Способ термической обработки изделий

. К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублнк о 1973639 61) Дополнительное к авт. свид-ву - (22) Заявлено 190980 (21 2983712/22-02 с присоединением заявки МоР 1 М. Кл,С 21 0 6/00 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(33 УДК 621,785, ,79(088,8) Опубликовано 151132, Бюллетень Ч 9 42 Дата опубликования описания 15,11.82 А.А,Назаров, Н,И,Жигачева, Д.В.Рыбин, В.А. китййФ.Ж.Энин, В.Г.Северинова н Л.Ф.Артамоновг ,1й(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ Изобретение относится к способам зашиты от коррозии стали на железо- хромовой основе со структурой мартен- сита закалки и может быть использовано в металлургии, машиностроении, судостроении и других отраслях тех,ники. Обеспечение максимальной корро-эионной стойкости стали марок 20 Х 13,ЗОХ 13, 40 Х 13, против локальных видов коррозии, в частности против коррозионного растрескивания, осуществляют рядом способов, важнейшим из которых является терйнческая обработка. Для рассматриваемых сталей мартенситного класса - это закалка в интервале 950-1100 ои отпуск в интервале 600-.700 ф При этом сталь оказывается несклонной к корроэионному растрескиванию в хлоридсодержащих растворах и в наводороживающих средах. Однако получаемые в условиях термической обработки механические характеристики стали: уровень прочности, твердость в рядеслучаев не могут обеспечить требования по прочности и твердости для реальной конструкции. В таком случае используют, низкий отпуск - до ЗООР. В табл. 1 представлены данныеГОСТа 5632 "Стали высоколегированных и сплавы корроэионностойкие,жаростойкие и жаропрочные. Иарки итехнические требования"(Приложениек ГОСТ 5632 стр, 30),Отпуск выше 300 осогласно ГОСТ 5632-72и ГОСТ 5949-75 для рассматрива 10 емых марок стали в условиях ихконтакта с водными средами не используется, так как когерентные выделения карбидов по границам пер-.вичного аустенитного зерна обуслав- .ливает значительную склонность кхрупкому разрушению эа счет водородного охрупчнвания по этим границам.Однако и отпущенная при ЗООф стальс мартенситной структурой оказывается склонной по механизму водород- .ного окрупчивания к корроэионномурастрескиванию.Известен способ повышения корроэионной стойкости при помощи высокотемпературного изотермического отпуска. Способ предусматривает аусте: низирующий отжиг, отпуск при 700 оЗО.мин, последующую закалку стали намартенсит и окончательный отпускпри 700 .Указанный способ позволяетполучить повышенную стойкость высо973639 зывает более глубокое превращение по схеме аустенит - перлит, что резко ухудшает механические характеристики материала, Повышение скорости охлаждения не позволяет осуществить полностью блокировку областей выделения вторичных карбидов. Согласно диаграммам превращения переохлажденного аустенита скорость охлаждения 80-100 фй с температуры 870-900 еще более усугубляет превращение аустенит - перлит.Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости стали со структурой мартенсита закалки путем термической обработки, обеспечивающей стали стойкости против хрупких разрушений при контакте с водными средами в широком температурном интервале эксплуатации стали при 3500 С при условии сохранения высоких механических характеристик по твердости, прочности и релаксационной стойкости.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки изделий, преимущественно иэ хромистых корроэионностойких сталей, включающему нагрев до 1050-11000 С, регулируемое охлаждение, охлаждение ведут до 850+100 С со скоростью 5-1 град/мин, причем 65 коотпущенной стали к общей коррозии 11,Однако для его достижения требуется дополнительное легирование сталитипа Х 13 ванадием в количестве 0,50,9 мас.е. Более того, высокоотпущенная сталь имеет высокие длявысокопрочной стали механическиесвойства, например твердость 3540 НВС, Сталь же, закаленная на мартенсит после укаэанного иэотерми Оческого отпуска и затем отпущенная на максимальную твердость ипрочность, остается склонной к корозионному растрескиванию по механизму водородного окрупчивания. 15Известен способ термической обработки корроэионностойких сталей,включающий нагрев до температуры нустенизации и охлаждение, при этом впроцессе охлаждения проводят изотермическую выдержку при 600-4500 С, Вданном способе изотермическую выдержку при термической обработкестали проводят при температуре выделения медьсодержащей фазы, в частности.для мартенситных низколегированных сталей при 600-450.Такимобразом, повышение коррозионной стойкости и сопротивляемости хрупкомуразрушению осуществляют только выделениями медьсодержащей фазы приэтом не преследуется цель сохранения высокого уровня прочности итвердости, в частности из-за низкогосодержания углерода в стали. Сталь,обработанная по указанному способу, )5обеспечивает повышенную коррозионную стойкость и стойкость противхрупкого коррозионного разрушениялишь при комнатных температурах 2 ).Однако в условиях теплового старения при 450 что соответствует условиям эксплуатации энергетическогооборудования, сталь, обработанная П 6этому способу, приобретает сильнуюсклОннОсть к хРупкОму коррОэиОннОму 45разрушению за счет протекания в нейкарбидных реакций.Известен способ термической обработки изделий, включающий нагревдо 940-10500 С, выдержку, охлаждениев 10-Ном йаС)до 810-8800 С с выдержкой в течение 0,5-1 ч и охлаждение 3 .Однако в данном способе сталь мартенситного класса после закалки имеет структуру мартенсита закалки,который характеризуется высокой склонностью к хрупкому разрушению, в частности к коррозионному растрескиванию.Наиболее близким по технической 60сущности является способ термической обработки изделий, преимущественно их хромистых коррозионностойкихсталей, включающий нагрев до 10501150 ф,охлаждение до .870-900 ф с заданной скоростью, выдержку 870900 фС 2-3 ч, дальше последующее охлаждение до 3000 С со коростью 80100 о/ч 4 ),Однако способ термической обработки по прототипу применим, в первуюочередь,к аустенитным сталям и позволяет для этих сталей связать весьуглерод в карбиды титана или ниобияпри выдержке 870-900, Для мартенситных сталей точка Ас, лежит несколько ниже 870-9000 и выделениекарбидов хрома по границам аустенитного зерна при 870-900 невелико. Впрототипе не оговаривается скоростьохлаждения стали, а это для сталей мартенситного класса существенно,таккак понижение скорости охлаждения выв соляной ванне до 4501100 С с иэотермической выдержкой 10-15 ч,а далеев масле, после чего производят отпуск при 350 ф 10 фС 2 ч с охлаждениемв масле.На стадии охлаждения от 1050 -1100 едо 800-850 фС на границах первичного аустенитного зерна происходит выделение зародышей карбидной Фазы.Охлаждение с 800-850 е до 4504750 погружением в соляную ваннусоздает значительное перенасыщениематрицы стали углеродом и выделениекарбидов хрома на зародышах карбидНЬй фазы Выдержка в соляной ванне регламентируется также диаграммой изотермического превращения со стороны длительной выдержки 10-15 ч для предотвращения возможного снижения механических характеристик. Выдержка в соляной ванне менее 10 ч не позволяет произвести выделение карбид ной фазы на границах первичного аустенитного зерна в необходимых количествах.Согласно диаграмме состояния стали 20 х 13, точнее диаграмме состоя- О ния системы железо - хром - углерод по разрезу 13 хрома при температуре до 8000 карбидная фаза практически полностью состоит из карбида СгС, Медленное охлаждение в режиме старе ния стали обуславливает образование зародышей этого карбида, а изотермический отпуск при 450 ф 100 блокирует ,границы первичных аустенитных зерен от возможности возникновения несовершенств при мартенситном превращении в охлажденной до комнатной .темпе. ратуры стали, последующий отпуск при 350 создает более однородный уровень напряжений в стали. При этом обеспечивается более высокий уровень твердости и прочности стали, обработанной по предлагаемому способу, что очевидно из приводимых ниже примеров. 30П р и м е р 1. Образцы стали из листа промышленной поставки стали 20 Х 13, ЗОХ 13, 40 Х 13, с составом по ГОСТ 5632-72 размером 30 ЗОВ 2 мм с 1010+10 е охлаждают до 850-10 со скоростью 5 ф в минуту, затем закаливают в соляную ванну с температурой 450-10 в минуту, и подвергают иэотермической выдержке при этой температуре 10-15 ч, после этого закаливают в масло до комнатной тем пературы и проходят последующий отпуск при 3501100 в течение 2 ч с охлаждением на воздухе (предлагаеьий способ ). Образцы стали, обработанные по предлагаемому способу, не 45 имеют хрупких разрушений при автоклавных коррозионных испытаниях на базе 5000 ч, Перед коррозионными испытаниями на образцы наносят отпечатки шарика ф 10 мм на прессе 50 Бринелля при нагрузке 2 тн. Испытания проводят в чистой воде при 350 ф Образцы стали, закаленной на мартенсит и обработанной по режиму термической обработки, предложенной прототипом при аналогичных коррозионных испытаниях разрушаютсячерез 250-300 ч. Трещины возникают в районе лунки отпечатка. Режим термической обработки по известному способу ГОСТ 5632-76 закалка с 1010 10 фв воду, отпуск при 450 ф+ 10 2 ч, а также отпуск при 280 ф 2 ч и при 500 8 ч, охлаждение воздух.П р и м е р 2. Образцы стали марок 20 Х 13, ЗОХ 13, 40 Х 13, термически обработанные по предлагаемому режиму, приведенному в примере 1, подвергают ускоренным стандартным коррозионным испытаниям на склонность к водородному охрупчиванию. Образцы со стандартным отпечатком кипятят в растворе Н 50 + Сц 504+ + Ре,1(504) в течение 2 ч, Образцы марок стали, обработанные по данному режиму, показывают отсутствие склонности к хрупким разрушениям,образцы стали,.обработанные по известному режиму, забракованы из-за склонности к водородному охрупчиванию. В таблице приведены значения механических характеристик стали, обработанной по предлагаемому способу в сравнении с обработанной по известному.Предлагаемый способ внедряется на предприятия отрасли и в тех изделиях из коррозионностойкой стали, где наряду с высокими прочностными характеристиками требуется стойкость к хрупкому коррозионному разрушению при эксплуатации в водных средах с температурой выше 300Ожидаемый экономический эффект слагается из расширения области применения высокопрочной стали типа Х 13 для узлов машин и механизмов, где наряду с высокой прочностью требуется повышенная стойкость стали в водных средах с температурой выше 300, а также за счет повышения надежности и работоспособности этих систем.973639 7 Таблица 1а йе юв е ев е Иарка сталей и сплавов Номер марки Обозначение Применение Назначение Новое Старое 1-13 ЗОХ 13 ЗХ 13П р и м е ч а н и еСогласно ГОСТ 5949-75 режим низкого отпускаопределен .для стали ЗОХ 13, 40 Х 13 как отпускпри 200-300 фпосле закалки с 950.-10200,охлаждение в масле,1Таблица 2 Сталь марки НйС Режим термической обработки 20 Х 13 ЗОХ 13 40 Х 13 Нагрев до 1030-100,охлаждение до 850+10 Осо скоростью 5 град/мин,закалка в соляную,ванну с температурой 46 - 47450 + 10 ф изотермическаявыдержка при450-10 ф 10-15 ч,охлаждение в масло,отпуск при 350 ф 2 ч,охлаждение воздух 48 - 52 54 - 55 Закалка с 1010-106 вводу отпуск при 450 ф 110 фохлаждение вода(ГОСТ 5632-76) 40 - 43 46,5 - 47 формула изобретения в водных. средах при температуре эксплуатации стали 350 ОС при сохране- .нии твердости и прочности, охлаждение ведут до 850 ф 10 ОС со скоростью Ю 5-1 град/мин., причем до 450110 ОС всоляной ванне с изотермической вы держкой 10-15 ч, а далее в масле, после чего производят отпуск при 350100 С 2 ч с охлаждением в 63 масле. Способ термической обработки изделий, преимущественно из хромистых коррозионностойких сталей, включающий нагрев до 1050-1100 С, регулируемое охлаждение, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повы- шения стойкости изделий против хрупкого коррозионного разрушения Режущий,мерительный и хирургический инструмент, пружины, карбюраторные иглы, предметы домашнего обихода, клапанные пластины компрессо- ров Сталь применяется после закалки и низкого отпуска со шяиФован- ной и полированной поверхностью обладает повышенной твердостью101 973639 Составитвль А.ДенисоваТехред С.Мигунова Корректор Г.Огар Редактор И. Митровка Заказ 8619/30 Тираж 587 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 9Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Способ новыыения коррозионнойстойкости стали. Бюлл. цНИИчермет,1979, 20, с. 51-53. 2. Авторское9 595402, кл. С 3. АвторскоеР 561740, кл. С 4. Авторское9 205862, кл. С свидетельство СССР21 О 6/00, 1976.свидетельство СССР21 О 1/78, 1976.свидетельство СССР21 О 1/38, 1966,