Способ термомеханической обработки микролегированных сталей

Авторы патента:

C21D8/00 - Изменение физических свойств путем деформации в сочетании или с последующей термообработкой (закалка кованых или прокатанных изделий без дополнительного нагрева C21D 1/02)

Владельцы патента RU 2627715:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии. Для получения однородной ультромелкозернистой феррито-перлитной структуры с высоким комплексом механических свойств при сокращении времени обработки и энергозатрат способ включает нагрев заготовки со скоростью от 0,01 до 50°С/с до температур Ас₃±15°С, единичную деформацию со степенью 40-50% или две деформации по 20-30% с междеформационной паузой не более 5 с при температуре Ас₃±15°С и скоростью деформации 0,1-50 с^-1, охлаждение. 3 пр.

Изобретение относится к области термомеханической обработке (ТМО) микролегированных сталей и может быть использовано в металлургии и машиностроении.

Известны способы термомеханической обработки сталей, позволяющие повысить комплекс механических свойств изделий [Гуляев А.П. Металловедение. - Рипол Классик, 1986; Бернштейн М.Л. Термомеханическая обработка металлов и сплавов. - 1968]. Для этого заготовку нагревают до температуры аустенитизации, затем пластически деформируют в определенном температурном диапазоне, далее проводят закалку и отпуск. Однако этот способ не гарантирует получение однородной ультрамелкозернистой феррито-перлитной структуры металла с высоким комплексом механических свойств у микролегированных сталей, кроме того, указанный способ имеет много технологических операций, что делает его очень энергозатратным.

Наиболее близким, выбранным за прототип, является способ термомеханической обработки стальных изделий [RU 2060282 С1 от 20.05.1996]. Способ включает следующие операции:

- нагрев со скоростью выше 50°С/с до температур от А_c1 до А_с3+200°С,

- деформацию прокаткой со степенью 45-80%,

- для доэвтектоидных сталей деформацию ведут при температуре конца прокатки выше межкритического интервала, а для эвтектоидных и заэвтектоидных сталей - выше A_r1,

- ускоренное охлаждение осуществляют с получением мартенситной структуры или продуктов распада аустенита,

- отпуск изделий проводят путем одно- или многократного циклического скоростного нагрева.

Недостатками способа являются: не получить у микролегированных сталей однородной ультрамелкозернистой феррито-перлитной структуры металла с высоким комплексом механических свойств, скорость нагрева заготовки выше 50°С/с недостижима при нагреве крупногабаритных слябов при листовой прокатке, степень деформации выше 50% недостижима при горячей прокатке толстого листа на широкополосных станах, большое количество технологических операций приводит к большим временным и энергозатратам.

Технической проблемой является получение микролегированных сталей с однородной ультрамелкозернистой феррито-перлитной структурой с высоким комплексом механических свойств при сокращении времени обработки и уменьшении энергозатрат.

Для решения проблемы предложен способ термомеханической обработки микролегированных сталей, включающий следующие операции:

- нагрев заготовки со скоростью от 0,01 до 50°С/с до температур А_с3±15°С (А_с3 - температура конца превращения феррита→аустенит);

- единичную деформацию со степенью 40-50% или две деформации по 20-30% с междеформационной паузой не более 5 с при температуре А_с3±15°С и скоростью деформации 0,1-50 с^-1;

- последующее охлаждение, например, на воздухе или в воду до комнатной температуры.

Нагрев металла со скорость от 0,01 до 50°С/с до температуры А_с3±15°С приводит к образованию мелкого зерна аустенита при полиморфном превращении феррит→аустенит, а единичная деформация со степенью 40-50% или две деформации по 20-30% с междеформационной паузой не более 5 с, которой не достаточно для протекания процессов разупрочнения, именно при температуре А_с3±15°С и скоростью деформации 0,1-50 с^-1 приводит к значительному накоплению деформационного упрочнения (упругой энергии дефектов кристаллического строения) во время пластической деформации за счет скачка модуля упругости у железа и сталей при температуре А_с3±15°С, что значительно увеличивает количество центров зарождения при фазовом превращении во время охлаждения, что в совокупности приводит к формированию в микролегированных сталях однородной ультрамелкозернистой феррито-перлитную структуры металла с высоким комплекс механических свойств: пределом текучести σ_т, временным сопротивлением σ_в и относительным удлинением δ₅. Высокий уровень механических свойств сталей напрямую связан с их структурным состоянием и, как и структура, зависит от температуры, степени и скорости деформации, накопленной деформации. Таким образом, совокупность отличительных признаков является необходимой и достаточной для решения поставленной задачи.

Пример 1. Термомеханическую обработку проводили на микролегированной стали 17Г1С-У. Образцы нагревали до температуры Т=910°С со скоростью 0,01°С/с, далее металл деформировали прокаткой за два прохода со степенью деформации в каждом 20%, 25%, 30% соответственно и скоростью деформации с^-1, с^-1, с^-1 соответственно, время паузы между проходами составляло 2 с, 3 с и 5 с соответственно, температура конца прокатки составила Т=900°С. После деформационное охлаждение проводили на воздухе до комнатной температуры. В результате выполненной ТМО в прокатанном металле сформировалась однородная ультрамелкозернистая феррито-перлитная структура со средним размером зерна феррита 5-6 мкм (фиг. 1) и комплексом свойств, соответствующим требованиям по классу прочности 390 согласно ГОСТ 19281-2014 «Прокат повышенной прочности» при значительно более высокой пластичности: σ_т=406 МПа, σ_в=518 МПа, δ₅=35%.

Пример 2. Термомеханическую обработку проводили на микролегированной стали 17Г1С-У. Образцы нагревали до температуры Т=915°С со скоростью 50°С/с, далее деформировали прокаткой со степенью деформации ε=40% и 50% за один проход и скоростью деформации с^-1, с^-1, с^-1 соответственно, время паузы между проходами составило 2 с, 3 с и 5 с соответственно, температура конца прокатки составила Т=905°С. Последеформационное охлаждение проводили на воздухе до комнатной температуры. В результате выполненной ТМО также сформировалась однородная ультрамелкозернистая феррито-перлитная структура металла со средним размером зерна 5-6 мкм (фиг.2) и комплексом свойств, соответствующим требованиям по классу прочности 390 согласно ГОСТ 19281-2014 «Прокат повышенной прочности» при значительно более высокой пластичности: σ_т=418 МПа, σ_в=522 МПа, δ₅=39%.

Пример 3. Обработку осуществляли так же, как в примере 2, однако нагрев образца проводили со скоростью 1°С/с, а последеформационное охлаждение проводили в воду до комнатной температуры для увеличения дисперсности второй фазы. В результате выполненной ТМО сформировалась ультрамелкозернистая феррито-перлитная структура металла, со средним размером зерна 5 мкм (фиг. 3), ускоренное охлаждение привело к увеличению дисперсности второй фазы. Механические свойства полученного проката: σ_т=418 МПа, σ_в=601 МПа, δ₅=26%.

На примере горячей прокатки показано, что из исходно литой структуры металла после проведения предлагаемого способа ТМО получена однородная ферритно-перлитная структура со средним размером зерна феррита ~5-6 мкм и высоким комплексом механических свойств. По сравнению с прототипом в представленных условиях формируется средний размер зерен феррита в два раза меньше, уровень механических свойств на 10-15% выше, кроме того, отсутствие дополнительной операции в виде отпуска сокращает время обработки и энергозатраты на производство продукции.

Таким образом, предлагаемый способ ТМО формирует ультрамелкозернистую структуру металла, значительно повышает уровень механических свойств микролегированных сталей, сокращает время и уменьшает энергозатраты на обработку. Указанный способ ТМО может применяться для любых процессов обработки металлов давлением, например прокатки, ковки, штамповки, волочения и др., и в особенности может быть рекомендован для применения на совмещенных литейно-прокатных комплексах.

Способ термомеханической обработки заготовки из микролегированной стали, включающий нагрев заготовки до температуры аустенитизации и ее деформацию с последующим охлаждением, отличающийся тем, что нагрев заготовки проводят со скоростью от 0,01 до 50°C/с до температуры Ас₃±15°C, а затем со скоростью деформации 0,1-50 с^-1 проводят единичную деформацию со степенью 40-50% или две деформации по 20-30% с междеформационной паузой не более 5 с.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении прутка из труднодеформируемого сплава на основе хрома. Для повышения качества прутка, снижения шероховатости поверхности и измельчения структуры получают слиток из сплава, содержащего, мас.%: Ni 31-35, Ti 0,05-0,3, V 0,1-0,4; W 1-3, примеси - не более: О 0,08, N 0,04, Si 0,1, Al 0,06, Fe 0,5, Σ(Al+Si) - 0,2, Cr - остальное, слиток подвергают гомогенизирующему отжигу путем нагрева до температуры 1100-1200°С в вакуумной печи при давлении 0,1-1,0 Па, выдержке и охлаждению до температуры цеха.

Устройство для термосиловой обработки маложестких валов // 2623972

Изобретение относится к устройствам для термосиловой обработки маложестких осесимметричных деталей типа «вал». Устройство содержит стапель и соединенный со стапелем резьбовой механизм фиксации обрабатываемой детали в виде двух опорных крышек с отверстиями, в которых установлены цилиндрические тяги с резьбой.

Способ деформационно-термической обработки аустенитной высокомарганцевой стали // 2618678

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке аустенитных высокомарганцевых сталей с TWIP-эффектом, и может быть применено в автомобилестроении для производства несущих конструкций автомобиля.

Способ изготовления молотка для шредерной установки // 2613266

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению молотка для шредерной установки, и может быть использовано преимущественно в технологических процессах для измельчения металлолома марок 3АН и 5АТ.

Самозакаливаемые ударопрочные стальные сплавы, способы изготовления сплавов и изделия, включающие сплавы // 2612105

Изобретение относится к области металлургии, а именно к самозакаливаемому стальному сплаву, используемому для изготовления элементов защиты от действия ударной волны.

Способ получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с наноструктурой // 2611252

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к обработке металлов давлением, а именно к технологии получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с нанокристаллической структурой, который может быть использован в качестве конструкционного материала.

Способ обработки метастабильных аустенитных сталей методом интенсивной пластической деформации // 2610196

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, в частности, для изготовления изделий и конструкций для химической промышленности, в энергетике и т.д.

Способ обработки аустенитных и аустенито-ферритных сталей // 2610096

Изобретение относится к областям машиностроения. Для повышения конструкционной прочности стали способ включает ультразвуковую безабразивную обработку поверхности стали и финишное пластическое деформирование поверхности.

Способ изготовления клинков фехтовального оружия // 2605886

Изобретение относится к области спортивного оружия и может быть использовано при изготовлении клинков фехтовального оружия, в частности клинков рапир, сабель и шпаг, для повышения прочностных свойств ручки клинка и сварного шва при одновременной экономии используемой дорогостоящей стали и увеличении жесткости клинка.

Способ термомеханической обработки метастабильной аустенитной стали // 2598744

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, например, для изготовления высоконагруженных деталей в машиностроении. Для получения субмикрокристаллической структуры в стали способ включает нагрев листа из стали 08Х18Н10Т до температуры 1100°С, выдержку 1 час, охлаждение в воде, обработку холодом в жидком азоте, прокатку в несколько проходов с общей логарифмической степенью деформации e=0,1-0,2 с охлаждением в жидком азоте между проходами для формирования мартенсита деформации с объемной долей 55-75%, затем теплую деформацию при 400-700°С за один, или несколько проходов со степенью логарифмической деформации е≤0,5 и отжигу, длительностью от 200 с до 1 ч в интервале температур 600-800°С с обеспечением формирования субмикрокристаллической структуры, содержащей аустенит до 95%.

Способ изготовления наплавленного биметаллического режущего инструмента // 2627837

Изобретение может быть использовано для упрочняющей обработки наплавленной быстрорежущей стали при изготовлении биметаллического инструмента. После механической и термической обработки заготовки корпуса инструмента осуществляют дуговую наплавку при токе от 50 до 56 А и напряжении дуги от 5 до 6 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока и образованием наплавленного слоя толщиной от 1 до 2 мм. После наплавки выполняют ускоренное охлаждение с помощью медных пластин, приложенных к корпусу заготовки инструмента. Проводят упрочняющую чеканку наплавленного металла с энергией удара от 6 до 7 Дж фасонным бойком. Осуществляют локальный отпуск наплавленной быстрорежущей стали и металла зоны термического влияния (ЗТВ) при температуре от 520 до 540°С. Способ позволяет увеличить твердость и прочность металла ЗТВ, повысить износостойкость режущей части биметаллического инструмента, а также уменьшить энергозатраты на его изготовление. 2 ил., 9 пр.

Способ деформационно-термической обработки низколегированной стали // 2631068

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке заготовок из низколегированных сталей, предназначенных для эксплуатации в арктических условиях. Для повышения прочностных свойств и ударной вязкости при отрицательных температурах способ включает гомогенизационный отжиг слитка при температуре 1423±50 К в течение 1 часа, горячую ковку слитка при температуре 1423±50 К до истинной степени деформации не менее 0,5 с последующим охлаждением на воздухе, при этом после каждого прохода заготовку подогревают до температуры ковки, закалку осуществляют при температуре 1373–1423 К в течение 30 минут с охлаждением в масле, отпуск в течение 1 часа при температуре 873–923 К. Затем осуществляют прокатку заготовки при температуре отпуска до истинной степени деформации не менее 1,2, при этом после каждого прохода заготовку подогревают до заданной температуры, обжатие за проход составляет не менее 10%. 3 ил., 2 пр.

Устройство для термосиловой обработки осесимметричных деталей // 2632748

Изобретение относится к устройствам для термосиловой обработки маложестких осесимметричных деталей типа «вал». Технический результат - совершенствование конструкции устройства для термосиловой обработки, обеспечивающее повышение качества термосиловой обработки. Это достигается за счет того, что стапель выполнен с рамой, на которой размещают направляющие, шаговые двигатели с винтовым механизмом подачи клиновых призм. В заготовке, которая в стапеле фиксируется с одной стороны и в осевом, и в крутильном направлениях, а с другой только в осевом, через двухсторонний клин создают закручивание. 4 ил.

Способ горячей режущей обработки с измельчением зерен поверхностного слоя и изделие, полученное горячей режущей обработкой с изменением зерен поверхностного слоя // 2633200

Изобретение относится к области термомеханической обработки стального листа путем резания. Для предотвращения замедленного разрушения на поверхности среза листа и получения точности размера при изготовлении изделия из листа способ горячей режущей обработки с измельчением зерен поверхностного слоя включает стадии, в которых: нагревают и выдерживают стальной лист в диапазоне температур от Ас3 до 1400°С для получения аустенитной структуры стального листа, затем проводят режущую обработку стального листа при размещении стального листа на матрице и закаливают быстрым охлаждением подвергнутого режущей обработке стального листа, причем начальную температуру режущей обработки регулируют в диапазоне от Ar3 + 30°С до Ar3 + 140°С. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил., 3 табл.

Стальной рельс высокой ударной вязкости и способ его производства // 2634807

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству рельсов из перлитной стали. Сталь имеет химический состав, содержащий, в мас.%: С 0,71-0,82, Si 0,25-0,45, Mn 0,75-1,05, V 0,03-0,15, Р≤0,030, S≤0,035, Al≤0,040, Fe и неизбежные примеси – остальное. Межпластиночное расстояние перлита составляет 0,05-0,09 мкм, а работа разрушения при нормальной температуре составляет 30-35 Дж. Получаемые рельсы обладают высокой прочностью и вязкостью, а также высокими показателями усталостной прочности при качении и износостойкости в процессе использования. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл., 5 пр.

Способ деформационно-термической обработки аустенитных коррозионностойких сталей // 2640702

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термомеханической обработке аустенитных коррозионно-стойких сталей. Для повышения прочностных свойств стали при температурах деформации ниже температуры рекристаллизации с сохранением однородной аустенитной структуры предварительно заготовку подвергают гомогенизационнму отжигу с последующим охлаждением со скоростью, обеспечивающей сохранение пересыщенного раствора легирующих элементов в аустените, а затем проводят интенсивную пластическую деформацию кручением под высоким гидростатическим давлением в два этапа. По первому варианту на первом этапе проводят теплую интенсивную пластическую деформацию с постепенным понижением температуры от 723 К до 573 К с истинной степенью деформации от 4,5 до 7,5, а на втором этапе - холодную пластическую деформацию при температуре до 293 К с истинной степенью деформации 2,25 и выше. По второму варианту на первом этапе проводят холодную интенсивную пластическую деформацию кручением при температуре до 293 К с истинной степенью деформации не менее 3,5, а на втором этапе - теплую пластическую деформацию при 723 К с истинной степенью деформации более 3,5. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

Способ повышения прочности стабильной аустенитной стали // 2641429

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения прочностных свойств стали при сохранении пластичности за счет получения структуры с высокой плотностью пакетов микродвойников деформации и субмикро- и наноразмерными фрагментами стабильную аустенитную сталь 02Х17Н14М3 подвергают закалке на аустенит, затем прокатке с охлаждением в жидком азоте при -196 oС в несколько проходов для формирования микродвойниковых структур и последующей деформации в температурном интервале 20 – 700 °С за несколько проходов с обеспечением распространения полос локализации деформации в микродвойниковой структуре и субструктурного упрочнения высокой плотностью дислокаций. После деформации осуществляют заключительный отжиг в интервале 600–800 °С длительностью от 200 с до 1ч. 3 ил., 1 табл., 3 пр.

Способ деформационно-термической обработки высокомарганцевой стали // 2643119

Изобретение относится к области металлургии, в частности к обработке металлов давлением, а именно к технологии получения заготовок из стали аустенитного класса, обладающей эффектом TWIP (Twinning Induced Plactisity – пластичности, наведенной двойникованием). Для получения высоких демпфирующих свойств осуществляют предварительную деформационно-термическую обработку, включающую гомогенизационный отжиг слитков с эффектом пластичности, наведенной двойникованием в печи при температуре 1150°С в течение 4 ч, ковку при температуре 1150°С до суммарной истинной степени деформации ε=1 с последующим гомогенизационным отжигом в печи при температуре 1150°С в течение 4 ч. Далее поковку подвергают горячей прокатке в интервале температур от 500 до 1150°С в 5 проходов с суммарной истинной степенью деформации ε не менее 1,5 с последующим гомогенизационным отжигом в течение 1 часа при температуре 1150°С. После этого высокомарганцевая сталь с эффектом TWIP подвергается двусторонней ковке в условиях теплой деформации при температуре 400°С до истинной степени деформации ε=3. Изобретение может быть применено при изготовлении демпферных элементов сейсмостойких сооружений. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

Способ термомеханического упрочнения изделий // 2643285

Изобретение относится к упрочнению изделий, преимущественно валов со шлицевыми головками, и предназначено для обработки деталей, работающих на статическое и циклическое кручение. Для повышения качества упрочняемых изделий и стабильности процесса термомеханического упрочнения. К нагретому валу 1, имеющему шлицевые головки, через разрезные втулки 2 прикладывают усилие Poc1 осевого растяжения величиной, необходимой только для исправления кривизны вала, полученной при его нагреве, и для совмещения осей шлицевых головок и шлицевых втулок 3. К торцу головок вала 1 подводят подпружиненные шлицевые втулки 3, которые имеют возвратно-вращательное движение n у торцов вала, но не совершают осевого перемещения. При совмещении шлицев вала и втулки подпружиненная втулка 3 «заскакивает» на головку, после чего к ней прикладывают большее усилие P1 для полного сопряжения шлицевых втулок и шлицевых головок вала, затем к нижней шлицевой втулке 3 прикладывают крутящий момент Мкр, необходимый для осуществления деформации кручением, а к разрезным втулкам 2 - осевое усилие Рос.2 растяжения, превышающее по величине усилие Poc1 и необходимое для осевой деформации вала с требуемым удлинением и степенью деформации 0,5-1,0%. При этом нижние разрезные втулки 2 движутся вниз с определенной скоростью Voc.p. на длине Δl (необходимое удлинение вала), что позволяет во все время закручивания поддерживать осевое усилие растяжения. 3 ил.

Термомеханическая обработка высокопрочного немагнитного коррозионно-стойкого материала // 2644089

Изобретение относится к термомеханической обработке заготовок из немагнитного сплава. Заготовку нагревают до температуры теплой обработки давлением, которая находится в диапазоне от температуры, составляющей одну треть от температуры начала плавления немагнитного сплава, до температуры, составляющей две трети от указанной температуры плавления. Заготовку подвергают ковке на прессе в открытых штампах для получения требуемой деформации в поперечном сечении центральной зоны заготовки. Кроме того, осуществляют радиальную ковку заготовки для получения требуемой деформации по поперечному сечению поверхностной зоны. В результате каждая из деформаций в центральной и поверхностной зонах заготовки находится в диапазоне от 0,3 дюйма на дюйм до 1 дюйма на дюйм. Деформация в центральной зоне отличается от деформации в поверхностной зоне не более чем на 0,5 дюйма на дюйм. При обработке заготовки из немагнитной аустенитной нержавеющей стали ее нагревают до температуры от 950 до 1150°F. При ковке на прессе в открытых штампах обеспечивают деформацию в центральной зоне заготовки, а при радиальной ковке – в ее поверхностной зоне. В результате обеспечивается получение заготовки, имеющей в поперечном сечении постоянные механические характеристики. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл., 1 пр.