Способ обработки низколегированной стали

СООЭ СОВЕТСКИХаааилсаеивииРЕСПУБЛИН ае -аи ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк АВУОАОЙОВТ аВВВВтасьстйу ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛИРЫТИЙ 7 АЗа) С 21 0 8/00фС "С ТаЙЙя, а(56) 1. Бернштейн М.Л., Термомеханическая обработка металлов и сплавов.М., "Металлургия", 1968, с. 22-23,2, Авторское свидетельство СССРВ 42707.1, кл. С 21 Р 8/00, 1972.2. Патент США 9 3423252,кл. 148-12, опублик. 1969.(54) (57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ, преимущественно ссодержанием углерода 0,1-0,3%, вклю"чающий аустенизацию, подстуживание,деформацию и упрочняющую термическуюобработку, о т л и ч а ю щ и й,с ятем, что, с целью повьппения прочности, подстуживание осуществляют доАг - (50-80) С со скоростью 1-10 С/са деформацию производят в изотермических условиях со скоростью 10-10с до степени не более 40%, затемсо скоростью 5 10- 10" с 1 ,причемсуммарная степень деформации составляет не менее 70%.Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при обработке давлением низколегированных сталей с содержанием углерода 0,1-0,37. 5Известен способ термомеханической обработки стали, включающий нагрев до температуры аустенизации, пластическую деформацию, немедленную закалку на мартенсит и отпуск 11 . 10Однако применение данного способа при обработке низкоуглеродистой мало- легированной стали не дает существенного повышения свойств по сравнению с обычной закалкой и отпуском, 5Известен способ обработки стали, включающий нагрев до температуры выше Ас,(Ас, + 50-70 С) са скоростью более 100 оС/с, подстуживание, деформацию аустенита до 35-707, отпуск 20 и деформацию мартенсита до 3-153 2 .Недостатком этого способа является необходимость применения высокоскоростного нагрева, что трудноосуществимо для заготовок большого25 сечения, а деформация заготовок смартенситной структурой сопряжения с известными трудностями и связи с их повышенной прочностью.30Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомурезультату является способ обработкистали включающий аустениэацию заго"Ъотовок при 900-930 С в течение 0,10,3 ч, обеспечивающую получение мелких зерен аустенита, подстуживание.до 760 С, выдержку в течение 1 ч,многократную прокатку с суммарнымобжатием 807 (при единичном обжатиимежду проходами 207) и промежуточными подогревами до 760 С и завершающую термообработку 31,Недостатком известного способа является необходимость применения длительной вьдержки перед,прокаткой ипромежуточных подогревов, что снижает производительность процесса. Сдругой стороны прокатка в аустенитноферритной области проводится после 50окончания полного распада аустенита,при этом длительная выдержка существенно укрупняет микроструктуру стали.Последующая деформация проводится еотносительно небольшими степенями 55обжатия, что не обеспечивает стальдостаточно высокими значениями прочности. Целью изобретения является повышение прочности,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу обработки низколегированной стали преимущественнос содержанием углерода 0,1-0,37,включающему аустенизацию, подстуживание,деформацию и упрочняющую термическуюобработку, подстуживание осуществляютдо Аг, -(50-80 С) со скоростью 110 С/с, а деформацию производят виэотермических условиях со скоростью10- 10 1 с 1 до степени не более 403,затем со скоростью 510 - 10 спричем суммарная степень деформациисоставляет не менее 707.Повышение прочностных свойств сталиобусловлено комплексом микроструктурных изменений; происходящих в процессе деформации и термообработки.Нагрев выше Ас позволяет получитьв сталях мелкое зерно аустенита с размером 10-15 мкм.Подстуживание до температур Аг-50-80 С со скоростями 1-,10 С/с фикосирует в стали состояние переохлажденного аустенита. Указанный интервалтемператур деформации стали с содержанием углерода 0,1-0,.37 соответствует фазовому составу стали с ферритомв количестве 40-603, что способствует Формированию перед деформациейс малыми скоростями микроструктуры ссоотношением Феррита и аустенита близким 1: 1, Снижение или повышение температуры деформации соответственнопонижает количество феррита или аустенита. В то же время эти температурыявляются оптимальными для сверхпластической деформации низколегированныхмалоуглеродистых сталей с мелкимзерном. Увеличение скорости охлаждения более 10 С/с нецелесообразноОиз-за сложности определения степенипереохлаждения аустенита. Применениескорости менее 1 С/с приводит к вьюделению феррита до начала деформирования, что резко увеличивает неоднородность структуры и оказывается науровне прочностных свойств, достигаемых после обработки. Деформация переохлажденного аустенита сопровождается насьпцением его дефектами кристаллической решет" ки, служащими зародьппевыми центрами для выделения зерен феррита. Одновременно с этим в стали протекают процессы рекристаллиэации, что, в ко1101457 нечном итоге, приводит к формированию в стали мелкозернистой феррито-аустенитной структуры. Использование скоростей, больших 10с 1, подавляет процессы рекристаллизации и приводит к формированию неоднородной структуры в стали и полосчатости выделения .Феррита. Нижний предел скорости деформации Е = 10 с обусловлен необходи мой степенью измельчения зерна. Уменьшение скорости деформации менее 10 с приводит к увеличению размеров зерен, что снижает эффект повьппения прочности.Необходимость деформации до степе ни 407 обусловлена также степенью измельчения зерна,.величина которого после такой обработки (3-4 мкм) при указанных температурах и скоростях деформации получается лишь при достиО жении 407Уменьшение скорости деформации после достижения степени 40% до Е= =5 10 э с . позволяет деформировать заготовки в условиях сверхплас тичности, что позволяет деформировать заготовки с большими степенями без образования трещин и нарушения сплош" ности3Повышение скорости Я 2 более 5 10 сз увеличив ает неоднородность микрострук туры в заготовках, что снижает прочностные свойства стали. Использование скоростей меньше 10"1 с 1, снижающее производительность процесса, неце лесообразно.35Наибольшее повышение свойств стали наблюдается при суммарной степени. деформации более 70 Ж и связано с за-вершением формирования мелкозернистой1 О аустенитно-ферритной микроструктуры.П р и м е р 1. Заготовки иэ низколегированной стали 15 ХСНД нагревают до 900 С (Ас + 20 С) и выдерживаютв течение 10 мин. Затем заготовки охлаждают со скоростями 0,5; 1,0;45 10 С/с до температур 760, 780, 810, 850 С (Агэ - 100, 80, 50,. 10 С) и деформируют на гидравлическом прессе, причем программу нагружения выби.рают такую, что до степени деформации 407 деформацию производят со ско ростями Е, = 110; 1 "10 ; 110 э а затем деформация производилась со скоростями Еэ=10; 51 О; 10 до суммарной степени деформации 707., После Рохлаждения заготовки подвергались закалке с 930 о и отпуску при 500 С в течение 2 ч. 4Для сравнения свойств заготовок, получаемых по предлагаемому способу, с известными, часть заготовок стали15 ХСНП подвергалась нагреву до 930У затем часть заготовок закаливалась, лвугая часть осаживалась по 307. соскоростью 5 с 1 и закаливалась в воде часть подстуживалась до 760 С 31 и деформировалась на 607, затем охлаждалась в воде, Заключительной операцией для закаленных заготовок был высокийотпуск при 500 С в течение 2 ч. Результаты сравнительных меха. - нических испытаний стали, обработанной по указанным режимам, приведены в табл. 1 и 2.Сталь 5 ХСНД, деформированная в интервале температур 780-810 С со скоростью Е 1 = 10- 10 до степени 407 и с последующей деформацией со скоростью 5 10- 10после термической обработки -б В =73-75 кг/мм;6 = 61-63 кг/мм, что на 10-12 кг/мм выше, чем у стали, обработанной по известному способу (б= 62, 1 кг/мм, 6 = 50,7 кг/мм), на 5-6 кг/мм выше, чем прочность стали 15 ХСНЛ после ВТМО (бз = 68,6 кг/ммубор, =56,1. кг/мм), на 9-10 кг/мм 2 выше, чем у стали после обычной термообработки (бв = 64,0 кг/мм,бо= = 52,1 кг/мм). Использование способа без последующей термообработки также повьппает прочностные свойства стали. Предел прочности возрастает до 57,4 кг/мм (в исходном состоянии 53,6 кг/мм), предел текучести возрастает до 45,1 кг/мм (в исходном состоянии 35,0 кг/мм). Эти преимущества позволяют получать обработкой давлением изделие из низколегированной мало- углеродистой стали с повышенной прочностью, что снижает вес изделия и увеличивается его долговечность.П р и м е р 2. Предлагаемый способ также применим для повышения прочностных свойств сварных соединений из низколегированной стали. Заготовки стали со сварными швами, получейные электродуговой сваркой под слоем флюса на сварочном автомате АДФна следующих режимах: 1 С = 950-1000 А, 08 = 33-35 В, Чь = 18 м/ч, скорость подачи проволоки 148 м/ч (использовался флюс АНА и.присадочная проволока СВ-М 100 а), нагревали до900, выдерживали в течение 10 мин, подстуживали до 800 С, деформировали на гидравлическом прессе, причем10 ф.с , Е -- 510 с , и охлаждали на воздухе. Сварное соединениеЭ без обработки имеетбо= 26,8; Ов=50,5; 3:. = 207 После обработки-од= 47 ь 4 кг/мм6 = 58,2 кг/мм, 8 =187.Таким образом, применение изобретения позволяет повысить прочност/ные свойства сварного соединения на 15-40%.(бЕаоеЭ1ЦС;1О Ооао ди хОЙ 1 Ок ло л оло Ооо оо 1 О ДЕОоооаоо слХо о о 0 л 1 1оеЦ1 б1 Рл Оо1 йа1 Э1 й л с 4 о -о 0 -о х о и иф 1111111101457 О 4 0 ГОо И1101457 10 Таблица 2 Способ в,кг/мм о)кг/мм 3,7 Предлагаемый 53,6 26 35,0 Исходное состояние 23 64,0 52,1 22 56,1 68,6 20 59 63,5 21 45,1 57,4 63 61,1 74,0 Редактор Н. Джуган Заказ 4724/14 Тираж 540 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва,. Ж, Раушская наб д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Исходное состояние +закалка 930 С, отпуск500 С в течение 2 ч ВТМ 0 (Т = 930 С, Е = 30 ж,закалка в воде, отпуск500 оС, 2 ч) Известный (нагрев до900 С 10 мин, подстуживание до 760 оС, деформация Я = 803, охлаждениев воде) Предлагаемый способ (безтермообработки, нагревдо 900 С, подстуживаниедо 810 оС 10 еС/с,. Предлагаемый способ + закалка 930 оС, отпуск 500 С, 2 ч Механические свойства стали 15 ХСЦЦ Составитель И. ЛипгартТехред Т. Маточка Корректор А. ференц