Способ термомеханической обработки конструкционных сталей

 

Использование: изготовление сортового проката. Сущность изобретения: заготовку нагревают до температур аустенитизации и прокатывают при непрерывном охлаждении на воздухе с частными обжатиями 25-30% в интервале Агз... АП и 20-25% в интервале АП...АП - 50°С. Окончательное охлаждение проводят на воздухе. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 0 8/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4850578/02 (22) 12.07.90 (46) 23.09.92, Бюл. М 39 (71) Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт (72) Г,Е,Коджаспиров, С.Я.Кудинов, B.Á.Ñûкалов и E.À.Ñàòàíoâñêèé (56) Волосевич Ю.П., Коджаспиров Г.Е„Полушкин Ю.А. О некоторых особенностях образования структуры в конструкционных сталях при деформации в области перлитного превращения. Металловедение и термическая обработка металлов. 1987, М 11, c,58 — 60.

Изобретение относится к термомеханической обработке и предназначено для изготовления сортового проката иэ конструкционных сталей.

Известен способ термомеханической обработки на зернистый перлит (изоформинг) (Ironi jjjonrnal of the Iron and Steel

Insfitute. 1968.206. N 4. P.363-374). Согласно этому способу, с целью получения дисперсных, сферических форм цементита для повышения пластичности и вязкости, пластическую деформацию осуществляют в температурном интервале перлитного превращения аустенита.

Недостатками указанного способа, являются, во-первых, заметный рост предела текучести в связи с формированием фрагментированной структуры феррита, что ухудшает обрабатываемость, во-вторых, rioвышенный износ прокатного оборудования, связанный с высоким сопротивлением деформированию стали при пониженных температурах.

1 763497 А1 (54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОН СТРУКЦИ ОН Н ЫХ СТАЛ ЕЙ (57) Использование: изготовление сортового проката. Сущность изобретения; заготовку нагревают до температур аустенитизации и прокатывают при непрерывном охлаждении на воздухе с частными обжатиями 25 — 30% в интервале Агэ... АГ1 и

20 — 25% в интервале Аг1 ...Aö — 50 С.

Окончательное охлаждение проводят на воздухе. 1 табл.

Известен способ термомеханической обработки с превращением в перлитной области, включающий нагрев, пластическую деформацию и охлаждение, С целью получения тонкопластинчатого перлита, что способствует улучшению обрабатываемости, пластическую деформацию.со степенью

90% выполняют выше температуры Асэ, последующее охлаждение проводят со скоростями, обеспечивающими получение перлита заданной морфологии (Vacas

Rodriguez Luis — Antonio "0uin е ind" 1981, 27, М 10; 697-703).

Недостатком указанного способа является ограниченность его применения ввиду значительных степеней деформации 90%, что не всегда может быть реализовано с одного нагрева, а также ограниченность его применения только сталями, содержащими в своем составе легирующйе элементы Ni, Сг, Мо.

Известен способ изготовления сортового проката из углеродистых и легированных сталей, включающий нагрев заготовок, го1763497 рячую прокатку, охлаждение на воздухе ниже температуры Ас1, выдержку и окончательное охлаждение на воздухе (А.с. 815046, кл. С 21 D 1/02, 1982). Согласно этому способу, с целью снижения твердости и совмещения процессов прокатки .и термообработки, прокат, предварительно нагретый до температуры аустенитизации, после выхода из стана охлаждают на воздухе ниже температуры Ас> на 100-80 С, после чего его нагревают выше температуры

Ас> на 30-50ОС, выдерживают до завершения аустенитного превращения, охлаждают . ниже Ас> на 100 — 80 С и выдерживают до завершения перлитного превращения.

Недостатком указанного способа является, во-первых, необходимость использования двух дополнительных печей с разными температурами в линии стана и использование шлеппера в качестве холодильника, что снижает производительность оборудования. Во-вторых, нагрев до темпе..ратуры выше Ас на 30 — 50 С доэвтеклойд.ных сталей (неполный отжиг) приводит к превращению перлитной составляющей в аустенит, не изменяя исходной ферритной структуры, которая при определенных условиях прокатки может иметь грубую, крупнозернистую структуру.

Известен способ сфероидизирующей обработки стали, включающий аустенитизацию, горячую пластическую деформацию, охлаждение и отпуск (А.с. 1463774, С 21 D, 8/00, 1989). Согласно этому способу с целью получения сфероидизированной карбидной фазы охлаждение после горячей прокатки проводят со скоростью, обеспечивающей распад аустенита с образованием структуры бейнита при температуре не ниже 560 С, отпуск осуществляют при температуре

650 С в течение 4 часов, Недостатком указанного способа является, во-первых, одностороннее ограничение температурной области, обеспечивающей распад аустенита. При температуре не ниже 560 С распад аустенита в большинстве конструкционных сталей идет с образованием пластинчатого перлита и последующий нагрев до 650 С не приведет к его сфероидизации. Во-вторых, необходимость проведения дополнительной термической операции — высокого отпуска при температуре 650 С с выдержкой 4 часа — обуславливает увеличение трудоемкости изготовления, повышение энергозатрат и загрузки термического оборудования по сравнению со способами обработки за один передел.

Известны другие аналогичные технические решения, приведенные в справке об

10 исследовании заявляемого объекта изобретения по патентной и научно-технической литературе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению, т.е, прототипом, является способ снижения характеристик прочности проката из конструкционных сталей, за.счет деформации при температурах ниже A„> (1), Согласно этому способу, с целью увеличения доли коагулированного цементита деформацию при температурах ниже Ац осуществляют за несколько циклов, степень деформации в каждом цикле не превышала 15%, суммарное обжатие 50%.

Недостатком указанного способа является лишь частичная коагуляция цементита под воздействием деформации, что не обеспечивает необходимого снижения твердо20 сти и повышения обрабатываемости.

Другим недостатком указанного способа является значительная степень суммарной деформации я = 50%, осуществляемой о

25 при температурах на 40 — 130 С ниже Ац, что приводит к повышенному износу прокатного инструмента и оборудования, вследствие возрастающего сопротивления деформированию прокатываемого металла

30 при этих температурах.

:Целью изобретения является снижение твердости и прочности конструкционных сталей за счет диспергирования и сфероидизации карбидов.

Это достигается за счет регламентации температурно-деформационного режима прокатки, Так, в способе изготовления проката из конструкционных сталей, включающем аустенитизацию, дробную

40 пластическую деформацию; в процессе непрерывного охлаждения на воздухе и окончательное охлаждение, согласно предлагаемому изобретению, деформацию осуществляют с частными обжатиями а;

=25...30% в межкритическом температурном интервале A ... Ац и с частными обжатиями fj = 20...25% в интервале температур Ar ... Ац — 50ЯС), окончательное охлаждение на воздухе.

5р Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного температурно-деформационными режима-. ми прокатки, Таким образом, заявляемый

55 способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Деформация при прокатке с вышеуказанными параметрами в температурной области, ограниченной точками

А,з... Аг приводит к образованию разви1763497

10 той фрагментированной структуры аустенита, представляющей собой совокупность разориентированных на углы порядка нескольких градусов микрообьемы с поперечными размерами 1...2 мкм. Устойчивость такого аустенита понижена; границы" разориентированных фрагментов являются местами образования зародышей перлита при понижении температуры раската ниже точки Ar1 °

Дальнейшая деформация сформировавшегося при полиморфном превращении свободного феррита с вышеуказанными параметрами приводит к формированию в нем разориентированной субзеренной структуры, Деформация перлита, образовавшаяся в процессе неизотермической прокатки, приводит сначала к разделению цементитных пластин на отдельные короткие участки, а затем и к их сфероидизации путем переноса углерода через окружающий твердый раствор от участков с малым радиусом кривизны к участкам с большим радиусом кривизны (Новиков И,И. Теория термической обработки металлов. — М.: Металлургия, 1986, 186 с.).

Выбор граничных величин температурно-деформационных параметров прокатки обусловлен тем, что в случае деформации в межкритической температурной области с частными обжатиями больше 30% происходит увеличение плотно "ти дислокаций в аустените до величины, достаточной для развития динамической рекристаллизации, что сопровождается уменьшением протяженности границ и соответственно мест зарождения перлита, что снижает степень измельчен ностй колоний.

В случае деформации в указанной температурной области с частными обжатиями меньше 25% плотность дослокаций недостаточна для образования устойчивой фрагментированной субструктуры в аустените и в процессе перлитного превращения также измельчения перлитных колоний не наблюдается.

Деформация в температурной области

Ац — (А 1 — 50 С) с частными обжатиями более 25% приводит к исчерпанию ресурса пластичности ферритной составляющей.

На границе с перлитными колониями могут возникнуть трещины или несплошности, вызывающие преждевременное разрушение материала (Jonchery Т., Le Bon (IRSlD) Laminage controle intererituque

influence sur les proprietes des aciers à haute

llmlte сГclastlcite — Rev, Met, ClT, 1983, 80, N.

3, р.221 — 225).

1

Деформация с частными обжатиями менее 20% в вышеуказанном температурном интервале недостаточна для пластической деформации цементитных пластин, что отрицательно сказывается на возможности их сфероидизации.

Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявленном способе изготовления проката из конструкционных сталей, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

15 Способ осуществляют следующим образом: заготовку нагревают до температуры

Асз+ 20 С, прокатывают при непрерывном охлаждении на воздухб с частнымИ обжатиями å = 25-30% в температурном интерва20 ле Ars-Ar) и с @ = 20-25% в интервале температур А,„— - (А „— - 500Ñ). Окончательное охлаждение проводят на воздухе.

Пример конкретного осуществления способа рассмотрим на изготовлении сортового проката круг диаметром 56 мм на полунепрерывном прокатном стане 350

ПОКЗ. Заготовку диаметром 120 мм из стали

40Хнагреваютдотемпературы 820 С, затем прокатывают при температуре 790-760 С (Агз — 10 С... А + 20 С) на диметр 86 мм ( е1 = 25%) за два прохода (120-100-86) и при температуре 740-690 С (Art ... Art 50 С) за 3 прохода с обжатиями е; = 20% (86-7735 68-56) прокатывают на конечный размер.

Охлаждение после прокатки проводят на воздухе.

Для сравнения с предлагаемым способом из стали 40Х был прокатан тот же

40 профиль по режиму способа прототипа: нагрев заготовки диаметром 120 мм до температуры 820 С, прокатка за 9-ть проходов с обжатиями ei = 15% (120-110-102944-87-80-73-67-61-56) на конечный размерф

45 56 мм. Температура металла в первом со ставляла 790 С(Агз — 10 С), в последнем

690 С (Ar1 50 С)

Охлаждение после прокатки на воздухе.

Для обоснования граничных значений ре50 жимов способа из заготовок той же плавки был изготовлен прокат круг диаметром 56 мм с отклонениями от оптимальных значений параметров обработки.

Режимы обработки и результаты механических испытаний представлены в таблице.

Из данных, приведенных в таблице, видно., что наименьшие значенйя твердости

1763497

Па амет ы об аботки

Механические свойства

Номер режима обжатия,@ обжатия, О температура, 0С

<а

МПа и

МПа температура, С твердость, НВ

790-760

20

Оптимальные

740-690

740-690

740-690

Неопртимальные

740-690

Способ-и рототип

740-690

615

785

229

3

790-760

790-760

790-760

27

22

680

880

232

260

28

790-760

790-760

720

920

270

П р и м е ч а н и e: Испытания проводили на образцах из металла в горячекатаном состоянии.

Средние значения по результатам испытания 5-ти образцов.

Составитель Г. Коджаспиров

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С. Лисина

Редактор Н. Козлова

Заказ 3430 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 и прочности получены при обработке по режимам 1 — 3. Уменьшение или увеличение значений частных деформаций в интервале температур А,з -A«или А«-(А« — 50 С) режимы 4, 5 по сравнению с граничными условиями способа ведет к повышению уровня прочности и твердости. Прокатка стали в межкритическом интервале температур по режимам обжатий способа-прототипа не обеспечивает получения совершенной фрагментированной субСтруктуры аустенита, в результате"чего при нормальном полиморфном превращении уа при понижении температуры ниже

А«, не происходит дополнительного измельчения перлитных колоний. Кроме того, при прокатке при температурах ниже А«с частными обжатиями и = 15 формоизменение происходит в значительной степени за, счет пластической деформации структурно-свободного доэвтектоидного феррита, о чем свидетельствует разориентированная субзеренная структура последнего. Деформация перлитной составляющей при вышеуказанных режимах обработки не достаточна для дробления и последующей сферодизации цементитных пластин, что и нашло отражение в повышенном уровне твердости и прочности металла, обработанного по режимам способа-прототипа. Из сравнения результатов механических испытаний металла, обработанного по режимам способа-прототипа и предлагаемого спосо5 ба видно, что обработка по рекомендуемому способу позволяет снизить твердость на

40НВ, временное сопротивление на 135

МПа, предел текучести на 105 МПа. Улучшение структуры металла за счет сферодиза10 ции карбидной фазы и соответствующее снижение уровня твердости и прочности позволитулучшить обрабатываемость проката на 30 и отказаться от проведения последеформационного отжига.

Формула изобретения

Способ термомеханической обработки конструкционных сталей, включающий аустенизацию, дробную пластическую дефор20 мацию при непрерывном охлаждении в областях межкритических температур и перлитного превращения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения сопротивления металла деформации, де25 формацию в интервале температур

А з... А«осуществляют с частными обжатиями 25 — 30, а в интервале температур

А«... А« — 50 С с частными обжатиями 20—

25 .