Способ термической обработки изделий

(51)4 С 21 П 1 ОПИС ИЗОБРЕТЕН чесаустеышетойчирит 54) СПОСОБ ТЗДЕЛИЙ57) Иэобретееской обрабо еньшейермичес ие относится к те ке и может быть и охлаждением 1 табл. польиз ОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Днепропетровский металлургикий институт им.Л.И.Брежнева(56) Авторское свидетельство СССУ 454266, кл. С 21 П 1/7 б, 1974Заявка Японии У 53-114721,кл. С 21 0 1/00, 1978.( ЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ано при изготовлении изделий,801373 низколегированных и легированных конструкционных сталей. Цель изоб тения - повышение механических свойств иэделия. Для этого нагрев изделия производят до температуры Ас + (50-190)С, а охлаждение пр водят в три стадии. Охлаждение на первой стадии ведут со скоростью, обеспечивающей пересечение кривой охлаждения иэделия с линией начал структурного превращения аустенит феррит термокинетической диаграмм ниже точки А, или со скоростью обеспечивающей переохлаждение нита до температуры, лежащей в температуры его минимальной ус вости в области превращения в фер термокинетической диаграммы, а на второй стадии охлаждают см скоростью или проводят изот выдержку с окончательнымв воде. 3 з.п ф-лы, 2 илИзобретение относится к термической обработке и может быть использовано в машиностроении при изготовлении изделий из низколегированных и легированных марок сталей.Цель изобретения - повышение механических свойств изделия и технологичности процесса термической обработки. 10На фиг. 1 приведены кривые охлаждения по предлагаемому (1-4) и известному (режим 5) способам для сталей, аналогичных маркам 12 х 1 МФ, 12 х 2 М, 25 х 2 МФ, 30 х 2 Н 2 М, 35 х 2 НМ; на фиг. 2 - 15 кривые охлаждения в соответствии с предлагаемым (режимы 1-4) и известным (режим 5) способам применительно к малоуглеродистым ниэколегированным сталям (показано на примере термо кинетической диаграммы распада пере- охлажденного аустенита стали 15 ХСНД, отражающей основные закономерностикинетики распада для всей группы мало- углеродистых низколегированных сталей) 25Нагрев изделий проводят до температуры, лежащей ниже начала интенсивного роста зерна аустенита - А, + + (50-190)С. Охлаждение на первой стадии ведут со скоростью, обеспечи вающей пересечение кривой охлаждения с линией начала структурного превращения аустенита в феррит термокинетической диаграммы ниже точки Ас,(фиг. 1 и 2, кривые 1 и 2, участки 1 КР, 2 КР). В этом случае создаются предпосылки для,образования в ходе последующей обработки избыточного неравновесного феррита, который в отличие от равновесного, выделяющего ся при температуре выше А , положительно влияет на некоторые технологические характеристики, На второй стадии в области образования феррита охлаждают с меньшей скоростью илиприводят изотермическую выдержку(фиг. 1 и 2 кривые 1 и 2, участки1 РЯ, 2 РЯ). Следствйем проведения второй стадии обработки при охлаждении является выделение требуемого количества избыточного неравновесного50 феррита, что может происходить только в зоне превращения аустенита вферрит и должно характеризоватьсяили малыми скоростями охлаждения или нзотермической выдержкой, В55 момент завершения второй стадии обработки при охлаждении (фиг, 1 и 2, кривые 1 и 2, точка Б) н структуре стали содержатся феррит и объемынераспавшегося аустенита, которыйпри быстром охлаждении на третьейстадии (фиг. 1 и 2, кривые 1 и 2,участки 1 БЯ, 2 БЯ) испытывает превращение по промежуточному механизмуи обусловливает выделение бейнита.Нижние значения скоростей охлажденияи длительностей выдержек с учетом .смещения диаграммы вправо в процессевыделения феррита взята для сталейс максимальной устойчивостью переохлажденного аустенита в области егопревращения в феррит (стали 35 Х 2 МА,45 ХНМФА), верхние значения - длясталей с минимальной устойчивостьюпереохлажденного аустенита (сталь09 Г 2, 10 ХСНД). При значениях скоростей ниже предела сталь имеет ферритоперлитную структуру (феррит избыточный неравновесный). Повышение скоростей выше верхнего предела увеличивает вероятность образования структурс низким содержанием феррита вплотьдо-образования мартенсита. Аналогичным образом на структуру (а значит ина свойства) влияет длительность изотермической выдержки: ее понижениеведет к снижению доли феррита, повышение снижает объем бейнитной составляющей. Конкретные скорости охлаждения и длительность выдержкиопределены с помощью термокинетических диаграмм рассматриваемых сталей.В другом случае охлаждение на первойстадии проводят со скоростью, обеспечивакнцей переохлаждение аустенитадо температуры, лежащей выше температуры его минимальной устойчивости вобласти превращения в феррит термокинетической диаграммы (фиг. 1 и 2, кривые3 и 4, участки ЗКР, 4 КР), что предпочтительно для сталей с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита вобласти его превращения в феррит (длительность инкубационного периода - до100 с и более). В связи с трудностьюподбора охладителя, обеспечивающегодля таких сталей охлаждение в соответствии с первой стадией (вхождениена первой стадии в зону образованияферрита ТКД ниже точки А ), возникает необходимость в предварительномпереохлаждении аустенита до температуры, лежащей выше температуры егоминимальной устойчивости в областиобразования феррита (фиг. 1 и 2, точка М). Тогда на второй стадии охлэж,дения облегчится вхождение в зонуобразования феррита термокинетическойдиаграммы с пересечением кривой охлаждения иэделий линии структурногопревращения аустенита в феррит ниже5точки А(фиг. 1 и 2, участок МИ).Введение на первой стадии охлажденияграничного условия переохлажденияаустенита до температуры, лежащейвыше температуры его минимальнойустойчивости в области превращения вферрит термокинетической диаграммы,необходимо для создания условий выделения феррита в зоне его образования на второй стадии, так как переохлаждение до более низких температурдаже при последующей изотермическойвыдержке не создает условий для выделения феррита (кривая охлажденияпройдет ниже зоны его образования).На второй стадии охлаждают с меньшейскоростью или проводят иэотермическую выдержку иэ области существования переохлажденного аустенита вобласть образования феррита с пересечением кривой охлаждения иэделиялинии начала структурного превращения аустенита в феррит ниже точкиА (фиг. 1 и 2, кривые 3 и 4, участки ЗРЯ, 4 РЯ). На данном этапе обработки в процессе охлаждения происходит вьщеление избыточного неравновесного феррита, количество которогофиксируется началом ускоренного ох 35лаждения на третьей стадии (фиг. 1и 2, кривые 3 и 4, участки 3 Б(,4 БЯ). Оставшиеся объемы аустенитапри охлаждении на третьей стадиипретерпевают превращение в бейнит.Предлагаемый способ изотермической обработки опробован в промышленных условиях при упрочнении соединительных деталей трубопроводон -штампо-сварных тройников диаметром530 мм и толщиной стенки 20 мм изстали 15 ХСНД. В идентичных условияхпроведен сопоставительный анализдостигаемых результатон после термической обработки в соответствии спредлагаемым и известным способами.Термообрабатываемые изделия -тройники, после изготовления по соответствующей технологии, являющейсябазовой (включает двукратный, нагрев55листовой заготовки до температуры1100-1200 С перед штамповкой и отбортовкой горловины патрубка,последующую сварку нижней и верхней 35частей), после сварки помещали нпечь с выкатным подом, нагревали до9304.1030 С, ньщерживали н печи приэтих температурах, после чего с помощью крана и закрепленного на немзахватного приспособления проиэнодили съем изделий с пода печи и осуществляли охлаждение иэделий.Характеристики охлаждения накаждой стадии, евойства металла иэделий, структура при обработке попредлагаемому и известному способампредставлены в таблице.Критерии оценки свойств иэделий;предел прочности не менее490,5 ИПа (50 кгс/нм ),- предел текучести не менее333,5 МПа (34 кгс/нм ),- отношение предела текучести кпределу прочности не более 0,8,- относительное удлинение напятикратных образцах не менее:при толщине стенок до 20 мм 207,при толщине стенок свыше20 мм 193,ударная вязкость при 253 Ко(-20 С) не менее:при толщине стенок до 20 мм -0,29 мДж/м (3 кгс/см),при толщине стенок свьппе 20до 30 мм - 0,39 мДж/м (4 кгс/см),при толщине стенок свыше 30до 45 мм - 0,49 мДж/м (5 кгс/см).формула изобретения1. Способ термической обработки иэделий, включающий нагрев выше А с3 выдержку, охлаждение и отпуск, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения механических свойств и технологичности процесса термической обработки, нагрев ведут до А, +осэ + (50-190) С, а охлаждение осуществляют в несколько стадий, на первой стадии ведут со скоростью, обеспечивающей пересечение кривой охлаждения с линией начала структурного превращения аустенита в феррит термокинетической диафрагмы ниже точки А , а на второй стадии в области образования феррита охлаждают с меньшей скоростью илИ проводят изотермическую выдержку, а затем со скоростью, обеспечивающей образование бейнита.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что охлаждение на первой стадии ведут со скоростью,1373735 Нвкадмчасвив свойства Структура тарнеевбдад оф,раеотвв(сиама онлавдамнв бфввам радин отаусаа) Удары нанэностьКСУин/из(фвррмт НзбытичнваэРввноваскый) Урааааь С, и О вива тра бовваий ОСТ 102-55-81, оклвлданив на Рввлнэувтсв нв налоуглвродкстын ни)кола глрованнъи стана, так каа прк данной савин онлалдввив на въЛвглвтсв Ьвйннт 350 520 28 0,095 Оклакдаава (чтвмдвратуравуствнитнзацин са930 С1 стадмв - онлакдввиа наоздуке со скоростъи Чщ 2 0до 730 С в теменно 100 с,11 стадмн - оклаадвнивзодв гонс) 0-252 фвррмтв(мзбнточнъМ, нвравноэвсный)90-752 байнвта Оклвадвив (с, 930 нС,1 ствдкв " оклалдвниа з масладо 680 С т, 6 с, П стадииоклавлвнивзодв 20 С) Издвлив прн зысонай арочкос тк облааавт ннэкнмк 9 ластичвостъа и ааэностзы, влукствднйноа окладдаикв нв даатоэ)м)нвостъ выдвлмтъси вумном копмчвсив Фвррнта 525 680 16 0 14 67-752 фвррита,(иэбыточиъЮ нарам озвсазаэ)50-462Ьайнмта с 1030 нС (даава по а, 3) 465 650 19 0,23 Оов)вэввтса нводнородость структуры 0,1 560 750 Вайамто мартввсвтнав структура Онладдввыэ 2 ствлндсэ980 нС, чЭВОнС/с (вода), С ,700 С 11 стадла зотврнвэчвскан зыдарака дювзталъаостзы т1 с, П 1 стадии - оклалдвйив а вода 4 Се 3 с (дадон ао а, 8) 0 12 ВвАмито ыартввситнаи стручтура 545 730 15 94 с (далва дв , 8) О 520 700 О, 15 фаррмто-байнмтвааструктура с участКанн Нартаномта 6 0,2 20-251 Фвррмта (вэсыточный ывраановвсиа)83, 80-7)т Ьвйвмтв 500 670 18 тВ с (данам во в. Ы 0,35 30-452 Фвррмта,70-551 бвйнита460 620 20 обеспечивающей переохлаждение аустенита до температуры, лежащей выше температуры его минимальной устойчивости в области его минимальной устойчивости, а на второй стадии охлаждают с меньшей скоростью или проводят иэотермическую выдержку иэ области существования переохлажденного аустенита до начала структурного 10 превращения в феррит ниже точки А3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что охлаждение низколегированных конструкционных стаОхлалдамив са 930 С на 1 стасикв подогрвтоА среда Ч,57-60 нС твюзврвтура конка 1 стадии оклаадвнинс с 691)с, ч1,5-2 С/с, лпмтвлъность 11стадии окладдвынв ЧВ с,,ъ 1 П стада оклааданмн - в зодвЧ н 6 с (далев но а, Ы лей на первой стадии ведут со скоростью 1-150 С/с, а на второй - соскоростью 1-10 С/с или проводят изотермическую выдержку в течение2-1200 с. 4. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что охлаждение легированных конструкционных сталей на первой стадии ведут со скоростью 50-6007 С/сз на второй - со скоростью 1-10 С/с или проводят изотермическую выдержку в течение 3-1400 с. 71"742 фвррнта(нзбыточк)б наравыоввснаа), 2926160-652 фвррмта, йач)азат лроввлатъсл вв(избыточнъб) неравно"однородность структуры,всный), 40-35 обусловлавван раэвоэврбвйнвтв австостъы ауствинаа1373735 Структчра Способ Примечание ПренстекчестиКПа 0,6 600 5-102 Фаррнта,5-182 Ьаднита,0-122 парсита 65 25 10-652 тип (р 30-35. 4 0,3 25 крупнозарнисЬ) ааррит,парлпта 14 аааоаий объак(еханиче( кис с нойс тоя Предел Относи-проч- тельноености, длине в0 а иие,УдарнаяьязкостьКСУмох, ч