Способ термической обработки поковок из низколегированной стали

Авторы патента:

C21D6/00 - Термообработка сплавов на основе железа

C21D1/25 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2770925:

Общество с ограниченной ответственностью "ОранжСтил" (RU)

Изобретение относится к способу термической обработки поковок из низколегированной стали. Способ включает закалку, выдержку и последующее охлаждение в воде, при этом осуществляют первую закалку при температуре 930-950 °C со временем выдержки 1,8 ч на каждые 100 мм толщины поковки, затем производят охлаждение в воде в течение не менее 10-15 мин, затем осуществляют вторую закалку при температуре 930-950 °C со временем выдержки 1,8 ч на каждые 100 мм толщины поковки, затем производят охлаждение в воде в течение не менее 10-15 мин, после чего осуществляют отпуск при температуре 570-650 °C в течение 2,5-3 ч на каждые 100 мм толщины поковки, далее поковки охлаждают в закалочном баке в воде в течение не менее 10 мин до достижения температуры поверхности поковки не выше 50 °C, при этом температура воды в закалочном баке составляет не более 20 °C на старте и не более 25 °C на финише, после чего поковки охлаждают на воздухе. Технический результат заключается в повышении прочностных свойств поковок и повышении уровня работы удара при температуре испытаний ниже – 40 °С с получением заданного комплекса механических свойств. 2 табл.

Изобретение относится к области термической обработки низколегированных сталей и может быть использовано при термической обработке стальных поковок сечением до 250 мм.

По патенту RU 2656912 известен способ термической обработки отливки из высокомарганцовистой стали, включающий аустенизацию при температуре на 200-250°С ниже температуры солидус стали, выдержку в течение 3-5 часов и закалку в воде, где после закалки в воде отливку нагревают до температуры, равной 0,35-0,45 температуры аустенизации, выдерживают в течение 4-6 часов и охлаждают на воздухе, затем отливку нагревают до температуры, равной 0,75-0,80 температуры аустенизации, выдерживают в течение 4-5 часов и охлаждают в воде.

Недостатком известного способа является низкая стойкость отливок в условиях ударно-абразивного износа.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является известный по патенту RU 2373292 способ термической обработки полуфабрикатов из низкоуглеродистых ферритоперлитных сталей, включающий закалку с температуры выше критической точки А_с3, последующий высокий отпуск в диапазоне температур 620-670°С с охлаждением на воздухе, отличающийся тем, что после высокого отпуска проводят дополнительный отпуск в диапазоне температур 400-450°С с выдержкой 3-3,5 ч с последующим охлаждением на воздухе.

Недостатком известного способа является низкая прочность изделий, получаемых при его осуществлении, в частности, высокая хрупкость при низких температурах, низкая работа удара при температуре испытаний ниже - 40°С.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение прочностных свойств стальных изделий и повышение уровня работы удара при температуре испытаний ниже - 40°, получение комплекса механических свойств не ниже, чем указано в Таблице 1.

Технический результат достигается тем, что при осуществлении способа термической обработки поковок из низколегированной стали, включающего закалку, выдержку и последующее охлаждение в воде, согласно изобретению, осуществляют первую закалку при температуре 930-950°C со временем выдержки 1,8 часа на каждые 100 мм толщины поковки, затем производят охлаждение в воде в течение не менее 10-15 минут, затем осуществляют вторую закалку при температуре 930-950°C со временем выдержки 1,8 часа на каждые 100 мм толщины поковки, затем производят охлаждение в воде в течение не менее 10-15 минут, после чего осуществляют отпуск при температуре 570-650°C в течение 2,5-3 часов на каждые 100 мм толщины поковки, далее поковки охлаждают в закалочном баке в воде в течение не менее 10 минут до достижения температуры поверхности металла не выше 50°C, при этом температура воды в закалочном баке составляет не более 20°C на старте и не более 25°C на финише, после чего поковки охлаждают на воздухе.

Время перехода от печи к закалочному баку должно составлять не более 90 секунд.

Таким образом, в связи с низкой прокаливаемостью низколегированной стали, заявленный способ позволяет производить ее двойную закалку, тем самым повышая ее сопротивление хрупкому разрушению, в частности, в условиях работы при низких температурах.

Интервал температур 930-950°C при закалке является оптимальным для полного превращения феррито-карбидной смеси в аустенит в низколегированной стали, в частности марки A182F22Mod, при температуре выше 950°С начинается рост зерна, крупнозернистая структура стали характеризуется пониженными механическими свойствами, при температуре ниже 930°С произойдет недогрев стали, при этом в структуре не произойдет полного превращения феррито-карбидной смеси в аустенит, что негативно скажется в дальнейшем на получении необходимого комплекса механических свойств. При этом, при второй закалке происходит фазовая перекристаллизация с измельчением первоначального зерна аустенита до 7-8 балла по всему сечению поковки. Нагревом устраняют карбидную сетку по границам зерен, что способствует коагуляции мелких и средних карбидных частиц внутри зерна без их растворения. В результате закалки в воде образуется структура, состоящая из бейнита и мелкодисперсных включений карбидов округлой формы внутри зерен.

Интервал температур 570-650°C при отпуске и последующее охлаждение поковок в воде с температурой не более 20°C на старте, и не более 25°C на финише является оптимальным для общей стабилизации структуры в стали, что позволяет увеличить работу удара.

Таким образом, в результате осуществления заявленного способа получают поковки из низколегированной стали обладающие требуемым комплексом механических свойств (Таблица 1) при более высоких прочностных свойствах и работе удара, которая определяется, в частности, при температуре минус 46°С на образцах с V-образным концентратором.

Изобретение можно проиллюстрировать следующим примером.

Поковки из низколегированной стали A182F22Mod сечением до 250 мм в виде колец толщиной 197 мм нагревали до температуры закалки 950°С, время выдержки поковок при температуре закалки составило 5 часов (оптимальное время выдержки поковок составляет 1,8 час. на 100 мм толщины). После нагрева и выдержки поковки охлаждали в воде 15 минут с температурой не более 25°С. Затем проводили вторую закалку по такому же режиму.

После этого поковки отпускали при температуре 600°С, время выдержки поковок при температуре отпуска 7 часов (оптимальное время выдержки составляет 2,5-3 часа на 100 мм толщины) и охлаждали в воде до температуры поверхности поковок 50°С.

После термообработки были получены поковки, имеющие плотную однородную структуру из бейнита с мелкодисперсными включениями карбидов округлой формы внутри зерен.

Механические свойства проверяли на образцах, вырезанных из тела поковки в двух направлениях, вдоль и поперек направления ковки.

Как видно из Таблицы 2, низколегированная сталь A182F22Mod после термической обработки по изобретению имеет полный комплекс требуемых механических свойств, при этом имеет более высокую прочность и работу удара, чем сталь, которую подвергали термической обработке способом, рекомендуемым по техническим требованиям Р015-D07-T-060.

Таким образом, способ термической обработки поковок деталей из низколегированной стали A182F22Mod обеспечивает достижение поставленного технического результата (см. Таблицу 2).

Способ термической обработки поковок из низколегированной стали, включающий закалку, выдержку и последующее охлаждение в воде, отличающийся тем, что осуществляют первую закалку при температуре 930-950 °C со временем выдержки 1,8 ч на каждые 100 мм толщины поковки, затем производят охлаждение в воде в течение не менее 10-15 мин, затем осуществляют вторую закалку при температуре 930-950 °C со временем выдержки 1,8 ч на каждые 100 мм толщины поковки, затем производят охлаждение в воде в течение не менее 10-15 мин, после чего осуществляют отпуск при температуре 570-650 °C в течение 2,5-3 ч на каждые 100 мм толщины поковки, далее поковки охлаждают в закалочном баке в воде в течение не менее 10 мин до достижения температуры поверхности поковки не выше 50 °C, при этом температура воды в закалочном баке составляет не более 20 °C на старте и не более 25 °C на финише, после чего поковки охлаждают на воздухе.

Изобретение относится к металлургии, а именно к изготовлению листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой. Способ изготовления листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой включает выполнение горячей прокатки сляба для получения горячекатаного листа, отжига горячекатаного листа, холодной прокатки отожженного горячекатаного листа, обезуглероживающего отжига холоднокатаного листа, нанесения отжигового сепаратора, содержащего оксид алюминия в качестве основного компонента и MgO в количестве от 28 до 50 мас.%, и финишного отжига обезуглероженного отожженного листа.

Криогенные сосуды высокого давления, выполненные из низкоуглеродистой, высокопрочной стали с содержанием 9% никеля // 2765929

Изобретение относится к металлургии, а именно к криогенным сосудам высокого давления, выполненным из криогенной стали. Криогенный сосуд высокого давления изготовлен из криогенного стального сплава, содержащего, мас.%: С 0,01-0,06, Mn до 2,0, P до 0,02, S до 0,15, Si до 1,0, Ni 7–11, Cr до 1,0, Мо до 0,75, V до 0,2, Nb до 0,1, Al до 0,1 и N до 0,01.

Способ получения закаленных под прессом деталей с высокой производительностью // 2764688

Группа изобретений относится к способу получения стального рулона, листа или заготовки. Способ включает следующие последовательные стадии: получение предварительно покрытого стального рулона, листа или заготовки, состоящих из термически обрабатываемой стальной подложки, защищенной предварительным покрытием из алюминия или алюминиевого сплава, где предварительное покрытие непосредственно образуется в результате процесса горячего алюминирования без дополнительной термообработки, причем толщина предварительного покрытия составляет между 10 и 35 микрометров на каждой стороне стального рулона, листа или заготовки, затем нагревание стального рулона, листа или заготовки в печи в атмосфере, содержащей по меньшей мере 5% кислорода, до температуры θ1, составляющей от 750 до 1000°C, в течение времени t1 в диапазоне между t1мин и t1макс, где t1мин=23500/(θ1-729,5) и t1макс=4,946×1041×θ1-13,08, t1 означает общее время пребывания в печи, причем величина θ1 выражена в °C, a t1мин и t1max выражены в секундах, затем охлаждение стального рулона, листа или заготовки со скоростью охлаждения Vr1 до температуры θi, затем выдерживание стального рулона, листа или заготовки при температуре θ2 от включительно 100°C до включительно 500°C, в течение времени t2, заключенного между 3 и 45 минутами, для того чтобы получить содержание диффундирующего водорода меньше, чем 0,35 млн-1, при этом указанная температура θi равна комнатной температуре, а рулон, лист или заготовку в таком случае после охлаждения до комнатной температуры нагревают до указанной температуры θ2, или указанная температура θi равна указанной температуре θ2, при этом указанный стальной рулон, лист или заготовка, содержит взаимно диффузионный слой между стальной подложкой и покрытием, имеющий толщину между 2 и 16 мкм, причем взаимно диффузионный слой является слоем со структурой феррита α(Fe), содержащего Al и Si в твердом растворе, при этом указанный стальной рулон, лист или заготовка имеет верхний слой на поверхности покрытия, содержащий оксид алюминия толщиной больше, чем 0,10 мкм, при этом указанную скорость охлаждения Vr1 выбирают таким образом, чтобы сумма долей площади бейнита и мартенсита составляла меньше чем 30% в стальной подложке, после указанного охлаждения и до последующего нагревания, или указанную скорость охлаждения Vr1 выбирают таким образом, чтобы получить ферритно-перлитную структуру в стальной подложке после указанного охлаждения и до последующего нагревания.

Композиция на основе железа для топливного элемента // 2760462

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу стали, используемой в качестве материала оболочки для топливных элементов ядерных энергетических установок. Сталь содержит, в мас.%: Cr: от 10,0 до 13,0, C: от 0,17 до 0,23, Mo: от 0,80 до 1,2, Si: 0,5 или менее, Mn: 1,0 или менее, V: от 0,25 до 0,35, W: от 0,40 до 0,60 и Fe: по меньшей мере 80.

Способ термической обработки высокодемпфирующей стали // 2754623

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам обработки высокодемпфирующих сталей и сплавов высокого демпфирования на основе системы железо - алюминий с содержанием алюминия от 3,0 до 7,7 мас.% и может быть использовано для улучшения вибро- и шумопоглощающих свойств высокодемпфирующих сталей и сплавов, применяющихся в качестве конструкционных материалов.

Отливка из высокопрочной износостойкой стали и способы термической обработки отливки из высокопрочной износостойкой стали // 2753397

Изобретений относится к области металлургии, а именно к отливке из высокопрочной износостойкой стали, используемой для изготовления основных рабочих органов и конструктивных элементов горно-транспортного и горно-шахтного оборудования. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,25-0,35, кремний 0,20-0,45, марганец 0,80-1,20, хром 1,00-1,50, молибден 0,20-0,40, никель 1,0-1,50, медь не более 0,30, ниобий 0,008-0,10, ванадий 0,08-0,10, кальций 0,005-0,01, барий 0,005-0,01, церий 0,005-0,01, цирконий 0,008-0,1, алюминий 0,008-0,05, сера не более 0,015, фосфор не более 0,015, азот не более 0,025, наночастицы карбонитрида циркония и наночастицы карбонитрида ниобия 0,04-0,25, остальное – железо и примеси.

Холоднокатаная и термообработанная листовая сталь, способ ее производства и использование такой стали для производства деталей транспортных средств // 2751718

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сталям низкой плотности, и может быть использовано для изготовления конструкционных деталей транспортного средства или деталей транспортного средства, отвечающих за безопасность. Холоднокатаная и термообработанная листовая сталь содержит, в мас.%: 0,10 ≤ углерод ≤ 0,6, 4 ≤ марганец ≤ 20, 5 ≤ алюминий ≤ 15, 0 ≤ кремний ≤ 2, алюминий + кремний + никель ≥ 6,5 и необязательно содержащая по меньшей мере один из следующих элементов: 0,01 ≤ ниобий ≤ 0,3, 0,01 ≤ титан ≤ 0,2, 0,01 ≤ ванадий ≤ 0,6, 0,01 ≤ медь ≤ 2,0, 0,01 ≤ никель ≤ 2,0, церий ≤ 0,01, бор ≤ 0,01, магний ≤ 0,05, цирконий ≤ 0,05, молибден ≤ 2,0, тантал ≤ 2,0, вольфрам ≤ 2,0, железо и неизбежные примеси - остальное.

Лист из электротехнической стали с фиксированным изоляционным покрытием и способ его изготовления // 2749507

Группа изобретений относится к листу из электротехнической стали с фиксированным изоляционным покрытием и способу его изготовления. Лист из электротехнической стали с фиксированным изоляционным покрытием, имеющий на по меньшей мере одной поверхности изоляционное покрытие, включающее слой A изоляционного покрытия, создающего натяжение и обеспечивающего градиент натяжения в направлении толщины слоя А изоляционного покрытия, в котором когда масса слоя A изоляционного покрытия, создающего натяжение, обозначена М, и натяжение, созданное на стальном листе слоем А изоляционного покрытия, создающего натяжение, обозначено σA, натяжение, созданное на стальном листе слоем изоляционного покрытия, создающего натяжение, имеющим массу покрытия M/2 от поверхности слоя А изоляционного покрытия, создающего натяжение, составляет 0,80 × σA или более.

Изделия из высокопрочной стали и способы их изготовления // 2749413

Изобретение относится к изделиям из высокопрочной стали, обладающим благоприятными свойствами, и к способам отжига таких изделий. Способ термической обработки холоднокатаного листа из высокопрочной стали, содержащей, мас.%: от 0,12 до 0,5 С, от 1 до 3 Mn, от 0,8 до 3 комбинации Si и Al, включает проведение двухэтапного отжига листа.

Высокопрочный горячекатаный плоский стальной продукт с высокой устойчивостью к образованию краевых трещин и одновременно высоким показателем термоупрочнения и способ получения такого плоского стального продукта // 2743041

Изобретение относится к области металлургии. Высокопрочная горячекатаная стальная полоса с высокой устойчивостью к образованию краевых трещин, изготовленная из стали с пределом упругости Rp0.2 от 660 до 820 МПа, значением BH2 более 30 МПа и коэффициентом раздачи отверстия более 30%, и имеющей следующий химический состав, вес.%: C 0,04 до 0,12, Si 0,03 до 0,8, Mn 1 до 2,5, P макс.

Способ формирования износостойкого покрытия и коррозионно-стойкого покрытия на поверхности изделий из стали // 2768647

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение стойкости стальных изделий к механическим воздействиям и к воздействиям агрессивных рабочих сред за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев и может быть использовано для увеличения эксплуатационного ресурса изделий. Способ формирования износостойкого коррозионно-стойкого покрытия на поверхности стальных изделий включает цементацию при температуре 1000-1100°С в течение 3-8 ч и диффузионное насыщение стальных изделий в расплаве, содержащем свинец, литий и хром, при температуре 950-1050°С в течение 2-5 ч при следующем соотношении компонентов, мас.