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

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

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 С 21 D 6/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1;-

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ „. ь|

«Дь (21) 3868498/22-02 (22) 19.03.85 (46) 23,09,86, Бюл. Р 35

{71) Уральский политехнический институт им. С.М.Кирова (72) С.Б.Михайлов, Н.А.Михайлова, Г.М.Гликин, Г.М.Огородникова, P.À.Ãîðîõîâ и О.Ю.Либенко (53) 621.785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1« 749914, кл. С 21 D 6/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР В 670622, кл, С 21 D 6/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

В 789606, кл. С 21 Р 6/00, 1978.

„„Я0„„1258848 А1 (54) (57) 1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАВ0ТКН ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ХРОМОН11КЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНО-МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА, включающий закалку, отжиг в интервале температур (Ас о

Ф

100 С) — Асэ и отпуск, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью предотвращения отпускной хрупкости и искривления 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 С.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем что отжиг в интерУ

О вале температур (Ас - 100 С) — Ас ведут в течение 3 - 6 ч.

1258848

35 ао стали, Ж: С 0,06; Ni 6,15; Cr 16,2;

Мп 0,39; Si 0,40; Р 0,021; S 0,004, Pe — остальное. Интервал обратного превращения 500-800 С определяют о

45 при нагреве со скоростью 200 С/ч.

Точку начала мартенситного превращения (М =-30 С) определяют при н о охлаждении с температуры 1000 С на воздухе.

50 Механические свойства стали после разных термообработок приведены в таблице.

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно хими- ческого, и может быть использовано при термической обработке нержавеющих сталей переходного класса.

Целью изобретения является предот" вращение отпускной хрупкости и искривления длинномерных изделий.

В химическом машиностроении для изготовления крупногабаритных деталей применяются высокопрочные нержавею» щие стали аустенитно-мартенситного (переходного) класса.

После закалки от 1020 С, 1 ч в воде нержавеющая сталь переходного класса содержит около 20-30Х мартенситной фазы.

Первый отжиг при Т - (Ас о (з

100 С) — Ас, 3-6 ч, приводит к увеличению количества мартенсита до 60707 и выявлению в структуре четкой полосчатости. Вероятно, полосчатая структура возникает при закалке, а в процессе отжпга в двухфазную область она проявляется за счет наличия химической неоднородности твердого раствора мартенсита.При травлении отожженных образцов сильно растравливается состаренный мартенсит. Анализ

Микроструктуры выявил преимущественное расположение этого мартенсита вдоль границ зерен у аустенита. Кроме состаренного мартенсита присутствует слабовытравливающийся мартенсит, который образовался иэ аустени- та, существовавшего в температурном интервале обратного превращения. При выдержке в этом интервале в результате перераспределения легирующих элементов состаренный мартенсит обогащается ферритообразующими элементами (Cr) и обедняется никелем, углеродом. В то же время, аустенит при отжиге 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 химического состава мартенсита и к некоторому по" вышению количества ревертированного аустенита. Ревертированный аустенитэто аустенит, сохранившийся при охлаждении из интервала обратного

М -- -превращения до комнатной температуры. 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 ЗОЕ. 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 30-40Х остаточного аустенита. Обработка холодом о (-70 С) образцов, подвергнутых предлагаемой термообработке, не изменяет их фаэовогб состава.

Пример. Проводят термическую обработку заготовок, изготовленных иэ поковок хромоникелевой аустенитиомартенситной стапи. Химический состав

Режим 1а " известный используеЭ о мый в производстве: закалка от 1020 С, 1 ч, в воде, отжиг 750 С, 3 ч, отпуск 340 С, 3 ч. Этот способ обеспечивает удовлетворительные механические свойства, но после отпуска длин1258848 номерных иэделий сохраняется биение о

>10 мм. Температура отпуска 340 С, 3-6 ч, не до ст аточн а дл я то г о, ч тобы убрать эффект коробления деталей. Для полного снятия этого эффекта необхо- ь димо повысить температуру отпуска о выше 400 С, но в данном случае обнаруживается отпускная хрупкость стали.

В режиме 1б ударная вязкость падает до 0,25 мДж/м и появляется камне-10 видный излом, отпуск снижает KCV на

0,81 МДж/м .

Режим 2 соответствует крайнему высокотемпературному пределу предлагаемого способа термической обработки.

Механические свойства удовлетворяют техническим условиям. Ударная вязкость после отпуска снижается на

0,4 МДж/м2, биение изделия отсутствует. Температуры отжигов и отпуска соответствуют максимально возможным температурам: Т, =800, Т =625, Т =500 С.

Для режимов 2 — 4 приводится разное время выдержек при отжигах и от- 25 пуске в пределах допустимого: режим с малыми выдержками Т1 =Т =З ч. Т 1ч; режим со средними по длительностй выдержками Т, =Т =4,5 ч, Т =З ч; режим с длительными выдержками Т, Т = 30

Т>--6 ч.

Режим 3 соответствует крайнему ниэкотемпературному пределу предлагаемого способа термической обработки. Температуры отжигав и отпуска являются предельно низкими: Т, =700, Т =575, Тз =400 С. Механические свойства удовлетворяют техническим условиям, наблюдается незначительное изменение ударной вязкости после отпус-40 ка 0,2 МДж/м, биение изделия отсутствует.

Режим 4 термической обработки способствует получению оптимальных механических свойств: Т, =750, Т =600,4g

Т 450 С. Механические свойства удовлетворяют техническим условиям, после отпуска ударная вязкость уменьшается незначительно — на 0,2 МДж/м, биение отсутствует. В отличие от режимов 2 и 3 уровень ударной вязкости наиболее высокий и достигает 1,26 МДж/м .

Изменение времени выдержек для отжигав в пределах 3-6 ч и отпуска в пределах 1-6 ч существенно не вли- яет на значения механических свойств.

Уменьшение времени выдержек отжигов менее 3 ч несколько снижает уровень ударной вязкости и приближает его к предельно возможному зяачению

0,4 МДж/м . Выдержка при отпуске менее 1 ч недостаточна для снятия внутренних напряжений, возникающих в изделии при предыдущей обработке, и поэтому не устраняет биение изделия. Увеличение выдержек более 6 ч нежелательно, так как снижает ударную вязкость и усиливает явление отпускной хрупкости.

При режиме 5 термической обработки температуры отжигов и отпуска превышают указанные пределы. Т,>Ас., Т > Ас,.+120 С, Т >Ас, . -Приведен слу"ай, когда Т, =850 С, 3 ч; Т 670 С, Зч;Т1550С,Зч.

Перегрев при первом отжиге способствует образованию карбидной сетки но границам аустенитных зерен, что понижает корроэионную стойкость изделий, из-за интенсивной межкристаллитной коррозии по границам эенен.

Перегрев при втором отжиге приводит к интенсивному перераспределению ле" гирующих элементов между мартенситом и аустенитом и, следовательно, получению мартенсита повышенной травимости, располагающегося вдоль границ зе- . рен. Нагрев изделий на температуры выше Act способствует протеканию обратного превращения — (a - ), снижению стабильности аустенитной фазы при охлаждении и„появлению внутренних напряжений, приводящих к короблению длинномерных иэделий. Следовательно, данная термообработка снижает коррозионную стойкость изделий и не предотвращает их коробление.

При режиме 6 термической обработки температуры отжигов и отпуска ниже о указанных пределов: Т,<Ас > -100 С, о

3 ч; Т сАс +75 С, 3 ч; T>i Act -100 С, 3 ч. Для примера взяты следующие температуры- TÔ=650 С, 3 ч3 Т2 =525 С, 3 ч; Т =350 С 3 ч. Первый отжиг про" водится с целью дестабилизации аустенита и получения мартенсита около

70-80Х. Низкая температура нагрева при первом отжиге не способствует полному протеканию карбидообразования и дестабилизации аустенита. Проводя второй отжиг при температурах ниже 550 С, попадаем в температурный интервал расслоения твердого раствора мартенсита по хрому, в результате чего происходит охрупчивание металла.

Низкие температуры отпуска не позвоS 125 ляют снять внутренние напряжения и ,предотвратить 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 нредлагаемого способа: ТэАс, +25 С, 3 ч, для стали 07Х16Н6 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 нредаагаеМого способа: Т Ас,+170 С, 3 ч, для стали 07Х16НЬ 670 С, 3 ч. Ведение отпуска 400 С, 3 ч, существенно . снижает ударную вязкость - на

0,45 ИДк/м и после отпуска KCV равняется 0,35 МДж/м, излом стали пре8848 6 имущественно хрупкий. Отсутствие от- пуска в 1-4 и 6-8 режимах приводит к сохранению коробления (биение

)10 мм), которое возникает в резуль . тате закалки и отжигов. Обработка холодом после предлагаемого режима 4 термической обработки не способствует появлению новой порции мартенсита, что указывает на стабильность фаэо lO вого состава и возможность работы иэ" делий в условиях низких температур.

Использование предлагаемого способа термической обработки изделий из высокопрочных, коррозионностойких сталей обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества: возможность предотвратить отпускную хрупкость изделий, а также коробление длинномерных изделий (биение 10 мм) после термической обработки; обеспечить сохранение полученного уровня свойств и размеров обработанных изделий Ри работе их в любых климатических условиях.

1258848 у 3

В к В

Ь МFI g.

34I К CI о

1 I

t В

I 1 л ф

В» 4Ч 4Ч

O ° O °

О O O 0 О

» ф о

° Ф а В о о ееЪ

O аЪ

O о

4Ч 4Ч

В В о о ф

I4l о ф «Ъ О Ь Ъ ЬЪ ф Ч, ф ЕЕЪ Ю ЕЪ . 4Ч л «Ъ ф а В В В ° а . В В °

О О О 0 О О В- О ееъ

«I

O «4 g «1 O

lFl

В

О 4Ч 4Ч О О IOI 4Ч 4Ч ЬЪ

4Ч 4Ч 4Ч «Е «4 4Ч Ial 4Ч ЕЧ е» ф ф

CFI 4FI

В В

0 О

ЬЪ

О

О О

О О

4Ч

О

Ф О

Ф О

° В

O

° e

Юе 4FI

° °

О О

O ° а °

4Ч OI Ье О 4Ч ЕЕЪ ЕЕЪ

Е ф Л ф 4F4 CII .ф 4F4 ф Л а а В а В а В В В а

О О .,О O О О 0 О О О

Л

»

O л

О Л О

Л ф Л

Q °

Л. Л

4»Ъ 44Ъ IA

Л Л Л

IF4 а

ФЪ»е

° М ° ъе ее ее Ф

Н Н еее Н °

° ° Ф ° ° еЪ

Н Н«М Н ННV. еЕЪ

IA

171 Ю °

В. >I 4 ° ее Ъ

777 т7С

ННН;1,"Н °

Ъм t. мм" ь

° Ъ 4ее

Ю ° н" м

«Ъ

В

ННН

Ф к

М л

Ф оv o

<Ь Ца

З с

IF

IlI е Ъ

° Ъ

v o

° В Л рv

Ь 4еЪ Я

IFl М ю

1 CI1 аМ

%Ф Ь \»t эВ

-3 и 1

Ф ao л

g %0

М 5 lo

Д3 Фее\

L а3

;Ф

2 3

ja) ° а

Ь Iel еф °

Kt»t o

Ф цл ье v

3 еъо

a I Ol

«1

g g

Й .

Ф

k3

1" ll о к

° ! и е к о и

RR CI ф к м

lg ««л а а 44

З g ЧЪ ОО

O и

1), )l

М 5 CI ф МН

K ф Ф» »Ю

О ВОЬ ° л лцл

va o

° ВЪ °

ОЛО

IFl e еЕЪ + 4 Ь

«44

ooo

Ь Ь О

О О О ееЪл A

Ю еЬ ееЪ

I258848 а

С Ê

О

В

4 о 3

3 ф

332 е ° л мчи атее о

kj

МЪ

Vt

О

3 й

Ф о оi

v e

IA

Ф

ФЧ

D ач .Ю

j ве д

1 в

III

v (7 е о

М

° °

Ф КФ М ФФФ м Ф ВЕ м 1

IO

Ю е\

Ю о

- Р л

Ю Ю

eyCIl

7 » фе

Ф ь

М В о в

O а о

Фл л

OV3и

О о)+в

Ф Ф.,k p, K%» е

a a >slits

1 ;Ц о «З.фь, X3v5 е a) Фig)е а ь

3 л Й лл сэ о ° vv ф 5J CJ v O CJ0 o

ЯфДЗ ЯЪ|8

gR ) Я©3

° Э

Е л

Ю о

Ф

3. ! ".

Ю

° 6

М

j5 0 . о

6 а

36 ф Ф.

CO о и

g ee ф еъ м и х е гд»

g ee

3" Г фн фЮ е

Ф