Способ термомеханической обработки конструкционных сталей

(54) СП РАБОТ (57) Исп го прока ку н аустени рывном обжатия 20 - 25 ОА О конча воздухе ОСОБ ТЕКИ КОНСользова та. Сущн агреватизации охлажде ми 25 - 3 в интетельное 1 табл. льский ЕПотях обонных литнотерМ 11,Недо ляются, в текучести ментиро ухудшаетвышеннь связаннь формиро пература ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Волосевич Ю,ПКоджаспиров Глушкин Ю,А. О некоторых особенносразования структуры в конструкцисталях при деформации в области перго превращения. Металловедение ическая обработка металлов. 1987,с,58 - 60. Изобретение относится к термомеханической обработке и предназначено для изготовления сортового проката иэ конструкционных сталей.Известен способ термомеханической обработки на зернистый перлит (изоформинг) (гоп Щопгпа о 1 йе 1 гоп апс 31 ее 1 пзй 1 цте. 1968.206. М 4. Р.363-374). Согласно этому способу, с целью получения дисперсных, сферических форм цементита для повышения пластичности и вязкости, пластическую деформацию осуществляют в температурном интервале перлитного превращения аустенита. статками указанного способа, яво-первых, заметный рост предела в связи с формированием фрагванной структуры феррита, что обрабатываемость, во-вторых, пой износ прокатного оборудования, й с высоким сопротивлением деванию стали при пониженных тем 1763497 А 1 РМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ ие: изготовление сортовоость изобретения; эаготовют до температур и прокатывают при непрении на воздухе с частными% в интервале Агз Аг 1 и вале АгАц - 50 С. охлаждение проводят на Известен способ термомеханической обработки с превращением в перлитной области, включающий нагрев, пластическую деформацию и охлаждение, С целью получения тонкопластинчатого перлита, что способствует улучшению обрабатываемости, пластическую деформацию.со степенью 90 О выполняют выше температуры Асз, последующее охлаждениепроводят со скоростями, обеспечиваощими получение перлита заданной морфологии (Часаз Вобг 1 дцецз - Аптоп 1 о "Оцп епб" 1981, 27,М 10; 697-703).Недостатком указанного способа является ограниченность его применения ввиду значительных степеней деформации 90 О, что не всегда может быть реализовано с одного нагрева, а такжеограниченность его применения только сталями, содержащими в своем составе легирующйе элементы М 1, Сг, Мо.Известен способ изготовления сортового проката из углеродистых и легированных сталей, включающий нагрев заготовок, горячую прокатку, охлаждение на воздухе ниже температуры Ас 1, выдержку и окончательное охлаждение на воздухе(А.с. 815046, кл. С 21 0 1/02, 1982). Согласно этому способу, с целью снижения твердости и совмещения процессов прокатки .и термообработки, прокат, предварительно нагретый до температуры аустенитизации, после выхода из стана охлаждают на воздухе ниже температуры Ас 1 на 100-80 С, после чего его нагревают выше температуры Ас 1 на 30-50 ОС, выдерживают до завершения аустенитногопревращения, охлаждают . ниже Ас на 100 - 80 С и выдерживают до завершения перлитного превращения.Недостатком указанного способа является, во-первых, необходимость использования двух дополнительных печей с разными температурами в линии стана и использование шлеппера в качестве холодильника, что снижает производительность оборудования. Во-вторых, нагрев до темпе.ратуры выше Ас на 30 - 50 С доэвтеклойд.ных сталей неполный отжиг) приводит к превращению перлитной составляющей в аустенит, не изменяя исходной ферритной структуры, которая при определенных условиях прокатки может иметь грубую, крупнозернистую структуруИзвестен способ сфероидизирующей обработки стали, включающий аустенитизацию, горячую пластическую деформацию, охлаждение и отпуск (А.с. 1463774, С 21 О, 8/00, 1989). Согласно этому способу с целью получения сфероидизированной карбидной фазы охлаждение после горячей прокатки проводят со скоростью, обеспечивающей распад аустенита с образованием структуры бейнита при температуре не ниже 560 С, отпуск осуществляют при температуре 650 С в течение 4 часов,Недостатком указанного способа является, во-первых, одностороннее ограничение температурной области, обеспечивающей распад аустенита. При температуре не ниже 560 С распад аустенита в большинстве конструкционных сталей идетс образованием пластинчатого перлита и последующий нагрев до 650 С не приведет к его сфероидизации. Во-вторых, необходимость" проведения дополнительной термической операции - высокого отпуска при температуре 650 С с выдержкой 4 часа - обуславливает увеличение трудоемкости изготовления, повышение энергозатрат и загрузки термического оборудования по сравнению со способами обработкиза один передел.Известны другие аналогичные технические решения, приведенные в справке об10 исследовании заявляемого объекта изобретения по патентной и научно-технической литературе.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению, т.е, прототипом, является способ снижения характеристик прочности проката из конструкционных сталей, за счет деформации при температурах ниже Аг 1 1, Согласно этомуспособу, с целью увеличения доли коагулированного цементита деформацию при температурах ниже Ац осуществляют занесколько циклов, степень деформации вкаждом цикле не превышала 15 Д, суммарное обжатие 50%.Недостатком указанного способа является лишь частичная коагуляция цементитапод воздействием деформации, что не обеспечивает необходимого снижения твердо 20 сти и повышения обрабатываемости.Другим недостатком указанного способа является значительная степень суммарной деформации я = 50%, осуществляемойо25при температурах на 40 - 130 С ниже Ац,что приводит к повышенному износу прокатного инструмента и оборудования,вследствие возрастающего сопротивлениядеформированию прокатываемого металла3 при этих температурах."Целью изобретения является снижениетвердости и прочности конструкционныхсталей за счет диспергирования и сфероидизации карбидов,Это достигается за счет регламентациитемпературно-деформационного режимапрокатки, Так, в способе изготовления проката из конструкционных сталей, включающем аустенитизацию, дробную40 пластическую деформацию; в процессе непрерывного охлаждения на воздухе и окончательное охлаждение, согласнопредлагаемому изобретению, деформациюосуществляют с частными обжатиями е;=25307 О в межкритическом температурном интервале Агз Аг и с частными обжатиями й = 20. 25 о/ в и нте р валетемператур ААц - 50 ЯС), окончательное охлаждение на воздухе.50 Сопоставительный анализ заявляемогорешения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известноготемпературно-деформационными режима-.ми прокатки, Таким образом, заявляемый55 способ соответствует критерию изобретения "новизна"," Деформация при прокатке с вышеуказанными параметрами в температурной области, ограниченной точкамиА з Ац приводит к образованию разви1763497 10 той фрагментированной структуры аустенита, представляющей собой совокупность разориентированных на углы порядка нескольких градусов микрообьемы с поперечными размерами 1.2 мкм. Устойчивость такого аустенита понижена; "раницы разориентированных фрагментов являются местами образования зародышей перлЮа при понижении температуры раската ниже точки Аг 1Дальнейшая деформация сформировавшегося при полиморфном превращении свободного феррита с вышеуказанными параметрами приводит к формированию в нем разориентированной субзеренной структуры, Деформация перлита, образовавшаяся в процессе неизотермической прокатки, приводит сначала к разделению цементитных пластин на отдельные короткие участки, а затем и к их сфероидизации путем переноса углерода через окружающий твердый раствор от участков с малым радиусом кривизны к участкам с большим радиусом кривизны (Новиков И,И. Теория термической обработки металлов. - М.: Металлургия, 1986, 186 с,).Выбор граничных величин температурно-деформационных параметров прокатки обусловлен тем, что в случае деформации в межкритической температурной области с частными обжатиями больше 30% происходит увеличение плотно "ти дислокаций в аустените до величины, достаточной для развития динамической рекристаллизации, что сопровождается уменьшением протяженности границ и соответственно мест зарождения перлита, что снижает степень измельчен ностй колоний.В случае деформации в указанной температурной области с частными обжатиями меньше 25% плотность дослокаций недостаточна для образования устойчивой фрагментированной субструктуры в аустейите и в процессе перлитного превращения также измельчения перлитных колоний не наблюдается. Деформация в температурной области Аг 1 - (Аг 1 - 50 С) с частными обжатиями более 25% приводит к исчерпанию ресурса пластичности ферритной составляющей,На границе с перлитными колониями могут возникнуть трещины или несплошности, вызывающие преждевременное разрушение материала (,опс 1 егу Т.,е Воп (ЯЯ 0)аапа 9 е соптгое п 1 егегтоцое п 1 цепсе зог ез ргоргесез сез ас 1 егз а Ламе 1 гпте бсазтссе - Веч, Мес, СТ, 1983, 80, В 3, р.221 - 225). 6Деформация с частными обжатиями менее 20% в вышеуказанном температурном интервале недостаточна для пластической деформации цементитных пластин, что отрицательно сказывается на возможности их сфероидизации.Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать выводоб отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявленном способе изготовления проката из конструкционных сталей, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия". 15 Способ осуществляют следующим образом: заготовку нагревают до температуры Асз+ 20 С, прокатывают при непрерывном охлаждении навоздухб с частнымИобжатиями е = 25-30% в температурном интерва ле Агз-Аг 1 и с е = 20-25% в интервалетемператур Аг 1 - (Аг 1 - 50 С), Окончательное охлаждение проводят на воздухе.Пример конкретного осуществленияспособа рассмотрим на изготовлении сортового проката круг диаметром 56 мм на полунепрерывном прокатном стане 350 ПОКЗ. Заготовку диаметром 120 мм из стали 40 Хнагреваютдотемпературы 820 С, затем прокатывают при температуре 790-760 С ( Агз - 10 С Аг 1+ 20 С) на диметр 86 мм ( е = 25%) за два прохода (120-100-86) и при температуре 740-690 С (АгАг 1 - 50 С) за 3 прохода с обжатиями е; = 20% (86-77- 35 68-56) прокатывают на конечный размер,Охлаждение после прокатки проводят на воздухе.Для сравнения с предлагаемым способом из стали 40 Х был прокатан тот же 40 профиль по режиму способа прототипа:нагрев заготовки диаметром 120 мм до температуры 820 С, прокатка за 9-ть проходов с обжатиями е = 15% (120-110-102- 944-87-80-73-67-61-56) на конечный размерф 45 56 мм. Температура металла в первом составляла 790 С( Агз - 10 С), в последнем690 С( Аг - 50 С).Охлаждение после прокатки на воздухе,Для обоснования граничных значений ре жимов способа из заготовок той же плавкибыл изготовлен прокат круг диаметром 56мм с отклонениями от оптимальных значений параметров обработки.Режимы обработки и результаты механических испытаний представлены в таблице.Из данных, приведенных в таблице,видночто наименьшие значениятвердости1763497 Па амет ы об аботки Механические свойства Номер обжатия е оОвМПа йМ МПа твердость,НВ 790-760 25 20 Оптимальные 740-690 740-690 740-690 Неопртимальные 740-690 Способ-и рототип 740-690615 785 229 2 790-760 3 790-760 4 790-760 2730 20 22 25 15 620 625 680 790 790 880 232 235 260 28 15 790-760 790-760 35 15 700 720 860 920 255 270 П р и м е ч а н и е: Испытания проводили на образцах из металла в горячекатаном состоянии, Средние значения по результатам испытания 5-ти образцов,Составитель Г. КоджаспировТехред М.Моргентал Корректор С. Лисина Редактор Н. Козлова Заказ 3430 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5.г .Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 и прочности получены при обработке по режимам 1 - 3. Уменьшение или увеличение значений частных деформаций в интервале температур А з-Ац или Аг-(Аг - 50 С) режимы 4, 5 по сравнению с граничными условиями способа ведет к повышению уровня прочности и твердости. Прокатка стали в межкритическом интервале температур по режимам обжатий способа-прототипа не обеспечивает получения совершенной фрагментированной субСтруктуры аустенита, в результате"чего при нормальном полиморфном превращении у, а при понижении температуры ниже А, , не происходит дополнительного измельчения перлитных колоний. Кроме того, при прокатке при температурах ниже Аг 1 с частными обжатиями й =15 фформоизменение происходит в значительной степени за, счет пластической деформации структурно-свободного доэвтектоидного феррита, о чем свидетельствует разориентированная субзеренная структура последнего. Деформация перлитной составляющей при вышеуказанных режимах обработки не достаточна для дробления и последующей сферодизации цементитных пластин, что и нашло отражение в повышенном уровне твердости и прочности металла, обработанного по режимам способа-прототипа. Из сравнения результатов механических испытаний металла, обработанного по режимам способа-прототипа и предлагаемого спосо ба видно, что обработка по рекомендуемомуспособу позволяет снизить твердость на 40 НВ, временное сопротивление на 135 МПа, предел текучести на 105 МПа, Улучшение структуры металла за счет сферодиза ции карбидной фазы и соответствующееснижение уровня твердости и прочности позволитулучшить обрабатываемость проката на 30 фи отказаться от проведения последеформационного отжига.15 Формула изобретения Способ термомеханической обработкиконструкционных сталей, включающий аустенизацию, дробную пластическую дефор мацию при непрерывном охлаждении вобластях межкритических температур и перлитного превращения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью снижения сопротивления металла деформации, де формацию в интервале температурА,з Аг осуществляют с частными обжатиями 25 - 30 ф , а в интервале температур Аг 1 Аг 1 - 50 С с частными обжатиями 20- 25 .30