Способ обработки нержавеющих сталей аустенитного класса

Способ обработки нержавеющих сталей аустенитного класса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1.СПОСОБ ОБРАБОТКИ НЕРЖАВЕЮ;ЩИХ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНОГО КЛАССА, вклю .чакмдий нагрев, охлаждение, холодную пластическую деформацию в интервале 20-30% и отпуск, о т ли чающийся тем, что, с целью повышения жаропрочности и термической с±абильности упрочнения, охлаждение ведут со скоростью 100-200 град/с, а холодную пластическую деформацию проводят через время, не превышающее 10 с после окончания охлаждения. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев ведут до 12-00-1250 С. 3.Способ по п. 1, о « л и ч а ю щ и и с я тем, что отпуск проводят при 780-820с в течение 1,5-2 ч.

(!9) (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК.

3(5В С 21 0 8 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

I, (54) (57 ) 1.СПОСОБ ОБРАБОТКИ НЕРЖАВЕЮ.ЩИХ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНОГО КЛАССА, вклю ,чающий нагрев, охлаждение, холодную пластическую деформацию в интервале 20-30% и отпуск, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения жаропрочности и термической стабильности упрочнения, охлаждение ведут со скоростью 100-200 град/с, а холодную пластическую деформацию проводят через время, не превышающее 10 с после окончания охлаждения.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что нагрев ведут до 1200-1250 С.

3. Способ по и. 1, о е л и ч а— ю щ я и с я тем, что отпуск прово- Е дят при 780-820 С в течение 1,5-2 ч. (21) 3402737/22-02 (22) 26 ° 02. 82 (46) 23.01. 84. Бюл. Р 3 (72 ) Ю. П. Гуль, В. Ю. Пилипченко, И. 3. Шуки с, В. Н. Данченко, A. П. Мирошниченко, Л.Л.Ляховецкая, О.С.Вильямс и Г.И.Хаустов (71) Днепропетровский ордена Трудо" вого Красного Знамени металлургический институт (53) 621.785.79:669.14.018.8(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 241481, кл. С 21 D 8/00, 1969

2. Бернштейн M.Ë. Термомеханическая обработка стали и сплавов.

М., "Металлургия", 1968, с, .442. (1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1068510

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к области упрочняющих обработок нержавеющих сталей аустенитного класса, применяемых для упрочнения изделий, цзготавливаемых холодной деформацией (в основном труб и прокатных изделий).

Известен способ обработки стали, включающий закалку, наклеп (25ЗОВ-ный) и старение (отпуск ) при

650 С в течение 35-50 ч. Такая об- 10 работка позволяет получить высокие прочностные и ..жаропрочные: (кратковременные) свойства для аустенитных нержавеющих сталей, дисперсионно твердеющих (например, сталь

ЭИ 395 ), в основном за счет выделения в процессе старения упрочняющей карбидной фазы (.13.

Недостатком указанного способа является то, что в результате такой обработки невозможно получение высоких прочностных и жаропрочных свойств у аустенитных сталей, не склонных к дисперсионному твердению (в том числе наиболее широко применяемых сталей типа 18-10, 18-10-Ti), так как небольшое количество второй фазы в этих сталях (главным образом карбидов хрома типа М23СЬ )не выэы вает сильного эффекта старения, присущего сложнолегированным дис- 30 персионно-твердеющим сталям.

Осуществление этого способа связано с большими энергетическими и временными затратами на проведение отпуска (старения) при 650OС в тече- 35 ние 35-50 ч, что приводит к удорожанию производства и к низкой производительности способа.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является 40 способ обработки нержавеющих сталей аустенитного класса, включающий нагрев, охлаждение, холодную пластическую деформацию в интервале 20-ЗОЪ и отпуск. Проводят закалку с 1200 С 45 в.воду после выдержки 40 мин, холодную пластическую деформацию со степенями 5, 10, .15, 25, 50 и 75Ъ и старение (отпуск 1 при 100, 200, 400, 600, 700, 800 и 900ОС в течение

1, 5, 10, 15, 25, 50 и 100 ч (2).

Недостатком известного способа является невысокая термическая стабильность получаемого упрочненного состояния при обработке изделий из аустенитной стали, не склонной к дисперсионному твердению. С точки зрения свойств она, в частности, выражается в резком падении твердости при нагреве в интервале температур 700-800 С. С точки зрения . 60 структуры, невысокая термическая стабильность проявляется в относительно раннем начале рекристаллизации (при температурах несколькО вы.ше 700 С, в то время как верхним 65 пределом рекомендуемых ГОСТом 5632-71 температур эксплуатации для этих сталей является 800OC), приводящей к увеличению балла зерна, что отрицательно влияет на жаропрочность.

Невысокие значения уровня прочностных характеристик (особенно условного предела текучести ) при температуре испытаний 800 С свидетельствует о низкой жаропрочности стали после указанной обработки.

Целью изобретения является повышение жаропрочности и термической стабильности упрочнения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки нержа,веющих сталей аустенитного класса, включающеь.у нагрев, охлаждение, холодную пластическую деформацию в интервале 20-ЗОВ и отпуск, охлаждение ведут со скоростью 100-200 град/с а холодную пластическую деформацию проводят через время, не превышающее 10 с после окончания охлаждения.

Нри этом нагрев ведут до 12001250 C. !

Кроме того, отпуск проводят при

780-820 С в течение 1,5-2 ч, При такой обработке изменение комплекса свойств происходит в основном за счет изменения субструктуры (формирования полигонизационных субграниц ). Устойчивость дислокационной структуры с точки. зрения как механической, так и термической стабильности должна быть обеспечена созданием "квазиравновесных", наиболее энергетически выгодных и потому наиболее устойчивых, дислокационных поверхностей раздела.

Окончательное формирование такой структуры происходит в процессе . после деформационного нагрева, однако определяющим моментом при этом является образование уже на стадии холодной пластической деформации четкой ячеистой дислокационной структуры. Максимально ускорить формирование возможно более совершенной ячеистой структуры за счет компенсации упругих полей дислокаций призвано применение предварительной термической обработки. Ее задача заключается в создании условий для неконсервативного скольжения дислокаций. Облегчение переползания дислокаций, ускоряющее формирование ячеистой структуры и уменьшающее сопротивление металла холодной деформации, стимулируется так называемой "вакансионной" закалкой, т.е. фиксированием при определенной скорости охлаждения, от определенной температуры и определенной избыточной концентрации вакансий (С ). Если

С1 м Со (равновесной при данной темв 8 пературе концентрации вакансий ), то пересыщение вакансиями действует

1068510

4 на дислокацию, как сила Г5, нормальная к плоскости скольжения, и следовательно, способствующая переползанию: (I

k Т siinnV Oe

Ьг -" Co

B где k - по стоян ная Больцмана;

Т вЂ” температура;

4 — угол между дислокационной линией и направлением скольжения;

Ь вЂ” вектор Бюргерса.

Сила, препятствующая переползанию, равна

F = - - sinV

Ьг где V — энергия образования вакане сии.

Тогда

1 г, )т с, — = — en —, Fя Чь Со

Для суще ств ен ного облегчения переползания дислокаций выдерживается отношение Fs » 0,7 F„.

Применительно к нержавеющим сталям аустенитного класса указанное условие выполняется при температуре нагрева под закалку не менее 1200 С. о

Снижение температуры нагрева приводит к раннему развитию рекристаллиэации в процессе последеформационного нагрева и соответствующему падению прочности. Нагрев до температуры выше 1250 С нецелесообразен, так как образующееся при этом пересыщение твердого раствор вакансиями не удается .зафиксировать при охлаждении в степени, позволяющей еще более улучшить комплекс прочностных жаропрочных свойств. Кроме того, такое повышение температуры нагрева приводит к увеличению энергетических затрат и усложнению оборудования.

Охлаждение из интервала температур 1200-12500 С проводят со скоростями, позволяющими в необходимой степени зафиксировать пересыщение вакансиями. Минимальная скорость охлаждения для выполнения этого условия составляет 100 град/с. Верхний предел (200 град/с) ограничивается технологическими возможнос- . тями существующего охлаждающего оборудования, применяемого в поточном производстве проката и труб..

Соблюдение не более чем 10-сек н ного интервала между окончанием охлаждения и началом деформац ии необходимо для повышения в конечном гтоге жаропрочности и термической с.абильности упрочнения, а также у-,ля снижения усилий холодной деформации. Увеличение выдержки перед деформацией более 10 с приводит к снятию пересыщения вследствие стока вакансий. Формирование ячеистой структуры при этом отличается неупорядоченностью, в результате чего дислокационные субграницы становятся менее устойчивыми. Их нестабильность доказывается результатами механических испытаний и исследований микроструктуры.

10 Холодную пластическую деформацию проводят со степенями 20-30% с целью создания стабильной дислокационной субструктуры, способствующей повышению прочностных и жаропрочных свойств стали. Применение более низких степеней деформации не приводит к существенному повышению прочности вследствие образования недостаточно четкой ячеистой субструктуры. Более высокие степени деформации отрицательно влияют на термическую стабиль» ность упрочненного состояния из-за получения нежелательного избытка дислокаций одного знака.

Отпуск проводят при 780-820 С в течение 1,5-2 ч с целью обеспечения удовлетворительного уровня пластич- -. ности, стабилизации структуры после холодной деформации и повышения коррозионной стойкости. Применение боЗО лее низких температур не позволяет получить удовлетворительную пластичность и ухудшает стойкость стали против межкристаллитнои коррозии.

Нагрев выше 820ОС приводит к разви35 тию рекристаллизации и снятию упрочнения, а также, при отсутствии защитной атмосферы, к интенсивному окалинообразованию.

Продолжительность отпуска в пре4р делах укаэанного интервала определяется временем, необходимым для стабилизации структуры холоднодеформированной стали, и зависит от степени холодной деформации: нижняя граница (1,5 ч ) соответствует 20Ъ, верхняя (2 ч) — 30%. При сокращении длительности отпуска структура не стабилизируется в необходимой степени. Увеличение .длительности отпуска нецелесообразно, так как не приводит к существенному улучшению комплекса свойств, увеличивая энергетические затраты и снижая производительность способа.

Пример. Трубы размером

55 18х2 мм из стали марки 08Х18Н10Т .нагревают в камерной электропечи с силитовыми нагревателями до 1200 С.

Сразу после достижения 1200ОС проводят закалку со скоростью охлаждения 100 .град/с до комнатной температуры. Через 9-10 с после окончания охлаждения трубы подвергают холодной пластической деформации редуцированием с суммарной сте65 пенью обжатия 20%. При этом прово1068510 отпуска 800 С и продолжительность отпуска 1,75 ч.

Результаты обработки приведены в таблице.

Пример 3. Обработку осуществляют по описанной технологии.

Температура нагрева 1250 С, скорость охлаждения 200 град/с, интервал между охлаждением и деформацией 7 с,. степень деформации ЗОВ, температура

10 отпуска 820 С и продолжительность отпуска 2 ч.

Результаты обработки приведены . в таблице.

Для получения .сравнительных дан35 ных проводят обработку труб того же размера из стали 08Х18Н10Т по оптимальному режиму известного способа: закалка с 1200 С после выдержки

40 мин, холодная пластическая .деформация со степенью 25%, отпуск при

700 С в течение 1 ч. Во время проведения деформации осуществляют с ,помощью месдоз запись усилий дефор:мации. Результаты обработки приве ЕНы в таблице.

Температура отпуска о<

Интервал между охлаждением и деформацией, с

Продолжительность отпуска ч

Усилия деформации, т

Степень деформа цнии ф

Температура наг зева, С

Скорость охлаждения, град/с

Способ обработки

700

1,0 7,62

1200

Известный

Предлагаемый.

1200 100

1230 150

1250

2,0

7 - 820

200

30 лжение таблицы

Продо

Механические свойства при

Твер- Номер дость, зерна

Н (ГОСТ

5639-65j

800 С

20 С

Способ обработки

Предел Относитекуче" тельное сти)6 2у удлине»

МПа ф

Предел прочности 68

МПа

Предел Предел прочно- текуче стифа,, сти,6

МПа МПа после нагрева до 800ОС

465

165 7-8

22 0

830

360 220

Известный

Предлагаемый

540 22,0

320

230 3

238 3

245 3

380

845

542 . 23,0

380 325

400 335

850

550 22,0

853 дят запись усилий деформации (полное давление металла на валки). Отпуск проводят в печи KS-9-14 при 780 С в течение 1,5 ч.

Механические испытания на растяжение проводят.на разрывной машине

Е0-10 при 20 и 800 С. Твердость измеря1от на приборе ТП-7Р-1 при нагрузке 50 Н и выдержке 12 5 с. ИсtIHTàíèÿ на сплющивание, раздачу, загиб и межкристаллитную коррозию, -давшие 100%-ный положительный резул тат, проводят согласно ГОСТ 1соответственно1 8695-75, 8694-75,, 3720-78 и 6032-75 (метод AM-15).

Микроструктуру изучают на поперечных микрошлифах с помощью микроскопа

МИМ-8А при увеличении во 100 крат.

Результаты обработки приведены . в таблице.

Пример 2. Обработку осуществляют по описанной технологии.

Температура нагрева 1230 С, скорость охлаждения 150 град/с, интервал между охлаждением и деформацией 10 с, степень деформации 253, температура

10 780 1,5 6,08

10 800 1,75

1068510

Составитель A. Денисова

Редактор H. Рогулич Техред ж.Кастелевич Корректор А. Зимокосов

Заказ 11400/23 Тираж 544 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Сравнительные механические испытания труб из стали 08Х18Н10Т, подвергнутых обработке по известному способу и подвергнутых термомеханикотермической обработке по предлагаемому способу, показали увеличение 5 предела текучести после термомеханикотермической обработки при температуре испытаний 800 C на 30-35% по сравнению с обработкой по .известному способу. Это важно, так как при высоких температурах выход детали из строя часто определяется черезмерной остаточной деформацией еще задолго до разрушения. Повышение условного предела текучести позволяет .использовать более высокие эксплуата.ционные нагрузки без больших остаточ. ных деформаций, что свидетельствует о повышении жаропрочности.

Измерение твердости труб, обработанных по режимам известного и предлагаемого способов, показало, что твердость последних выше во всем ,интервале температур отпуска (кроме 950 C). Максимальное различие значений твердости (в 1,5 раза) наблюдается при температуре отпуска

800 С, соответствующей верхнему .пределу эксплуатационных температур.- Это говорит о повышении механической стабильности упрочненно- 30 го состояния при нагреве.

Крупное зерно после обработки по предлагаемому способу сохраняется после нагрева до 800 С, в то время как после обработки по известному режиму рекристаллизации активно развивается уже при 700, С.

Таким образом, структурная стабильность упрочненного состояния при нагреве в совокупности с отг еченной механической стабильностью позволяет сделать вывод о повышении термической стабильности упрочнения в результате обработки по предлагаемому способу.

Усилия холодной деформации при обработке по предлагаемому спосОбу снижаются примерно на 15% по сравнению с известным.

Оптимальными параметрами термомеханикотермической обработки являются интервал температур нагрева

1200-1250 С, скорость охлаждения

100-200 град/с, временной интервал между окончанием охлаждения и началом деформации не более 10 с, интервал степеней холодной пластической деформации 20-30%, температура последеформационного отпуска

780-820 С, продолжительность отпуска 1,5-2 ч.

Применение технологии термомеханикотермической обработки при поточном производстве позволит расширить область применения труб иэ нержавеющих сталей аустенитного класса (возможно применение их в атомной энергетике ), повысить срок службы прокатных валков, снизить затраты на ремонт и переналадку деформирующего оборудования, увеличить производительность труда, повысить качество продукции, что приведет, к экономии дефицитных легирующих элементов.

Экономический эффект от внедрения предлагаемой обработки составит

430 тыс.руб. в год.