Способ изготовления стальных изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1749258 А 1 5)5 С 21 Р б/00 ЕТЕН У ОСУДАРСТВЕ 3+4 ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им.И.П,Бардина(56) Потек Я.М, Высокопрочные стали. - М,;Металлургия, 1972, с. 208.Георгиева И.Я. Трип-стали - новыйкласс высокопрочных сталей с повышеннойпластичностью, - Металловедение и термическая обработка металлов, 1976, 1 Ф 3, с.18-26,Патент США Ь 4586957, кл, С 22 С38/06. 1986,Москвин Н.И. и др, Влияние холоднойпластической деформации и термической.обработки на структуру и свойства сталиХ 15 Н 9 Ю, Металловедение и термическаяобработка металлов, 1964, Я 10, с, 11-15,Изобретение относится к металлургии, к способам производства изделий из сталей, сочетающих высокую прочность и пластичность, и может быть использовано при производстве пружин, холоднокатаных ленты и листа и иэделий из них, высокопрочных проволоки и канатов,В современной металлургии большое значение придается получению сталей, сочетающих высокую прочность с высокой пластичностью, что повышает конструктивную прочность и надежность изделий,Извесна высокопрочная высокопластичная сталь переходного класса типа(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХИЗДЕЛИЙ(57) Использование: в металлургии, относится к способам производства изделий из сталей, сочетающих высокую прочность ипластичность, и может быть использованопри производстве пружин, холоднокатаныхлент и листа, высокопрочных проволок иканатов. Сущность; выполняют заготовку изстали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,4-0,6;хром 5,0 - 11,0; никель 3,0 - 9,0; железо - остальное, причем суммарное содержаниехрома и никеля составляет 12-15%, Проводят аустенизацию при 117525 С, обработку холодом при (-30+15) С до получения вструктуре 40-60% мартенсита, пластиче- Яскую деформацию со степенью 20 - 40%, приэтом до и после пластической деформации (Яосуществляют ниэкотемпературный отпуск.Изделия, изготовленные предлагаемымспособом, сочетают высокую прочность фаВ до 2260 Н/мм и высокую пластичностьд до 20,7%, 1 табл. 1 Х 15 Н 4 АМЗ (ВНС, ЭПЗ 10), которая после закалки от 1070 С, обработки холодом (при -70 С) и отпуска при 200 С имеет оо,г = = 1250 Н/ммг, оВ = 1600 Н/мм и д = 20%, Эта сталь содержит около 3% Мо,Известны стали переходного класса Х 16 Н 6 (СН - 2 а, ЭП 288), Х 15 Н 9 Ю (СН, ЭП 904), не содержащие в своем составе Мо.Однако эти стали имеют более низкие, чем сталь 1 Х 15 Н 4 АМЗ, прочностные свойства ( сГо,г до 1150 Н/ммг, ов до 1300 Н/мм ) при том же примерно уровне пластичности д - (1522%).Известны изделия из высокопрочныхвысокопластичных трип-сталей (ПНП-сталей) типичного состава, %: С 0,30; Сг 8; М 8; Мп 2; 81 2; Мо 4, высокая прочность которых (оо,2 и ОВ до 1990 НГмм ) обусловлена упрочнением аустенита за счет сильной (до 80%) теплой пластической деформации, а .высокая (д до 30%) пластичность - присущей аустениту пластичностью и дополнительной пластичностью, связанной с превращением аустенита в мартенсит при нагружен ии.Йедостатком трип-сталей является помимо содержания в йх составе около 4% Мо необходимость сильной теплой пластической деформации, что трудйо осуществить практически.Известны микротрип-стали, прочностькоторых определяется присутствием в структуре этих сталей прочной структурной составляющей (мартенсита или бейнита), а пластичность - превращениемостаточногоаустенита в мартенсит при нагружений, Дляполучения большого количества остаточного аустенита в микротрип-сталях используется, например, низкотемпературная термомеханическая изотермическая обработка с распадом в бейнитной области. При этом для получения нужного количества бейнитной структуры сталь подвергается изотермической выдержке (в работе при 280 С) под нагрузкой с непрерывной регистрацией количества образующего бейнита,Однако способ. получения двухфазной(бейнитно-аустенитной) структуры "трудно реализовать в производственных условиях.Известен способ изготовленйя изделийизсталей, содержащих, ат.%: й 1 или Мп 2-60; Сг 7,5 - 60; А 0,5-12 или Я 3 0,25 - 15; С, В или Р 0,5-10. Стали предназначены для закалки из жидкого состояния (в связи с чем содержат А или Я), значительное количест- .во .С,В и Р) и после закалки из жидкого состояния их структура представляет собой аустенит с мелкодисперсными йлй крупнодисперсными выделейиями, иногда в смеси с пакетным мартенситом. Сумма примесей в этих сталях колеблется от 21,5 до 90 ат.%; Недостатком этих сталей является то, что они связаны с высоким сОдержайием неметаллических элементов (С.В или Р) и 8 или А 1 могуг использоваться только для пол. учения изделий (в виде тонкой ленты или проволоки) методом закалки из жидкости (со скоростями охлаждения 10 - 10 град/с).При меньшей скорости охлаждейия стали оказываются хрупкими из-за выделениякарбидов, боридов, фосфидов или соедине-.ний кремния (или алюминия).Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобре тению является способ изготовленияизделий из хромоникелевой стали Х 15 Н 9 Ю, заключающийся в нормализации при 950 С, обработке холодом при -70 С (2 ч), деформации с обжатием 25-60% и старении при 10 350-550 С. При этом достигается высокийуровень прочности( ов до 2100 Н/мм ).Однако пластичность стали оказывается низкой ( д = 2-3% при укаэанном уровне прочности). 15 Целью изобретения является повышение пластичности при сохранении уровня прочности. Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу изготовления стальных 20 изделий, включающему выполнение заготовки из хромоникелевой стали, аустенизацию, закалку, обработку холодом, пластическую деформацию со степенью 20- 40 % и отпуск, заготовку выполняют из ста 25 ли следующего состава, мас,%: Углерод0 5 - 0 6 Хром .. 5,0 - 11,0 Никель 3,0 - 9,0 Железо . Остальное30 При этом суммарное содержание хромаи никеля составляет 12-15 мас.%, аустенизацию проводят при 1175+25 С, обработку холодом ведут при (-30+15) С до получения 35 в структуре 40- 60% мартенсита, а до ипосле пластической деформации проводят низкотемпературный отпуск. Предлагаемые стали содержат в своем .40 составе углерод, хром и никель в таком количестве и в таком соотношении, что мартенситная точка этих сталей расположена вблизи комнатной температуры, После закалки стали являются аустенитными и фазо вый состав сталей (соотношение аустенитаи мартенсита в структуре) регулируется путем охлаждения ниже комнатной температуры (низкотемпературной обработки).При отклонении составастали от пред лагаемого стали оказываются либо мартенситными уже непосредственно после закалки до комнатной температуры (углерод менее 0,4 мас,%, хром менее 5 мас. %, никель менее 3 мас. %, сумма хрома и ни келя менее 12 мас,%) и в этом случае необладают высокой пластичностью. либо не превращаЮтся в мартенсит при ниэкотемпературной обработке (углерод более 0,6 мас.%, хром более 11 мас.%, никель болев1749258 20 30 35 55 9 мас., сумма хрома и никеля более 15мас. ) и в этом случае не обладают высокойпрочностью.Проведение аустенизации при1175+25 С обеспечивает полное растворение карбидов хрома. При аустенизации приболее йизкой температуре сохраняется карбидная сетка по границам зерен, что приводит к снижению пластичности,аустенизации, при более высокой температуре увеличивается размер зерна, что такжеприводит к снижению пластичности,Обработка стали холодом при -30+15 ОСприводит к получению в сталях предлагаемого состава оптимального соотношения .15аустенита и мартенсита в структуре(40-60мартенсита), обеспечивающего после низкого отпуска, холодной деформации и окончательного низкого отпуска достижение наивысших прочностных и пластических свойств, При обработке холодом при более высокой температуре количество мартенсита оказывается недостаточным (менее 40 для достижения в результате всего цикла обработки высоких прочностных свойств. Обработка холодом при более низких, чем предлагаемые, температурах приводит к появлению в структуре слишком большого (более 60) количества мартенсита, в результате чего после полного цикла обработки не достигается высокий уровень пластичности. Проведение низкотемпературного отпуска после обработки холодом необходимодля снятия внутренних напряжений. Последующая холодная деформация со степенью 20 - 40 необходима для повышения прочностных свойств стали (в первую очередь предела текучести) за счет ее наклепа и превращения части остаточного аустенита в мартенсит, Деформация со степенью менее 20% не обеспечивает достижение высоких прочностных свойств стали. Деформация со степенью более 40 ф приводит к снижению пластичности стали (по сравнению с деформацией на 20-40) вследствие возникновения при деформации большого количества мартен сита.Низкотемпературный отпуск проводится для снятия напряжений,В результате предлагаемого способа обработки сталь предлагаемого состава приобретает высокие прочностные свойства эа счет присутствия в структуре стали мартенсита и наклепа и высокую пластичность за счет. присутствия остаточного аустенита и его превращения в мартенсит при нагоужении (микротрип-эффекта),П р и м е р, В 10-килограммовой открытой индукционной печи выплавляют стали.Слитки проковывают на сутунку, иэ которой затем проковывают полосу сечением 5 х 10 мм, После резки на заготовки длиной 50 мм полосу закаливают от температуры 1175+25 С(выдержка 30 мин) в воду, Нагрев под закалку проводят в графитовой засыпке. Иэ полосы путем шлифовки получают заготовки 4 х 10 х 50 мм. Заготовки охлаждаютдо+15 С(приэтом в них возникает 40-60 мартенсита), Затем проводят отпуск при 250 С в течение 1 ч и прокатку со степенью обжатия 20 - 40 (при этом количество мартенсита увеличивается на 20- 30 ф,). после чего проводят повторный отпуск при 250 С 1 ч,Из прокатанных заготовок изготавливают плоские образцы для механических испытаний с сечением рабочей части 2,0 х 3,0 мм. Образцы испытывают на растяжение на испытательной машине "Инстрон 1114" при комнатной температуре.Параметры обработки и результаты механических испытаний приведены в таблице.Полученные данные показывают, что изготовление изделий из сталей по предлагаемому способу позволяет получить в иэделиях сочетание высокой прочности ( оо,2 до 1880 Н/мм, Ов до 2260 Н/мм ) и высокой пластичности ( д до 20.7;),Ф о р мул а изобретен и я Способ изготовления стальных изделий, включающий получение заготовки из хромоникелевой стали, аустениэацию, закалку, обработку холодом, пластическую деформацию со степенью 20 - 40 и отпуск, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что. с целью повышения пластичности при сохранении высокого уровня прочности, заготовку получают из стали следующего состава, мас. :Углерод . 0,4-0,6Хром 5,0-11,0Никель 3,0-9,0Железо, примеси Остальноепри этом суммарное содержание хрома и никеля составляет 12,0 - 15,0, аустенизацию проводят при 1175+25 С, обработку холодом ведут при -30+15 ОС до получения в структуре 40-60, мартенсита, а до и после пластической деформации проводят низко- температурный отпуск.1 О с: МЛ лсЧ МГЧ й ц а Г СО 1 О сч л 0 Л 1 11 1 1 3 1 Я сч а сО 3 ц л с4 МО О Л М О СО М а с л л с О Л СО ф О О О Л СО ,0 СОСЧ СЧ СЧЦО О О О О Ц О О О Ц О О О й- СЧ МО СЧ .б.О.О сч М ОООСЧИЧООЩ СЧ Ч СЧ М СЧ СЧ СЧ СЧ с 4 сч Ц О О О О Ц Ц О О СЪ О О .С Чф - й М Л М Ю ф Г ЛЛЛСОф ЛЮЛЛЛМО Г ОЦ 1Г СО ссс О Ц О О СЧ ГГ 1 ГЧ СЧ М М Г 4 Г 4 -О Г" М СЧ О СО О СЧ Л О О О М Ч Ц О -О -О -т Ц- О О Ц Г Ц СО М ц ц 1 ц О О О ц ц О ц 1 о ссСЧ СЧ МГМ МММММ 1 1 1 1 1 31 1 1 О Ф ц О О О О О О О О О СО Г . О О О О О Ф О О Ол" - Ч СЧ СЧ Г 4 Сч - С 4 СЧ ГЧ О О ОеО О О О СО М са а л лс а а а . 3 Ц - -З 4 М О М Ч й О СО СО .-- СЧ О й О О ф с 0 й ц -И .П О Г Г О -И й 01л с с лС а ГЦ Ц Г Ц 0 Ю ,0 Л Л М СО ОЭ СО СО СО СО СО СО СО 40 ф СО О й О Г 4 СЧ Ч й О,Ц 01сМ СО й Г Ф Ц ГЮ Ц Л Л Г О -О-О йййййОМ ф а л л с л а а,0 .0 сО сО СО Ю ф 1 О 4