Способ термической обработки доэвтектоидной стали

)5 С 21 ИС Е АВТОРСКО ьский ческои но при идной еханиние их тратах ем, что мпераержку, охлажуск, наерхней рвала н) сз с выдер ва, охзводят ростьюС, где ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) А,П.Гуляев. Металловедение,. - Мталлургия, 1966, с.277.Авторское свидетельство СССРМ 931759, кл, С 21 О 1/28, 1983.Авторское свидетельство СССРЬЬ 1323594, кл, С 21 О 9/46, 1987,Изобретение относится к терми обработке и может быть использова термической обработке доэвтекто стали,Цель изобретение - повышение м ческих свойств проката и уменьше разброса при минимальных энергоза и искривлении профиля. Поставленная цель достигается т в способе, включающем нагрев до те тур межкритического интервала, выд охлаждение со скоростью 1-5 С/с,дение со скоростью 10-30 С/с и отп грев осуществляют до температур в половины межкритического инте- р --- А Асз + Ас 1 жкой т= К(Ав зависимости от температуры нагр лаждение со скоростью 1-5 С/с про до температуры 730 - 680 С, а со ск 10-30 С/с - до температуры 500 - 40(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДОЭВТЕКТОИДНОЙ СТАЛИ(57) Использование; изобретение возможно использовать при термической обработке доэвтектоидной стали. Сталь нагревают до Асз + АС 12Асз с выдержкой т= К(Асз- Тн) в зависимости от температуры нагрева, охлаждают со скоростью 1 - 5 С/с до 730 - 780 С, а затем со скоростью 10-.30 С/с до температуры 500 - 400 С, где К = 0,2 - 0,3 мин/ОС - эмпирический коэффициент, учитывающий химический состав стали; Ас 1, Асз - нижняя и верхняя температуры межкритического интервала, Тн - температура нагрева,1 ил,К = 0,2 - 0,3 мин/ С - эмпирический коэффициент, учитывающий химический состав стали; Ас 1, Асз - нижняя и верхняя температуры межкритического интервала; Тн - температура нагрева стали.При нагреве до температур верхней половины межкритического интервала Асз + Ас 12- Асз в структуре стали обеспечивается содержание оставшегося феррита в количестве 10 - 20%. При последующем быстром охлаждении и превращении аустенита, характеризующемся значительными объемными изменениями, оставшийся феррит с одной стороны подвергается деформации и упрочняется, а с другой стороны он поглощает часть внутренних напряжений, возникающих в металле при быстром охлаждении, особенно при превращении аустенита в мартенсит или бейнит, снижая этим самым общее искривление фасонного профиля с различной толщиной поперечного содержания в стали углерода и легирующих сечения. Кроме того, в связи с большей диф- элементов уменьшает коэффициент теплофузией легирующих элементов в феррите, проводности, при этом при нагреве до зачем в аустените, особенно фосфора, остав- данной температуры увеличивается шийся феррит, во-первых, упрочняется ле перепад температур по сечению и, в случае гирующими элементами, а, во-вторых, назначения для стали с высоким содержаниослабляет вредное влияние элементов, на- ем углерода и легирующих элементов (напри- пример фосфора, на уровень механических мер, для сталей 55 С 2, ЗОХ ГСА) меньшей свойств, особенно на уровень ударной вяз- выдержки, особенно при нагреве до темпера 10 туры нижнего заявляемого предела, приведетТаким образом нагрев до температур к получению в стали повышенного количества верхней половины межкритического интер- оставшегося феррита, что в свою очередь вала обеспечивает высокий комплекс меха- приведет к снижению прочностных характенических свойств стали при минимальных ристик. Экспериментальным путемустановэнергозатратахи искривлении профиля. 15 лено, что для доэвтектических сталейПовышение температуры выше заявля- эмпирический коэффициент "К" должен наемого предела исключает содержание в ста- ходиться в пределах 0,2-0,3, Меньшие знали оставшегося феррита и при чения коэффициента "К" назначают дл последующем быстром охлаждении уже не сталей с меньшим содержанием углерода и будет той структурной составляющей, кото легирующих элементов, а большие - для старая поглощала бы часть внутренних напря- лей с большим содержанием углерода и лежений. Следовательно, повышение гирующих элементов,температуры нагрева, кроме увеличения Охлаждение на первой ступени со скоо о энергозатрат, приводит к увеличению внут- ростью 1-5 С/с до температуры 730 - 680 С ренних напряжений и, как следствие, иск способствует снижению перепада темпераривлению фасонного профиля с различной тур по сечению при последующем быстром толщиной поперечного сечения, охлаждении, особенно в период фазовыхСнижение температуры нагрева ниже превращений, что ведет к снижению уровня заявляемого предела приводит к получению внутренних напряжений и искривления фав структуре стали большего количества ос сонного профиля с различной толщиной потавшегося феррита, и действующих меха- перечного сечения. При этом исключается низмов его упрочнения (деформационное выделение вновь образующегося феррита, упрочнение за счет внутренних напряже- Охлаждение на первой ступени до темний, возникающих в стали при быстром ох- пературы выше заявляемого предела привелаждении и превращении аустенита, и 35 дет к увеличению перепада температур по легирование) уже оказывается недостаточ- сечению при последующем быстром охлажно. Поэтому уровень механических свойств дении, особенно в период фазовых превращений в стали, а следовательно, кВыдержка г= К(Асз - Тн) в зависимости увеличению уровня внутренних напряжеоттемпературы нагрева направлена на пол ний и искривления фасонного профиля с учение в структуре стали оставшегося фер- различной толщиной поперечного сечения. рита в количестве 10 - 20. Охлаждение на первой ступени до темУвеличение выдержки более заявляемо- пературы ниже заявляемого предела привего предела, особенно при нагреведотемпе- дет к выделению вновь образующегося ратуры верхнего заявляемого предела, 45 феррита,приэтомобщееколичествоферриприведет к уменьшению количества остав- та с учетом оставшегося увеличится и прочшегося феррита и, как было указано выше, ностные характеристики снизятся.к увеличению уровня внутренних напряже- Охлаждение во второй ступени со скороний и искривления фасонного профиля с стью 10-30 С/с до температуры 500 - 400 С с различной толщиной поперечного сечения. 50 последующим нерегламентированным охУменьшение выдержки менее заявляе- лаждением, например на воздухе, обеспечимого предела, особенно при нагреве до тем- вает превращение аустенита в бейнит или пературы нижнего заявляемого предела, мартенсит. Перлитное превращение аустеприведет к увеличению количества остав- нита в этом случае исключается, Сталь, шегося феррита и к снижению уровня меха структура которой состоит из бейнита илимартенсита, имеет наиболее высокий уроЗначение эмпирического коэффициен- веньпрочностныххарактеристик.та К зависит от химического состава стали, Охлаждение на второй ступени до темот которого в свою очередь зависит коэффи- пературы выше заявляемого предела привециенттеплопроводности стали, Повышение дет к частичному превращению аустенита вперлит и снижению уровня механических свойств,Охлаждение на второй ступени до температуры ниже заявляемого предела, по существу, не изменит структуру стали, но увеличится расход воды на охлаждение, уровень внутренних напряжений и искривление фасонного профиля,На основании проведенного анализа, свидетельствующего о несовпадении заявляемого и известных технических решений, обусловленного признаками, которые отличают от прототипа заявляемое техническое решение, можно сделать вывод о его соответствии критерию "существенные отличия",Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема охлаждения доэвтектоидной стали по предлагаемому способу,По заявляемому способу целесообразной является следующая схема термической обработки доэвтектоидной стали (см, черт.), Сталь нагревают в печи с газовым или электрическим обогоевом до температуры верхней половины межкритического интервала, Выдержку при достижении заданной температуры назначают в зависимости от температуры нагрева и химического состава стали в соответствии с формулой;т= К(Асз -Тн)Температура критических точек и нагрева, эмпирический коэффициент К и продолжительность выдержки некоторых доэвтектоидных сталей представлены в табл, 1,После нагрева и выдержки сталь охлаждают на воздухе со скоростью 1-5 С/с до температуры 730 - 680 С, а затем ускоренно со скоростью 10-30 С/с до температуры 500 - 400 С, Дальнейшее охлаждение не регламентируется и может производиться, например, на воздухе.Температуру отпуска стали назначают в зависимости от требуемого уровня свойств стали, Так, для низкоуглеродистых сталей типа 10 Г 2 С 1 Д, предназначенных для сварных конструкций, из-за возможного разупрочнения при сварке температуру отпуска назначают не ниже 600 С, для рессорнопружинных сталей - 400-440 С, а стали 25 Г 2 СРД, предназначенной для работы в условиях повышенного коррозионно-абразивного износа, достаточным будет самоотпуск в процессе нерегламентированного охлаждения от температуры 500 - 400 С до комнатной или отпуск при температуре 200 С.Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Проводили термическую 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 обработку полосовой стали 10 Г 2 С 1 Д толщиной 10 мм с химическим составом,: С = 0,09; Мп = 1,27; Я = 0,85; Я =0,021; Р = 0,018; Си = 0,21; Т = 0,027; и боковины рештака угольного конвейера СПиз стали 25 Г 2 СРД с химическим составом, ф : С = 0,24; Мп = 1,23; Я = 0,73; 3 = 0,034; Р = 0,039; Со = 0,40; В = 0,0024; Т = 0,03; А = 0,04. Минимальное сечение боковины рештака 10 мм, максимальное - 20 мм, Сталь до заданной температуры нагревали в газовой печи, Режимы термической обработки и механические свойства стали 10 Г 2 С 1 Д представлены в табл. 2, а стали 25 Г 2 СРД - в табл, 3. Отпуск стали 10 Г 2 С 1 Д, термообработанный по предлагаемому способу, проводили при температуре 600 С, а по известному - при 150 С. Отпуск стали 25 Г 2 СРД как по предлагаемому. так и по известному способам проводили при температуре 200 С,При термической обработке сталей по известному способу деформацию после термической обработки не проводили, так как эти стали предназначены для изготовления сварных металлоконструкций и деформации не подвергаются.Режимы 1 - 7 в табл. 2 и 3 иллюстрируют термическую обработку по предлагаемому способу, а режимы 17-18 - по известному. Изменение режимов термической обработки стали 10 Г 2 С 1 Д (табл. 2) в пределах заявляемых параметров обеспечивает следующее повышение механических свойств по сравнению с исходным состоянием:от на 115 - 130 Н/мм, гтв на 100 - 120 Н/мм, ударная вязкость на 61 - 73 Дж/см,2 2 и достигают значений: а, = 465-480 Н/мм, ств= 560 - 580 Н/мм, ударная вязкость приг-40 С = 93 - 113 Дж/см. При термической обработке по известному способу достигается значительно меньшее повышение механических свойств:%г, на 20 - 50 Н/мм, сЪг на 30-60 Н/мм, ударная вязкость при -40 С на 10 - 45 Дж/см, и составляют; о = 370 - 400гН/мм, сЪ =,490 - 520 Н/мм, ударная вяз 2кость при -40" С =42 - 75 Дж/см, Отсюда следует, что заявляемый способ обеспечивает более высокий и равномерный уровень механических свойств по сравнению с известным.Режимы 8 - 16 иллюстрируют термическую обработку за пределами параметров заявляемого способа. Повышение температуры нагрева выше 860 С (режим 11), увеличение продолжительности выдержки до 30 мин (режим 10), повышение температуры окончания охлаждения на первой ступени до 800 С (режим 13) и снижение температуры окончания охлаждения на второй ступе45 50 55 ни до 300 С (режим 15), а также проведение закалки из аустенитной области (режим 12) практически не повышают механические свойства стали по сравнению с механическими свойствами стали, термообработанной в соответствии с заявляемым способом (ср. с режимами 1 - 7). Таким образом, проведение термической обработки по режимам, превышающим заявленные параметры, оказывается экономически нецелесообразным из-за повышенных энергозатрат,Снижение же температуры нагрева до 760 С, что соответствует нижней половине температур межкритического интервала (режим 8), уменьшение продолжительности выдержки при нагреве до нижней температуры заявляемого способа (режим 9), снижение температуры окончания охлаждения на первой ступени до 600"С (режим 14) и повышение температуры окончания охлаждения на второй ступени до 500 С (режим 16) приводят к снижению прочностныххарактеристик и ударной вязкости.Такие же результаты по механическим свойствам были получены на боковине рештака из стали 25 Г 2 СРД (табл, 3).Однако повышение температуры нагрева выше заявляемого предела (режим 11), увеличение продолжительности выдержки при нагреве до верхней температуры заявляемого интервала (режим 10), повышение температуры окончания охлаждения на первой ступени выше заявляемого (режим 13) и снижение температуры окончаниМ охлаждения на второй ступени до 300" С (режим 15) приводит к увеличению уровня внутренних напряжений и искривлению боковины рештака, у которой толщина поперечного сечения изменяется от 10 до 20 мм. Так, искривление боковины рештака увеличилась с 1 - 3 мм при обработке по режимам в соответствии с заявляемым способом до 4- 6 мм при обработке по вышеперечисленным режимам, При закалке из аустенитной области (режим 12) искривление боковины рештака было максимальным и составилооколо 10 мм.5 Лабораторные испытания заявляемогоспособа термической обработки доэвтектоидной стали свидетельствует, что положительный эффект при осуществленииизобретения получается благодаря тому,10 что по сравнению с известным способомдостигается более высокий комплекс механических свойств без последующей пластической деформации при минимальныхэнергозатратах и искривлении фасонного15 профиля,Использование заявляемого способа неоказывает дополнительного отрицательного влияния на окружающую среду.Формула изобретения20 Способ термической обработки доэвтектоидной стали, включающий нагрев дотемператур межкритического интервала,выдержку, охлаждение со скоростью 1 -5 С/с, охлаждение со скоростью 10 - 30 С/с25 и отпуск, о тл и ч а ю щи й с я тем, что, сцелью повышения механических свойств,уменьшения их разброса при минимальныхэнергозатратах и искривления профиля, нагрев осуществляют до температуры верхней30 половины межкритического интервала 35 с выдержкой т= К(Асз-Тн) в зависимости оттемпературы нагрева, охлаждение со скоростью 1-5 С/с производят до температуры 730 - 680 С и со скоростью 10 - 30 С/с - до температуры 500 - 400 С, где К = 0,2 - 0,3 40 мин/С - эмпирический коэффициент, учитывающий.химический состав стали; Т, - температура нагрева стали.1803438 12 Таблица 3 бя,Н/ммз Т первой ступени,С Тк,6 т э1/миз Т второй ступени,ф 0 т, мин Т пп Кривизнапрофиляна длине630 мм,25 390 610 0,0 Исходное состояние Заявляемый 680 500 400 400 1,0 9,59,810,2 680 12 2,0 12 730 680 680 1,0 500 400 10, 1 З,С 9,710,5 500 400 2,0 730 730 680 680 680 9,5 10,5 10,2 10,1 9,4 8,7 9,70 12 500 500 500 2,0 1,0 4,0 680 5,0 500 12 Закалка 6,0 4,0 300 800 500 500 300 550 600 680 3,0 10,3 0 10,1 10,8 1360 1240 3,0 2,0 730 Известный способ (прототрп) 50 220 55817 760 12 18 760 12 600 450 11,2 3,2,0 150 680 1070 3,0 Фсз-Фс г Составитель Н,ЛегейдаТехред М.Моргентал рректор М,Петрова Редактор А.Полионова Заказ 1033 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 т "Патент", г, Ужгород Производствен