способ термической обработки изделий из малоуглеродистой низколегированной стали

Классы МПК:C21D9/08 полых изделий или труб 
C21D1/20 изотермическая закалка, например получение бейнита
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Изотов Владимир Ильич
Приоритеты:
подача заявки:
1993-06-03
публикация патента:

Изобретение относится к металлургии, конкретно к способам обработки малоуглеродистой низколегированной стали, и может быть использовано для упрочнения труб большого диаметра, листов и т.д. Техническим результатом является получение структуры "вырожденного" перлита(псевдоэвтектоида), исключающей нарушения геометрии изделий (например, у труб - овальности, у листа - неплоскостности), а также повышение хладостойкости и стабильности комплекса механических свойств без снижения уровня прочности и пластичности. Сущностью изобретения является термическая обработка изделий, включающая аустенитизацию при Ac3+ (60 - 100способ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051C) и охлаждение со скоростью, обеспечивающей сохранение аустенита до температуры способ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051 при которой проводят выдержку, где способ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051 - температура минимальной устойчивости аустенита в области феррито - перлитного превращения. Охлаждение до температуры выдержки проводят водой или в ванне с температурой способ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051 При этом, если выдержку проводят до полного распада аустенита, то окончательное охлаждение ведут с произвольной скоростью. Если выдержку проводят до степени распада аустенита не менее 70%, то окончательное охлаждение ведут медленно. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2

Формула изобретения

1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ, включающий аустенизацию и охлаждение, отличающийся тем, что аустенизацию проводят при Ac3 + (60 100oC), а охлаждение ведут со скоростью, обеспечивающей сохранение аустенита до температуры

способ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051 при которой проводят выдержку, где способ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051 температура минимальной устойчивости аустенита в области ферритоперлитного превращения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение до температуры выдержки ведут водой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение и выдержку ведут в ванне с температурой

способ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051

4. Способ по п.1 или 2, или 3, отличающийся тем, что выдержку проводят до завершения полного распада аустенита, а окончательное охлаждение ведут с произвольной скоростью.

5. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что выдержку проводят до степени распада аустенита не менее 70% а окончательное охлаждение ведут медленно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, конкретно, к способам термической обработки малоуглеродистой низколегированной стали, и может быть использовано для упрочнения труб большого диаметра, листов и т.д.

Известные способы термической обработки листов и труб из малоуглеродистой низколегированной стали, включающие термоулучшение закалку и высокий отпуск, имеют существенные недостатки, главными из которых являются коробление при закалке и нестабильность механических свойств [Л.Г.Поздняков и др. "О влиянии температуры и длительности нагрева под закалку на механические свойства низколегированных сталей для труб", сб. "Термическая обработка металлов", вып. 1, 1972, М. Металлургия, с. 58-62. К.Ф.Стародубов, Л.Г.Поздняков "Термическое упрочнение двухслойных спиральношовных труб", там же, с. 62-66]

В качестве прототипа взят известный способ термической обработки труб большого диаметра (820-1220 мм) из стали 17Г1С, включающий нагрев до 920 способ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051 20оС, спреерное охлаждение (закалка) водой и отпуск закаленных труб при 620-650оС. [К.Ф.Стародубов и др. "Термическое упрочнение электросварных спиральношовных труб большого диаметра из сталей 17Г2СФ и 17Г1С", сб. "Термическая обработка металлов" вып. 7, 1978, М. "Металлургия", с. 14-15] После такой обработки структура металла представляет собой высокоотпущенного мартенсита (сорбит отпуска) и 10-30% свободного феррита, что обеспечивает следующий комплекс механических свойства: способ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051т= 42-58 кг/мм2, способ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051в= 62-78 кг/мм2, способ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051 16-26% КСU-40 4,0-8,8 кгс м/см2. Большой разброс прочностных и пластических свойств обусловлен различием в количестве свободного феррита в структуре стали вследствие колебаний расхода и температуры охлаждающей воды и, как следствие, неоднородности закалки [С.А.Голованенко и др. "Структура и свойства термически упрочненной стали типа 16Г2", сд. "Качественные стали и сплавы" N 2 1977, М. Металлургия, с. 29-32] Кроме того, в результате закалки с получением способ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 203405190-70% мартенсита происходит нарушение геометрии труб, в частности, появляется овальность их сечения. Устранение свободного феррита в структуре малоуглеродистой низколегированной стали при термоулучшении по применяемой технологии практически невозможно из-за чрезвычайно большого расхода воды, не реализуемого на практике. Устранение коробления тонкостенных изделий также невозможно при закалке на мартенсит с охлаждением до низкой темпе- ратуры.

Техническим результатом изобретения является получение структуры "вырожденного " перлита (псевдоэвтектоида), исключающей нарушения геометрии изделий (например, у труб овальности, у листа неплоскостности), а также повышение хладостойкости и стабильности комплекса механических свойств без снижения прочности и пластичности.

Указанный результат достигается тем, что в способе термической обработки изделий из малоуглеродистой низколегированной стали, включающем аустенитизацию и охлаждение, согласно изобретению, аустенитизацию проводят при температуре Ас3 + (60-100оС), а охлаждение ведут со скоростью, обеспечивающей сохранение аустенита до температуры Tспособ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051- (50-120оС), при которой проводят выдержку, где Tспособ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051 температура минимальной устойчивости аустенита в области феррито-перлитного превращения. Охлаждение от температуры аустенитизации до температуры выдержки ведут водой. Охлаждение и выдержка могут быть осуществлены в ванне с температурой Tспособ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051- (50-120оС), например, в селитровой. Выдержку проводят до завершения полного распада аустенита, а окончательное охлаждение ведут с произвольной скоростью. Выдержка может быть проведена до степени распада аустенита не менее 70% а окончательное охлаждение ведут медленно, например, с печью.

В результате термообработки по заявленному способу в металле формируется структура "вырожденного" перлита (псевдоэвтектоида), отличающаяся мелким (4-7 мкм) зерном феррита неправильной формы с сильно извилистыми границами и равномерным распределением цементита внутри и по границам зерен. Такая структура обеспечивает высокий и стабильный комплекс механических свойств.

При термообработке по предлагаемому способу исключается коробление металлургических изделий (труб, листов) за счет снижения внутренних напряжений, которые в случае формирования структуры "вырожденного" перлита значительно меньше, чем при образовании мартенсита. Кроме того, ниже уровень термических напряжений, так как резкое охлаждение производится до более высокой температуры ( способ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051до 500оС), чем при закалке на мартенсит ( способ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051до 20оС).

Более низкая и более высокая температура аустенитизации (по отношению к заявленной температуре) не обеспечат получение оптимального размера аустенитного зерна у малоуглеродистой низколегированной стали и затем при охлаждении не обеспечат получение конечной структуры "вырожденного" перлита. В частности, после аустенитизации при низкой температуре и охлаждения будет формироваться обычная феррито-перлитная структура; после более высокой, чем оптимальная, температуры нагрева при охлаждении будет формироваться структура видманштетта и верхнего бейнита.

Температурный интервал изотермической выдержки располагается между интервалами феррито-перлитного и бейнитного превращений. Если скорость охлаждения с температуры аустенитизации до температуры выдержки достаточна, чтобы подавить распад аустенита, то изотермическая выдержка при температуры Tспособ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051-(50-120оС) позволяет сформироваться из переохлажденного аустенита структуре "вырожденного" перлита. Выдержка при более высокой температуре изотермы приводит к образованию обычной феррито-перлитной структуры, при более низкой способствует формированию нежелательной структуры "сдвигового" типа (бейнита или мартенсита).

Использование воды в качестве охлаждающей среды обеспечивает охлаждение изделий с температуры аустенитизации до температуры Tспособ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051-(50-120оС) со скоростью, которая исключает распад аустенита выше температуры Tспособ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051-(50-120оС). Использование охлаждающих сред другого типа с меньшей охлаждающей способностью не обеспечивает необходимой скорости охлаждения.

Сопоставимой с водой охлаждающей способностью обладает расплавленная селитра (соль), которая будучи нагрета до температуры Tспособ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051-(50-120оС), обеспечивает не только необходимую скорость охлаждения изделий, но позволяет затем провести изотермическую выдержку при этой температуре.

Выдержку при температуре Tспособ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051-(50 -120оС) проводят в течение времени, необходимого для полного распада (превращения) аустенита, при этом последующее охлаждение можно производить с любой скоростью. Если время выдержки при Tспособ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051-(50-120оС) ограничено периодом частичного, но не менее 70% распада (превращения) аустенита, то последующее охлаждение необходимо проводить медленно (с печью). Степень превращения менее 70% аустенита в структуру "вырожденного" перлита при изотермической выдержке при Tспособ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051-(50-120оС) не обеспечивает необходимого уровня механических свойств изделий.

Известны способы изотермической обработки сталей, включающие аустенитизацию выше или ниже температуры АС3, охлаждение до температуры Мн + (25-50оС) и выдержку при этой температуре, где Мн температура начала мартенситного превращения [И.С.Каменичный "Краткий справочник термиста" М.Машгиз, 1959, с. 71; авторское свидетельство СССР N 1164282 МКИ4 С 21 D 1/20, 1983 г. Указанная обработка приводит к формированию структуры, состоящей из смеси бейнита и мартенсита в различной пропорции, и применяется для высокоуглеродистых инструментальных и среднеуглеродистых конструкционных (машиностроительных) сталей. Ее применение для малоуглеродистой низколегированной стали также приведет к формированию структуры бейнита и мартенсита, которая существенно отлична от структуры "вырожденного" перлита.

Таким образом, предлагаемая обработка отличается от указанных выше температурным интервалом изотермической выдержки, типом образующейся структуры и применима к иному классу сталей строительных (трубных и др.) малоуглеродистых низколегированных.

На чертеже представлено схематическое изображение заявленного способа.

П р и м е р. Проводят термическую обработку листов толщиной 8 мм из малоуглеродистой низколегированной стали 17Г1С (0,15% углерода, 1,4% марганца, 0,41% кремния, 0,025% фосфора, 0,01% серы, 0,028% алюминия, 0,008% азота, остальное железо). Критические точки стали 17Г1С: АС3 860оС, АС1 730оС, температура минимальной устойчивости аустенита в области феррито-перлитного превращения Tспособ термической обработки изделий из малоуглеродистой   низколегированной стали, патент № 2034051=600оС. Режимы обработки и получающиеся после нее свойства приведены в таблице.

Для режимов 1, 2 и 3 охлаждение с температуры аустенитизации до температуры изотермической выдержки и сама выдержка проведены в селитровой ванне. Для режима 4 охлаждение с температуры аустенитизации до температуры выдержки проведено водой, а выдержка в печи. Как видно из таблицы, изменение режимов обработки в пределах заявленных интервалов температуры аустенитизации, температуры и времени выдержки не вызывает большого разброса значений характеристик механических свойств. Достигаются высокие значения хладостойкости (КСU-70 > 100 Дж/см2).

Коробление листов после обработки по указанным в примере режимам, определяемое как отклонение от плоскостности на 1 м длины листа, не превышает величины 10 мм, предусмотренной для улучшенной плоскостности [ГОСТ 19903-74]

Класс C21D9/08 полых изделий или труб 

способ изготовления ствола стрелкового оружия -  патент 2525501 (20.08.2014)
способ термомеханической обработки трубы -  патент 2500821 (10.12.2013)
стенд для закалки валов и трубных деталей -  патент 2499058 (20.11.2013)
высокопрочная бесшовная стальная труба, обладающая очень высокой стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением для нефтяных скважин и способ ее изготовления -  патент 2493268 (20.09.2013)
устройство для термоправки одногофровых сильфонов -  патент 2490338 (20.08.2013)
способ термической обработки сварных труб -  патент 2484149 (10.06.2013)
способ термообработки лифтовых труб типа "труба в трубе" -  патент 2479647 (20.04.2013)
способ термической обработки лифтовых труб типа "труба в трубе" -  патент 2478125 (27.03.2013)
нефтегазопромысловая бесшовная труба из мартенситной нержавеющей стали и способ ее изготовления -  патент 2468112 (27.11.2012)
способ термической обработки лифтовых труб малого диаметра типа "труба в трубе" -  патент 2467077 (20.11.2012)

Класс C21D1/20 изотермическая закалка, например получение бейнита

способ получения металлоизделия с заданным структурным состоянием -  патент 2516213 (20.05.2014)
способ комплексной термической обработки стали -  патент 2503726 (10.01.2014)
способ получения бейнитного чугуна при термической обработке -  патент 2490335 (20.08.2013)
способ обработки горячекатаного проката -  патент 2486260 (27.06.2013)
супербейнитная сталь и способ ее получения -  патент 2479662 (20.04.2013)
способ и устройство для непрерывного формирования бейнитной структуры в углеродистой стали, прежде всего в полосовой стали -  патент 2449030 (27.04.2012)
способ и установка для проведения процесса структурного превращения в материале заготовок сухим методом -  патент 2436845 (20.12.2011)
способ термической обработки металлической дроби -  патент 2372409 (10.11.2009)
способ термической обработки конструкционных сталей -  патент 2348701 (10.03.2009)
способ термической обработки пружин из кремнистой стали -  патент 2257418 (27.07.2005)
Наверх