета н и е горячейдеформации с закалкой со штампа и холодной деформации при отрицательных температурах позволяет получитьвысокодисперсный "бесструктурный" мар.- тенсит, последующий нагрев которого приводит к формированию субмикроннойструктуры аустенита и существенному повышению предела прочности и текучести.Проведение закалки непосредственнопосле горячей деформации при этом позволяет зафиксировать твердый раствор, Твердый раствор, зафиксированный последеформации, существенно отличается оттвердого раствора, зафиксированного после нагрева без деформации. В первом случае фиксируется структура с более высокойплотностью дислокаций, что впоследствииоказывает влияние на полноту мартенситного превращения и размер пластин марте нсита, При обратнома - у-превращении размер зерен вновьобразовавшегося аустенита оп ределяется копрочное состояние: о; = 1900-2300 МПа;о о = 1500 МПа,Недостатком данного способа являетсято, что при нагреве при 400 С не происходитобратной а - у= перекристаллизации, а5наблюдается лишь расслоение твердогораствора на обедненные и обогащенныехромом зоны и выделение карбидов типаМезСе, приводящее к существенному повышению прочности. Сохранившаяся мартенситная структура снижаеткоррозионную стойкость стали,Известен способ обработки нержавеющих аустенитных сталей типа 18-8, включао1ющий нагрев при 1080 С и закалку натвердый раствор, охлаждение до -196 С, заем выдержку (отогрев) до температуры -150-180 С, последующую деформацию заготовок со степенью я= 15-20 и отпуск при200-250 С.2Указанный способ обеспечивает высокие прочностные свойства ( о = 1900 МПа)за счет сохранения структуры мартенсита.Известен способ получения мелкозернистой аустенитной стали марок ЯОЯ 304,ЯОЯ 316, согласно которому заготовки нагревают до 1100 С в течение 30 мин, охлаждают, затем подвергают обработкедавлением при температуре ниже точки начала мартенситного превращения при деформации (-196 С), после образованияр 20;мартенсита сталь нагревают при 1000 С втечение 30 мин, вновь получая аустенитнуюструктуру, размер зерен 7-8 баллов по шкале АЯТМ, что соответствует 20-30 мкм. Приэтом устраняется разнозернистость.Недостатком данного способа являетсявысокая температура как предварительного, так и последующего нагрева, способствующая в первом случае формированиюкрупнозернистой структуры и впоследствииполучению грубопластинчатого мартенсита, во втором вызывающая диффузионныйраспад мартенсита и рост зерен. 4Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки нержавеющих сталей типа 18-10, по которому заготовки стали12 Х 18 Н 10 Т нагревают при 1100 С и закаливают в воду. Затем проводят охлаждениепри -40 -100 С и деформацию со степенью25-40 за несколько проходов. Деформированные заготовки подвергаются старению при 450 С в течение 30 ч. Дляобратного превращения мартенсита в аустенит проводят нагрев в соляной ванне при760 С в течение 8 мин и закалку в воду. Врезультате формируется аустенитнаяструктура со следующими механическимисвойствами: а, = 82-95 кг/мм; д щ = 622,толщиной мартенситных пластин, за счет чего достигается субмикронная структура, Способ известным способам горячую деформацию не применяли, Таким образом, применение предварительной горячей деформации с закалкой в воду в сочетании с обработкой при отрицательных -196 С) температурах и последующим нагревом при 630-650 С отличают предлагаемый способ от известных.Выбор температурной области деформации 900-1000 С обусловлен тем, что деформация ниже 900 С не обеспечивает полного протекания динамической рекристаллиэации и образования равноосной микроструктуры. Деформа ция вы ше 1000 С нецелесообразна из-за роста зерен ввиду протекания динамической собирательной рекристаллизации, активизации процессов возврата, Деформация со степенью менее 60 также не обеспечивает протекания динамической рекристаллиэации в полном объеме, приводит к образованию разнозернистости, неоднородности микроструктуры.Нагрев стали после холодной деформации при 630-650 С обусловлен тем, что ниже 630 С обратное а - у-превращение не является полным, в структуре имеется остаточный мартенсит; При нагреве выше 650 С обратное а - у-превращение совмещается с частичной рекристаллизацией, что ведет к снижению прочностных характеристик,Таким образом, совокупность процессов, предварительной деформации при 900- 1000 С с закалкой со штампа, деформации при отрицательных температурах, последующий нагрев при 630-650 С позволяет повысить предел прочности и текучести за счет получения однородной субмикронной структуры аустенита в нержавеющих сталях системы Ре-Сг-К,Способ прост в осуществлении, Горячая деформация может быть проведена на гидоавлических прессах, снабженных изотермическим блоком для нагрева, Нагрев заготовок и последующий отжиг могут быть выполнены в печах камерного типа, Последующий отжиг также может быть проведен в соляных ваннах,П р и м е р. Исходной заготовкой служа прутки промышленчой стали 12 Х 18 Н 10 Т стандартного химического состава.Заготовки,40 х 60 мм нагревают до 1000"С и подвергают изотермической деформации при этой температуре, Оборудование - гидравлический пресс усилием 630 тс, оснастка - изотермический блок нагрева УИШИБс плоскими бойками. Скоростьдеформации 5 10 с . Применяют схему деформации осадка с кантовкой. Суммарнаястепень деформации 80 ф , Осаженные заго 5 товки со штампа закаливают в воду.В результате получают однороднуюмелкозернистую микроструктуру с среднимразмером зерен 6 мкм,Штампованные заготовки охлаждают в10 жидком азоте в течение 30 мин, затем подовергают осадке с кантовкой на 90 междуплоскими бойками на гидравлическом прессе усилием 400 тс до степени 40 ф,.Затем заготовку нагревают в соляной15 ванне при 630 С в течение 5 мин. Проводятконтроль структуры. Из штамповки вырезают разрывные образцы с диаметром рабочей части 5 мм. Механические испытанияпроводят по стандартным методикам испы 20 таний на растяжение, Результаты контролямикроструктуры и механических испытанийприведены в таблице.Аналогично проводят обработку с изменением температуры предварительной де 25 формации, степени деформации,температуры нагрева.Дополнительно проведена обработкапо режиму известного способа, Результатысведены в таблицу 1,30 Из таблицы видно, что при обработкепредлагаемым способом получают субмикронную структуру в сочетании с высокимпределом прочности и текучести, Пределпрочности повышается по сравнению с со 35 стоянием поставки более чем в 2 раза, а сизвестным способом в 1,7 раза предел текучести - в 4 и 2 раза соответственно.Таким образом, обработка предлагаемым способом позволяет существенно по 40 высить прочностные свойстванержавеющих аустенитных сталей Ре-Сг-йпри сохранении аустенитной структуры и,следовательно, расширить диапазон применения их в технике, сократив применение45 специальных высокопрочных сталей,Формула изобретенияСпособ обработки аустенитных нержа веющих сталей, преимущественно Ее-Сг-К,включающий закалку на твердый раствор, деформацию при отрицательной температуре ниже -100 С и последующий нагрев для обратного превращения мартенсита в аус тенит,отличающийся тем,что,сцельюповышения предела прочности и текучести за счет получения субмикронной структуры аустенита, предварительно перед закалкой проводят деформацию при 900-1000 С со степенью не менее 60 ф , нагрев до 6301733485 650 С для превращения мартенсита в аустенит производят непосредственно после деформации при отрицательных температурах. Температуранагрева, С Условия нагреваПоказатели качества Условия холодной дгоормации Условия предварительной деформации дарка стаРазмерзерен,мкм РазмерСа-сазерент аРПа лл Т, С Времямил Скоростсь, Степень,Темпе ратура, С 80 80 80 80 12 Х 8810 Т 0,60,2015С,1 с)6 -196 "196 1 о 6 40 40 40 40 630 630 630 630 1330 1100 1540 1480 540 1490 с 6 з 1500 5 10 1264,2352,5Неполн.рекрнст.6,66,6Разнозерн.6,06,0 1,0 5 0 1 О О О 9 5 О ЭаО 850 н 630+ ьПри обработке пз известному способу нагрев при старении проводили в среда воздуха, награв 760 С и нагрев по прадлагаемомуспособу 620-660 С проьодили в соляной ваннее 25 30 35 40 45 50 Составитель А, ОрешкинаРедактор А, Огар Техред М,Моргентал Корректор Т, Малец Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1640 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5