Способ термической обработки длинномерных изделий из хромоникелевых сталей аустенитно-мартенситного класса

(50 4 С 21 Р 6/00 РЕТ а ю- ерА Е ве ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЯЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ ОПИСАНИЕ ИЭОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРУ 749914, кл. С 21 0 6/00, 1977.Авторское свидетельство СССРВ 670622, кл, С 21 0 6/00, 1979.Авторское свидетельство СССРИф 789606, кл. С 21 Р 6/00, 1978. ЯО 1258848(54)(57) 1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ХРОМОН 11 КЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНО-МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА, включающий закалку,отжиг в интервале температур (АсоФ100 С) - Асэ и отпуск, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью предотвращения отпускной хрупкости и ис"кривления иэделий; после отжига проводят дополнительный отжиг при температуре на 75-125 С выше Ас в течение 3-6 ч, а отпуск ведут при температуре Ас, - 100 фС,2. Способ по п. 1, о т л и чи й с я тем, что отжиг в интвале температур (Ас - 100 С) - сэдут в течение 3 - 6 ч.превращения 500-800 С определяютф 45 при нагреве со скоростью 200 С/ч.Точку начала мартенситного превращения (М =-30 С) определяют принфохлаждении с температуры 1000 С навоздухе.50 Механические свойства стали послеразных термообработок приведеныв таблице. 55 Изобретение относится к областимашиностроения, преимущественно химического, и может быть использованопри термической обработке нержавеющихсталей переходного класса,Целью изобретения является предот"вращение отпускной хрупкости и ис. кривления длинномерных изделий.В химическом машиностроении дляизготовления крупногабаритных деталейприменяются высокопрочные нержавею"щие стали аустенитно-мартенситного(переходного) класса.После закалки от 1020 С, 1 ч в воде нержавеющая сталь переходногокласса содержит около 20-ЗОХ мартенситной фазы.Первый отжиг при Т (Асоз100 С) - Ас, 3-6 ч, приводит к увеличению количества мартенсита до 60"707 и выявлению в структуре четкойполосчатости. Вероятно, полосчатаяструктура возникает при закалке, ав процессе отжпга в двухфазную область она проявляется за счет наличияхимической неоднородности твердогораствора мартенсита.При травленииотожженных образцов сильно растравливается состаренный мартенсит. АнализМикроструктуры выявил преимущественное расположение этого мартенситавдоль границ зерен у аустенита. Кроме состаренного мартенсита присутствует слабовытравливающийся мартенсит, который образовался иэ аустени-та, существовавшего в температурноминтервале обратного превращения, Привыдержке в этом интервале в результате перераспределения легирующихэлементов состаренный мартенсит обогащается ферритообразующими элементами (Сг) и обедняется никелем, угле"родом. В то же время, аустенит приотжиге в интервале обратного превращения обогащается аустенитообраэующими элементами (никелем, углеродом).Образующийся иэ этого аустенита мартенсит отличается по химическому составу от состаренного мартенсита,Ведение второго отжига при температуре на 75 - 125 С выше Ас 1-6 ч,приводит к выравниванию химическогосостава мартенсита и к некоторому по"вышению количества ревертированногоаустенита. Ревертированный аустенит "это аустенит, сохранившийся приохлаждении из интервала обратногоМ превращения до комнатной темпера 5 0 15 20 25 30 35 ао туры. Температура второго отжига должна быть выше температуры протекания процессов расслоения мартенсита по хрому и ниже температуры, при которой образуется максимальное количество ревертированного аустенита, Выбранная температура второго отжига должна обеспечить максимальный уровень перераспределения легирующих элементов в мартенсите при слабом развитии диффузии атомов замещения между аустенитом и мартенситом.Это приводит к более равномерному и менее интенсивному протеканию расслоения во всем обьеме твердого раствора при отпуске. Содержание остаточного аустенита после отжига должно быть около 303. Охлаждение изделий с температуры первого и второго отжигов необходимо проводить на воздухе либо с более высокой скоростью, чтобы получить достаточное количество мартенсита. Нагрев до тем" пературы первого отжига должен прово- диться со скоростью не выше 130 С, чтобы обеспечить наибольшее выделение карбидов в теле зерна, а не по границам зерен. Скорость нагрева до температуры второго отжига должна быть более 300 С/ч, для того чтобы избежать понижения точки Ас, и иметь в структуре стали около 30-40 Х остаточного аустенита. Обработка холодомо(-70 С) образцов, подвергнутых предлагаемой термообработке, не изменяет их фаэовогб состава.П р и м е р. Проводят термическую обработку заготовок, изготовленных иэ поковок хромоникелевой аустенитномартенситной стапи. Химический состав стали, Е: С 0,06; К 6,15; Сг 16,2; Мп 0,39; 31 0,40; Р 0,021 р 8 0,004,Ре - остальное. Интервал обратного Режим 1 а " известный используеЭо мый в производстве: закалка от 1020 С, 1 ч, в воде, отжиг 750 С, 3 ч, отпуск 340 С, 3 ч, Этот способ обеспеФчивает удовлетворительные механические свойства, но после отпуска длин 1258848номерных иэделий сохраняется биениео10 мм. Температура отпуска 340 С,3-6 ч, недостаточна для того, чтобыубрать эффект коробления деталей. Дляполного снятия этого эффекта необходимо повысить температуру отпускаовыше 400 С, но в данном случае обнаруживается отпускная хрупкость стали,В режиме 1 б ударная вязкость лада"ет до 0,25 мДж/м и появляется камне видный излом, отпуск снижает КСЧ на0,81 МДж/м,Режим 2 соответствует крайнему высокотемпературному пределу предлагаемого способа термической обработки. 15Механические свойства удовлетворяюттехническим условиям. Ударная вязкость после отпуска снижается на0,4 МДж/м 2, биение изделия отсутствует. Температуры отжигов и отпуска 20соответствуют максимально возможнымтемпературам; Т, =800 Т=625,Т =500 С.Для режимов 2 - 4 приводится раз"ное время выдержек при отжигах и отпуске в пределах допустимого: режимс малыми выдержками Т 1 =Т=З че Т 1 ч 1режим со средними по длительностйвыдержками Т, =Т =4,5 ч, Т=З ч; режим с длительными выдержками ТТ ЗОТ=6 ч,Режим 3 соответствует крайнемуниэкотемпературному пределу предлагаемого способа термической обработки. Температуры отжигав и отпускаявляются предельно низкими: Т, =700,Т =575, Тз =400 С. Механические свойства удовлетворяют техническим условиям, наблюдается незначительное изменение ударной вязкости после отпус ка 0,2 МДж/м 2, биение изделия отсутствует.Режим 4 термической обработкиспособствует получению оптимальныхмеханических свойств: Т, =750, Т=600,45Т 450 С, Механические свойства удовлетворяют техническим условиям, послеотпуска ударная вязкость уменьшаетсянезначительно - на 0,2 МДж/м, биение,отсутствует, В отличие от режимов 2 5 Ои 3 уровень ударной вязкости наиболеевысокий и достигает 1,26 МДж/м.Изменение времени выдержек дляотжигав в пределах 3-6 ч и отпускав пределах 1-6 ч существенно не влияет на значения механических свойств.Уменьшение времени выдержек отжиговменее 3 ч несколько снижает уровень ударной вязкости и приближает егок предельно возможному зяачению0,4 МДж/м . Выдержка при отпускеменее 1 ч недостаточна для снятиявнутренних напряжений, возникающихв изделии при предыдущей обработке,и поэтому не устраняет биение изделия. Увеличение выдержек более 6 чнежелательно, так как снижает ударную вязкость и усиливает явление от"пускной хрупкости.При режиме 5 термической обработки температуры отжигов и отпуска прввышают указанные пределы. Т,АсТ Ас+120 С, Т Ас, . Приведен слуай, когда Т,=850 С, 3 ч; Т 670 С,Зч; Т 1 550 С,Зч.Перегрев при первом отжиге способствует образованию карбидной сетки о границам аустенитных зерен,что понижает корроэионную стойкостьизделий, из-за интенсивной межкристаллитной коррозии по границам эенен.Перегрев при втором отжиге приводитк интенсивному перераспределению ле"гирующих элементов между мартенситоми аустенитом и, следовательно, получению мартенсита повышенной травимости, располагающегося вдоль границ зе- .рен. Нагрев изделий на температурывыше Ас 1 способствует протеканию обратного превращения - (Ы-), снижениюстабильности .аустенитной фазы приохлаждении ипоявлению внутренних напряжений, приводящих к короблениюдлинномерных иэделий. Следовательно, данная термообработка снижаеткоррозионную стойкость изделий и непредотвращает их коробление,При режиме 6 термической обработкитемпературы отжигов и отпуска нижеоуказанных пределов: Т,Ас-100 С,о3 ч; ТсАс +75 С, 3 ч; ТсАс -100 С,3 ч. Для примера взяты следующие температуры: Т,=650 С, 3 ч; Тд =525 С,3 ч; Т=350 С 3 ч. Первый отжиг про"водится с целью дестабилизации аустенита и получения мартенсита около70-803. Низкая температура нагревапри первом отжиге не способствуетполному протеканию карбидообразования и дестабилизации аустенита. Про"водя второй отжиг при температурахниже 550 С, попадаем в температурныйинтервал расслоения твердого раствора мартенсита по хрому, в результатечего происходит охрупчивание металла.Низкие температуры отпуска не позвоВ 125 ляют снять внутренние напряжения и 1 Редотвратить коробление вала. Кроме того, обработка холодом изделий, термообработанных по, этому режиму, приводит к изменению размеров вследствие дополнительного мартенситного превращение при переохлаждении.При режиме 7 термической обработки температура. только второго отжига ниже предела, укаэанного для предлагаемого способа: ТщАс,+25 С, 3 ч, для стали 07 Х 16 Н 6 525 С 3 ч. В данном случае ударная вязкость после отпуска изменяется незначительно, но уровень ее очень низкий, излом преимущественно хрупкий.При режиме 8 термической обработки температура только второго отжига выпе предела, указанного для предлагаемого способа: ТАс,+170 С, 3 ч, для стали 07 Х 16 НЬ 670 С, 3 ч. Ведение отпуска 400 С, 3 ч, существенно . снижает ударную вязкость - на 0,45 ИДж(м и после отпуска КС 7 равняется 0,35 МДж/мф, излом стали пре 8848 Фимущественно хрупкий. Отсутствие от-пуска в 1-4 и 6-8 режимах приводитк сохранению коробления (биение)10 мм), которое возникает в резуль- . тате закалки и отжигов. Обработкахолодом после предлагаемого режима 4термической обработки не способствует появлению новой порции мартенсита,что указывает на стабильность фаэо вого состава и возможность работы иэ"делий в условиях низких температур. Использование предлагаемого спосо"ба термической обработки изделий извысокопрочных, коррозионностойкихсталей обеспечивает по сравнениюс известными следующие преимущества:возможность предотвратить отпускнуюхрупкость изделий, а также коробле 2 б ние длинномерных изделий (биение10 мм) после термической обработки;обеспечить сохранение полученногоуровня свойств и размеров обработанных изделий при работе их в любыхклиматических условиях.м е е Ф .ф Э ф лФо о о о о о О ве й л.л л ф Ол О вв л ф л ЬЕ ВВМ Ев ЮЕН-Н 1 НВЮн н м н нн В 1" В 1 ннн(в ф вл ЦЕ вв к-3 л Ц Ме Рл а + + а 8 евФ ,е, 444 й с В 8 Эе еоооел мсфе мз ВЭ фгЪВВвачл Ъ Мао юфй 4 Ва 4ДЯ ФН Вв Вь 12 3 аел абак атееФ Ою Ф 3 й ф Фф еЮ (фью О ФЧ о фч .Оде 15к УФюФ ВЕ МЪ Ф О 01 й о;ЦОЗД,л 36Я31еь 3л В ллСЭ ООО РСфа ООФ ф ЯфдЗ. ЯОфре розЭ Е а о1".М 1 Я о 6 Ьа лУ ф.т. МО Я к ееъ м и х гд Я ев юо фн 8 ю е Ф Я