Способ деформационно-термической обработки низколегированной стали



Способ деформационно-термической обработки низколегированной стали
Способ деформационно-термической обработки низколегированной стали

Владельцы патента RU 2631068:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") (RU)

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.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке низколегированных сталей, и может быть использовано в транспортном машиностроении для производства стрел автокранов, рам грузовых автомобилей, в судостроении для изделий, предназначенных для эксплуатации в арктических условиях, а также возможно применение в качестве основного слоя биметаллических листов для железнодорожных и автомобильных цистерн, перевозящих продукты нефтехимии и пищевые продукты.

В настоящее время железнодорожные и автомобильные цистерны для широкого класса грузов изготавливают из стали 09Г2С, а также ВСтЗсп5, которые применяются в качестве основного слоя биметаллического листа. Предел прочности и предел текучести этих сталей не превышает 550 МПа и 350 МПа соответственно. Величина ударной вязкости KCU сталей 09Г2С и ВСтЗсп5 при комнатной температуре составляет 40 Дж/см2, а при -60°С не превышает 34 Дж/см2. Совершенствование конструкций железнодорожных и автомобильных цистерн идет по пути уменьшения их веса, которое может быть достигнуто за счет уменьшения толщины стенок. Однако для этого необходимо повысить прочностные характеристики сталей, из которых изготавливают цистерны. Таким образом, это требует применения свариваемых сталей с пределом прочности, близким к 1000 МПа, и значениям ударной вязкости KCU при -60°С около 100 Дж/см2.

На сегодняшний день наиболее перспективным материалом для применения в качестве основного слоя биметаллических листов являются высокопрочные низколегированные низкоуглеродистые стали. Однако стали данного класса в состоянии поставки не удовлетворяют предъявляемым требованиям: величина ударной вязкости KCU при -60°С менее 34 Дж/см2, предел прочности 750-950 МПа, относительное удлинение менее 11%.

Из уровня техники известны режимы деформационно-термической обработки стали для повышения ее прочностных характеристик.

Известен способ деформационно-термической обработки низколегированной стали (Патент RU2544730, опубликованный 20.03.2015). Сущность способа заключается в следующем: нагрев стали, деформация, охлаждение, нагрев под закалку, охлаждение и отпуск. Перед деформацией сталь подвергают ковке и закалке с температуры ковки, при этом нагрев под деформацию осуществляют до Ac1 - (5-15)°С со скоростью от 80 до 100 град/мин и выдержкой при этой температуре от 2 до 2,5 ч, деформацию осуществляют со степенью от 30 до 60%, а нагрев под закалку осуществляют до температур Ac1 +(40-50)°С с охлаждением в масле. Способ позволяет получить стали с мелкозернистой структурой и высоким уровнем прочностных характеристик.

Основным недостатком данного способа является то, что предложенная деформационно-термическая обработка не позволяет достигнуть необходимого уровня механических свойств - сталь после обработки имеет низкие показатели ударной вязкости.

Известен способ, описанный в патенте RU2340684, опубликованном 10.12.2008. Способ деформационно-термической обработки стержневой арматуры крупных профилей включает горячую прокатку в два этапа с суммарным обжатием 60-77% от площади поперечного сечения раската на каждом этапе с выдержкой 19-26 с после первого и 12-17 с после второго этапа с предварительным охлаждением раската до температур не ниже Ar3 , окончательную прокатку в этой области температур, циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, в течение времени (0,017-0,020)Д с в первом цикле и (0,05-0,06)Д с во втором цикле с промежуточным отогревом в течение 0,2-0,3 с и окончательным отогревом поверхности до температур ниже точки Ac1 и окончательное охлаждение на воздухе, где Д - диаметр проката в мм. Такая обработка позволяет получить предел прочности 700-750 МПа, предел текучести 570-590 МПа, а относительное удлинение 16-24%.

Недостатком данного способа является необходимость применения специализированного и энергозатратного оборудования. Также описанный способ обработки не обеспечивает получение требуемого уровня механических свойств.

Наиболее близким к предложенному изобретению является способ, описанный в статье «Tempforming in medium-carbon low-alloy steel» ( J. Alloys Compd.,vol. 577, pp. S538-S542) авторами Y. Kimura, T. Inoue, K. Tsuzaki. Согласно этому способу слиток низколегированной стали, полученный путем вакуумной плавки и литья, подвергают гомогенизационному отжигу при 1200°C и деформационной обработке путем горячей прокатки до пластины толщиной 4 см, затем из стальных слитков вырезают заготовки, размерами 12 см × 4 см × 4 см, для последующей обработки. Вырезанные заготовки нагревают до 1200°C и выдерживают в течение 1 ч, после чего подвергают горячей прокатке в пруток с квадратным поперечным сечением 9 см2 с последующей закалкой в воде. Закаленные прутки подвергают отпуску при 500°C в течение 1 часа и многократной прокатке при температуре отпуска в пруток с квадратным поперечным сечением 2 см2 и последующему охлаждению на воздухе. Ударная вязкость после термообработки: KCV-20°C = 336 Дж/см2, KCV-60°C = 291 Дж/см2.

Недостатком данного способа является то, что он предназначен для обработки низколегированных среднеуглеродистых сталей и не обеспечивает получение достаточно высоких значений ударной вязкости при отрицательных температурах.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа деформационно-термической обработки низколегированных низкоуглеродистых сталей, позволяющего устранить недостатки прототипа.

Технический результат заключается в получении слоистой структуры в низколегированной низкоуглеродистой стали, что обеспечивает повышение прочностных свойств, а также значений ударной вязкости при отрицательных температурах.

Дополнительный технический результат - повышение прочностных характеристик данных сталей при комнатной температуре с сохранением показателей пластичности.

Поставленную задачу можно решить предложенной деформационно-термической обработкой низколегированной низкоуглеродистой стали. Предложенный способ включает гомогенизационный отжиг, деформационную обработку, закалку с последующим отпуском, прокатку при температуре отпуска, в который внесены следующие новые признаки:

- гомогенизационный отжиг проводят при температуре 1423±50 К в течение 1 часа;

- деформационную обработку осуществляют путем горячей ковки 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 при температуре 1373 – 1423К в течение 30 минут с охлаждением в масле;

- отпуск в течение 1 часа при температуре 873 – 923 К и последующую прокатку при температуре отпуска до истинной степени деформации не менее 1,2, при этом после каждого прохода сталь подогревают до заданной температуры, обжатие за проход составляет не менее 10%.

Предлагаемое изобретение поясняют следующие чертежи:

Фиг. 1 - схема деформационно-термической обработки низколегированной стали по примеру 1, где ε – истинная степень деформации.

Фиг. 2 - фотография структуры низколегированной стали, подвергнутой деформационно-термической обработке по предложенному способу, полученная с помощью растрового электронного микроскопа. Цветовая карта кристаллографических ориентировок показана на треугольнике.

Фиг. 3 - Таблица 1. Механические свойства низколегированной низкоуглеродистой стали, подвергнутой предложенным способом деформационно-термической обработке.

Примеры осуществления приведены для заготовок из стали S700MC (Fe-0,09C-0,12Si-1,55Mn-1,19Cr-0,42Mo-0,09V-0,05Nb-0,05Ti-0,003B-0,025Al-0,005S-0,003P):

Пример 1. Исходный материал в виде слитка размерами 140×140×140 мм3 подвергали гомогенизационному отжигу в печи при температуре 1423±50 К в течение 1 часа. Полученную заготовку проковали при температуре 1423±50 К до толщины 50 мм, а суммарная истинная степень деформации составила 1. При этом после каждого прохода заготовку подогревали до 1423±50 К и по окончании горячей ковки охладили на воздухе до комнатной температуры. После этого заготовку подвергали закалке в печи при температуре 1373К в течение 30 минут с охлаждением в масле. Следующей стадией был отпуск при температуре 873 К в течение 1 часа. Далее заготовку подвергли прокатке при температуре отпуска до толщины 10 мм, конечная истинная степень деформации составила 1.6. Все стадии прокатки проводили с промежуточным нагревом до температуры 873 К.

Пример 2. Исходный материал в виде слитка размерами 140×140×140 мм3 подвергали гомогенизационному отжигу в печи при температуре 1423±50 К в течение 1 часа. Полученную заготовку проковали при температуре 1423±50 К до толщины 50 мм, а суммарная истинная степень деформации составила 1. При этом после каждого прохода заготовку подогревали до 1423±50 К и по окончании горячей ковки охладили на воздухе до комнатной температуры. После этого заготовку подвергали закалке в печи при температуре 1423 К в течение 30 минут с охлаждением в масле. Следующей стадией был отпуск при температуре 923 К в течение 1 часа. Далее заготовку подвергли прокатке при температуре отпуска до толщины 10 мм, конечная истинная степень деформации составила 1.6. Все стадии прокатки проводили с промежуточным нагревом до температуры 923 К.

После деформационно-термической обработки по предложенному способу сталь характеризуется слоистой микроструктурой со средним размером зерен 530 нм (Фиг.2).

Из полученных стальных заготовок были вырезаны образцы для испытаний на определение механических свойств. Образцы вырезали вдоль направления прокатки.

В таблице 1 (на фигуре 3) представлены результаты механических испытаний образцов низколегированной стали, подвергнутой предложенной деформационно-термической обработке. Механические испытания на растяжения проводили в соответствии с ГОСТ 1497-84 при комнатной температуре. Испытания на ударный изгиб с концентратором вида U и V проводили в соответствии с ГОСТ 9454-78 при температурах -60° и -40°С.

Из таблицы видно, что предложенный способ обработки низколегированной стали приводит к повышению показателей прочности при комнатной температуре с сохранением достаточно высоких показателей пластичности и увеличению значений ударной вязкости при отрицательных температурах: например, значение KCV-60°C по сравнению с прототипом возрастает более чем на 20%. Таким образом, достигнута задача по разработке нового способа деформационно-термической обработки низколегированной низкоуглеродистой стали.

Способ деформационно-термической обработки заготовки из низколегированной низкоуглеродистой стали, включающий гомогенизационный отжиг слитка, его горячую ковку, закалку заготовки с последующим отпуском, прокатку, отличающийся тем, что гомогенизационный отжиг слитка проводят при температуре 1423±50К в течение 1 часа, ведут многопроходную горячую ковку слитка при температуре 1423±50 К до истинной степени деформации не менее 0,5 с последующим охлаждением на воздухе, при этом при ковке после каждого прохода заготовку подогревают до температуры ковки, нагрев заготовки под закалку осуществляют до температуры 1373–1423 К в течение 30 минут и охлаждают в масле, отпуск проводят при температуре 873–923 К в течение 1 часа, а затем при температуре отпуска проводят многопроходную прокатку до истинной степени деформации не менее 1,2, причем при прокатке после каждого прохода заготовку подогревают до температуры отпуска, а обжатие за проход составляет не менее 10%.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

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.
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.

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

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

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием с превосходными штампуемостью и адгезионными свойствами. Электротехническая листовая сталь с изоляционным покрытием содержит электротехническую листовую сталь и изоляционное покрытие, сформированное на электротехнической листовой стали. Изоляционное покрытие содержит Si и Fe. Масса Si в изоляционном покрытии в пересчете на SiO2 составляет от 50 до 99% от общей массы покрытия. Мольное отношение (Fe/Si) содержания Fe к содержанию Si в изоляционном покрытии составляет от 0,01 до 0,6. Изоляционное покрытие может содержать органическую смолу и/или смазку, причем в изоляционном покрытии отношение (С (органическая смола + смазка)/(Fe2O3 + SiO2)) массы в покрытии органической смолы и/или смазки в пересчете на С к сумме массы в покрытии Fe в пересчете на Fe2O3 и массы в покрытии Si в пересчете на SiO2 составляет от 0,05 до 0,8. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 табл.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении деталей типа вал. Обрабатываемую деталь разделяют на участки по длине, которые последовательно обрабатывают путем температурного и силового воздействия. Силовое воздействие на каждый участок осуществляют путем его растяжения в противоположные стороны посредством гидросилового привода осевой деформации. При этом определяют форму и величину кривизны обрабатываемой детали, в зависимости от которой выбирают последовательность обработки участков детали. Длину участков определяют с учетом прогиба под действием веса участка и гидросилового привода осевой деформации. Участки ограничивают с двух сторон выступами, высота которых равна припуску для черновой обработки детали. В процессе силового воздействия контролируют величину осевой упруго-пластической деформации в двух зонах участка детали и устраняют неравенство этих величин в указанных зонах путем увеличения давления гидросилового привода. В результате обеспечивается повышение качества деталей. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2016-10-18 2017-09-22T10:21:49
Наверх