Способ термической обработки подката

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при термической обработке подката средне- и низкоуглеродистых сталей, в частности сфероидизирующей обработке подката для холодной высадки. Для сокращения длительности термической обработки при обеспечении требуемой твердости и структуры стали предложен способ термической обработки подката, включающий нагрев выше критической точки A₁ , регулируемое охлаждение до подкритической температуры, выдержку, охлаждение на воздухе, причем после регулируемого охлаждения со скоростью 15 - 30 град/с до 490 - 540°С производят повторный нагрев до подкритической температуры со скоростью 20 - 30 град/мин. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при термической обработке низко- и среднеуглеродистых сталей, в частности сфероидизирующей обработке дката для холодной высадки.

Известен способ изотермического отжига заготовок, включающий аустенитизацию, охлаждение до температуры перлитного превращения со скоростью 20-40 град/мин и выдержку при этой температуре до полного распада переохлажденного аустенита с последующим охлаждением на воздухе [1] Данный способ отжига характеризуется значительной продолжительностью и не обеспечивает требуемую степень сфероидизации перлита.

Известен также способ термической обработки подката, включающий нагрев до температуры на 10-40^oC выше точки Ас₁, выдержку в течение 0,5-2 ч, охлаждение со скоростью 50-150 град/ч до 650^oC и далее на воздухе [2] Недостатками известного способа также являются низкая степень сфероидизации и большая продолжительность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ термической обработки стали, включающий нагрев выше критической точки Ас₁ на 10-40^oC, регулируемое охлаждение до температуры на 30-80^oC ниже точки Ас₁, выдержку до полного распада переохлажденного аустенита с последующим охлаждением на воздухе [3] Недостатком данного способа является необходимость длительных изотермических выдержек (несколько часов) в подкритическом интервале температур для получения требуемой стандартами структуры подката (сфероидизация не менее 80% цементита). Сокращение длительности термической обработки при обеспечении требуемой твердости и структуры стали является техническим результатом, получаемым при осуществлении заявляемого способа.

Данный технический результат достигается предлагаемым способом термической обработки подката, включающим нагрев выше критической точки А₁, регулируемое охлаждение до подкритической температуры, выдержку, охлаждение на воздухе, причем после регулируемого охлаждения со скоростью 15-30 град/с до 490-540^oC производят повторный нагрев до подкритической температуры со скоростью 20-30 град/мин.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволяет установить соответствие его критерию "новизна".

Ускоренное охлаждение стали из межкритического интервала температур Ас₁-Ас₃ ниже точки А₁ (но не ниже точки А₂ температуры начала бейнитного превращения) позволяет предотвратить образование грубопластинчатого перлита. При этом происходит пересыщение негомогенного аустенита углеродом, возникновение термических напряжений и генерация "свежих" дислокаций и вакансий в результате релаксации напряжений путем местных пластических сдвигов. В таких условиях неизбежно расслоение аустенита, сегрегация атомов углерода у дислокаций, что приводит к гетерогенному зарождению большого числа мелкодисперсных карбидов. Повторный нагрев стали с высокой плотностью вакансий в кристаллической решетке до подкритических температур со скоростью 20-30 град/мин способствует быстрому притоку атомов углерода к возникшим зародышам цементита и обеспечивает практически полную его сфероидизацию.

Если регулируемое охлаждение проводить со скоростью менее 15 град/с, то в верхнем интервале температур (600-680^oC) успевает частично выделиться пластинчатый перлит, для сфероидизации которого требуется подкритический отжиг значительной продолжительности. Увеличение скорости охлаждения более 30 град/с не увеличивает эффективность обработки и не обеспечивает однородность структуры по сечению подката.

Если охлаждение проводят до температуры ниже 490^oC, то в структуре стали образуется бейнит, резко возрастает ее твердость и снижается эффективность сфероидизирующей обработки, а если выше 540^oC, то не обеспечивается требуемая дефектность структуры и, следовательно, степень сфероидизации перлита в процессе обработки.

Если повторный нагрев производят со скоростью более 30 град/мин, то из-за частичного подавления диффузионных процессов не обеспечивается требуемая степень сфероидизации перлита, если повторный нагрев проводят со скоростью менее 20 град/мин, то увеличивается продолжительность термической обработки.

Таким образом, при осуществлении заявляемой совокупности и последовательности операций предлагаемого способа термической обработки подката достигается сокращение длительности обработки с нескольких часов до нескольких часов до нескольких минут при обеспечении требуемой твердости и структуры стали.

Сравнение изобретения с прототипом и другими техническими решениями в данной и смежных областях науки и техники позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "изобретательский уровень".

П р и м е р. Образцы подката из стали 20Г2Р диаметром 16 мм подвергали электроконтактному нагреву до 760^oC (т. Ас₁ для стали 20Г2Р 720^oC), охлаждению со скоростью 25 град/с до 520^oC, повторному нагреву со скоростью 25 град/мин до 680^oС, охлаждению до комнатной температуры.

Твердость подката после обработки составляла 158 НВ, степень сфероидизации перлита 90% Продолжительность обработки 8 мин. Все образцы выдержали испытание холодной осадкой со степенью 66% Прототип. Образцы из той же партии подката подвергали электроконтактному нагреву до 760^oC, охлаждению на воздухе до 680^oC, выдержки при этой температуре в течение 5 ч, охлаждению до комнатной температуры.

Твердость подката после обработки 153 НВ, степень сфероидизации перлита 90% Продолжительность обработки 300 мин. Все образцы выдержали испытание холодной осадкой со степенью 66% Примеры конкретного выполнения способа термической обработки подката для холодной высадки при оптимальных граничных и заграничных параметрах формулы изобретения в сравнении с прототипом приведены в таблице. Из данных таблицы видно, что оптимальное сочетание твердости и структуры подката и продолжительности процесса соответствует параметрам изобретения.

Предлагаемый способ термической обработки подката применим при производстве калиброванной стали и проволоки для холодной высадки.

Формула изобретения

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОДКАТА, преимущественно для холодной высадки, включающий нагрев выше критической точки Ас₁, регулируемое охлаждение до подкритической температуры, выдержку и охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что регулируемое охлаждение производят со скоростью 15 30 град/с до 490 540^oС, после чего производят повторный нагрев до подкритической температуры со скоростью 20 30 град/мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1