Способ термической обработки заготовок из сталей

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к способам термической обработки для удаления водорода и повышения пластичности в сталях, преимущественно бейнитного класса. Техническим результатом является удаление водорода, повышение пластичности, исключение трещинообразования, повышения относительного удлинения, увеличения угла загиба в холодном состоянии и повышения ударной вязкости. Сущность: способ включает охлаждение заготовок после горячей пластической деформации сначала до температур A_c1 - (плюс 20 - минус 30)^oC со скоростью 15 - 60^oC/мин, затем до температур на 10 - 20^oC выше конца зоны ферритно-перлитных превращений со скоростью 1,0 - 4,5^oC/мин, дальнейшую противофлокенную обработку в неотапливаемом колодце в течение 10 - 30 ч с последующим охлаждением на воздухе. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к способу термической обработки для удаления водорода и повышения пластичности в сталях, преимущественно бейнитного класса.

Известен способ термической обработки для удаления водорода из заготовок сталей [1] включающий охлаждение их на воздухе с нерегулируемой скоростью с температуры конца горячей пластической деформации до 500 600^oC, выдержку, замедленное охлаждение в неотапливаемых колодцах в течение не менее 45 ч с последующим охлаждением на воздухе.

Однако известный способ не обеспечивает эффективного удаления водорода из сталей, поскольку в сталях бейнитного класса при температурах 500 600^oC характерна высокая устойчивость переохлажденного аустенита, и в условиях замедленного охлаждения за период выдержки в неотапливаемых колодцах скорость диффузии водорода слишком мала, а растворимость водорода в аустените большая, в результате чего происходит лишь перераспределение его в объеме металла. Поэтому наличие в заготовках избыточного водорода приводит к ухудшению пластических и вязких свойств готового проката, образованию поперечных и продольных трещин, разрушению стержней под собственным весом и требует немедленной обезводороживающей обработки, что в современных условиях массового производства трудноосуществимо.

Известен способ термической обработки для удаления водорода из заготовки сталей бейнитного класса [2] включающий охлаждение заготовок после горячей пластической деформации со скоростью 3 6^oC/мин до температуры на 30 - 50^oC ниже окончания перлитного превращения, выдержку в колодцах в течение 15 20 ч с последующим охлаждением на воздухе.

Основным недостатком этого способа является замедленная диссорбция водорода из-за наличия в структуре стали большого количества аустенитной составляющей, приводящее, в конечном счете, к снижению пластичности и вязкости готовой продукции и образованию трещин из-за избыточного количества диффузионно-подвижного водорода.

Известный способ удаления водорода из заготовок сталей бейнитного класс наиболее близкий по технической сущности к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

Задача изобретения состоит в разработке способа термической обработки, направленного на достижение технического результата: удаление водорода, повышение пластичности, исключение трещинообразования, повышение относительного удлинения, увеличение угла загиба в холодном состоянии, повышение ударной вязкости.

Указанный технический результат достигается тем, что заготовки стали после пластической деформации охлаждают сначала со скоростью 60 15^oC/мин до температуры T A_с1 (плюс 20 минус 30)^oC, затем со скоростью 1,0 4,5^oC/мин до температуры на 10 20^oC выше конца ферритно-перлитных превращений с последующей выдержкой в неотапливаемых колодцах в течение 10 30 ч с последующим охлаждением на воздухе.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленный способ отличается от известного скоростями охлаждения как до, так и в зоне A_c1 (плюс 20 минус 30)^oC, а также температурой ковша охлаждения на 10 30^oC выше зоны ферритно-перлитных превращений.

Таким образом, заявленный способ соответствует условию патентоспособности "новизна".

Совокупность признаков заявленного способа позволяет достичь указанный технический результат. В способах, приведенных в дополнительных источниках информации, указанный технический результат не достигается. Таким образом, заявленный способ соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Пример 1. Заготовки диаметром 70 мм из стали 20ХГ2Т бейнитного класса с температуры конца прокатки 1020^oC до температуры 760^oC, (A_c1 + 20^oC), охлаждали со скоростью 15^oC/мин, затем собирали в переносной "карман" в плотно уложенный пакет и проводили последующее охлаждение со скоростью 45^oC/мин до температуры 660^oC, (+20^oC конца области ферритно-перлитных превращений), а затем весь металл плавки уложили в неотапливаемые колодцы и с закрытыми крышками охлаждали в течение 10 ч.

Готовый сортовой прокат (арматурные стержни диаметром 14 мм) без дополнительной обезводораживающей обработки имел высокую пластичность (δ₅=12-18,5% загиб в холодном состоянии 180^o при C 3d), ударная вязкость KCU при плюс 20^oC равна 10 12 H/мм², а при минус 60^oC 41,5 6 H/мм².

Продольных и поперечных трещин после прокатки и хранения на складе не обнаружено.

Пример 2. Заготовку диаметром 90 мм из стали 22Х2Г2СР после горячей пластической деформации с температуры конца прокатки 1050^oC охлаждали в потоке воздушной смеси при расходе воды 8 м³/ч и давлении воздуха 1,8 атм со скоростью 25^oC/мин до температуры 745^oC (A_c1 - 30^oC). После этого металл собирали в переносный "карман" и приводили в принудительное управляемое охлаждение со скоростью 3^oC/мин до температуры 630^oC (+10^oC конца зоны ферритно-перлитных превращений), а затем заготовки всей плавки плотно уложили в неотапливаемые колодцы и с закрытыми крышками охлаждали в течение 20 ч.

Готовый сорт без дополнительной обезводораживающей обработки имел высокую пластичность (δ₅=10-16% загиб в холодном состоянии 180^o при C 3d), ударная вязкость КС при +20^oC равна 11,2 11,8 Дж/см², а при минус 60^oC 4,6 7,2 Дж/см². Продольных и поперечных трещин после прокатки и хранения на складе не обнаружено.

Температуру и скорость охлаждения всего опытного металла контролировали по закладной термопаре. Пробы на содержание водорода отбирали сразу после прокатки и после конца охлаждения в неотапливаемых колодцах. Для исключения диффузионных процессов образцы для определения водорода после горячей пластической деформации с температуры конца прокатки закаливали в воде и до начала анализа хранили в жидком азоте.

Конкретнее режимы обработки по предлагаемому и известному способам и результаты исследования металла приведены в таблице. В таблице также представлены результаты исследования стали, подвергнутой способам удаления водорода из заготовки: способом заявляемым, способом за пределами заявляемого, известным способом (прототип).

По результатам исследования заявленный способ обладает преимуществом по сравнению с прототипом: повышает пластические свойства и ударную вязкость готовой продукции, исключает в ней трещинообразование.

Приведенные примеры конкретного выполнения заявленного способа подтверждают соответствие условию патентоспособности "промышленная применимость".

Формула изобретения

Способ термической обработки заготовок из сталей преимущественно бейнитного класса, включающий охлаждение после горячей деформации, выдержку в колодце и окончательное охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что охлаждение после деформации ведут сначала до Ac₁ (20 30)^oС со скоростью 15 60^oС/мин, затем до температуры на 10 20^oС выше конца ферритоперлитных превращений со скоростью 1,0 4,5^oС/мин, а охлаждение в колодце осуществляют в течение 10 30 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1