Способ термической обработки изделий

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республнк

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 190980 (21) 2983712/22-02 f $$) М. Кд.з

С 21 0 6/00 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (33)УДК 621.785, .79(088.8)

Опубликовано151132. Бюллетень ¹ 42

Дата опубликования описания 15.11. 82

A.А.Назаров, Н.И.Жигачева, р.Â.Ðûáèí, В.A.Öèêèòéé, Ф.Ж.Энин, В.Г.Северинова н Л.Ф.Артамоновф

Ъ

/

I (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к способам зашиты от коррозии стали на железохромовой основе со структурой мартенсита закалки и может быть использовано в металлургии, машиностроении, судостроении и других отраслях тех,ники.

Обеспечение максимальной корро эионной стойкости стали марок 20Х13, ЗОХ13, 40Х13, против локальных видов коррозии, в частности против коррозионного растрескивания, осуществляют рядом способов, важнейшим из которых является термическая обработка. Для рассматриваемых сталей мартенситного класса — это закалка в интервале 950-1100ои отпуск в интервале 600-700о При этом сталь оказывается несклонной к корроэионному растрескиванию в хлоридсодержащих растворах и в наводороживающих средах. Однако получаемые в условиях термической обработки механические характеристики сталин уровень прочности, твердость в ряде

: случаев не могут обеспечить требования по прочности и твердости для реальной конструкции. В таком слу чае используют, низкий отпуск - до 300р

В табл. 1 представлены данные

ГОСТа 5632 "Стали высоколегированных и сплавы корроэионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Иарки и технические требования"(Приложение к ГОСТ 5632 стр. 30).

Отпуск выше 300осогласно ГОСТ 5632-72 и ГОСТ 5949-75 для рассматрива10 емых марок стали в условиях их контакта с водными средами не используется, так как когерентные выделения карбидов по границам пер-. вичного аустенитного зерна обуслав- . ливает значительную склонность к хрупкому разрушению эа счет водородного охрупчнвания по этим границам.

Однако и отпущенная при 300о сталь с мартенситной структурой оказывается склонной по механизму водород-: ного окрупчивания к корроэионному растрескиванию.

Известен способ повышения корроэионной стойкости при помощи высокотемпературного изотермического отпуска. Способ предусматривает аусте: низирующип отжиг, отпуск при 700о

30.мин, последующую закалку стали на мартенсит и окончательный отпуск при 700 .Указанный способ позволяет получить повышенную стойкость высо973639

6S коотпущенной стали к общей коррозии f1).

Однако для его достижения требуется дополнительное легирование стали типа Х13 ванадием в количестве 0,5.0,9 мас.е. Более того, высокоот- 5 пущенная сталь имеет высокие для высокопрочной стали механические свойства, например твердость 3540 HRC, Сталь же, закаленная на мартенсит после укаэанного иэотерми- 10 ческого отпуска и затем отпущенная на максимальную твердость и прочность, остается склонной к корозионному растрескиванию по механизму водородного окрупчивания. 15

Известен способ термической обработки корроэионностойких сталей, включающий нагрев до температуры аустенизации и охлаждение, при этом в процессе охлаждения проводят изотермическую выдержку при 600-4500С. В данном способе изотермическую выдержку при термической обработке стали проводят при температуре выделения медьсодержащей фазы, в частности.для мартенситных низколегированных сталей при 600-450 .Таким образом, повышение коррозионной стойкости и сопротивляемости хрупкому разрушению осуществляют только выделениями медьсодержащей фазы при этом не преследуется цель сохранения высокого уровня прочности и твердости, в частности из-за низкого содержания углерода в стали. Сталь, обработанная по указанному способу, 15 обеспечивает повышенную коррозионную стойкость и стойкость против хрупкого коррозионного разрушения лишь при комнатных температурах (2 ).

Однако в условиях теплового ста- 4Q рения при 450О что соответствует условиям эксплуатации энергетического оборудования, сталь, обработанная п6 этому способу, приобретает сильную склОннОсть к хрупкому корроэионному 45 разрушению за счет протекания в ней карбидных реакций.

Известен способ термической обработки изделий, включающий нагрев до 940-1050ОC выдержку, охлаждение в 10%-ном йаС1до 810-880ОC с выдержкой в течение 0,5-1 ч и охлаждение (3).

Однако в данном способе сталь мартенситного класса после закалки имеет структуру мартенсита закалки,который характеризуется высокой склонностью к хрупкому разрушению, в частности к коррозионному растрескиванию.

Наиболее близким по технической сущности является способ термической обработки изделий, преимущественно их хромистых коррозионностойких сталей, включающий нагрев до 10501150,охлаждение до .870-900 с заданной скоростью, выдержку 870900 С 2-3 ч, дальше последующее охлаждение до 300ОС со коростью 80

100о/ч 4 ).

Однако способ термической обработки по прототипу применим, в первую очередь,к аустенитным сталям и позволяет для этих сталей связать весь углерод в карбиды титана или ниобия при выдержке 870-900 . Для мартенситных сталей точка Ас лежит несколько ниже 870-900О и выделение карбидов хрома по границам аустенитного зерна при 870- 900оневелико. В прототипе не оговаривается скорость охлаждения стали, а это для сталей мартенситного класса существенно,так как понижение скорости охлаждения вызывает более глубокое превращение по схеме аустенит — перлит, что резко ухудшает механические характеристики материала. Повышение скорости охлаждения не позволяет осуществить полностью блокировку областей выделения вторичных карбидов. Согласно диаграммам превращения переохлажденного аустенита скорость охлаждения

80-100оА с температуры 870-900О еще более усугубляет превращение аустенит — перлит.

Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости стали со структурой мартенсита закалки путем термической обработки, обеспечивающей стали стойкости против хрупких разрушений при контакте с водными средами в широком температурном интервале эксплуатации стали при 350 С при условии сохранения высоких механических характеристик по твердости, прочности и релаксационной стойкости.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки изделий, преимущественно иэ хромистых корроэионностойких сталей, включающему нагрев до

1050-1100 C регулируемое охлажде ние, охлаждение ведут до 850+10ОС со скоростью 5-1 град/мин, причем в соляной ванне до 450110ОС с иэотермической выдержкой 10-15 ч,а далее в масле, после чего производят отпуск при 350i10 C 2 ч с охлаждением в масле.

На стадии охлаждения от 1050—

1100 до 800-850 С на границах первичного аустенитного зерна происходит выделение зародышей карбидной фазы.

Охлаждение с 800-850 до 450475О погружением в соляную ванну создает значительное перенасыщение матрицы стали углеродом и выделение карбидов хрома на зародышах карбидНЬй фазы

Выдержка в соляной ванне регламентируется также диаграммой изотер973639 мического превращения со стороны длительной выдержки 10-15 ч для предотвращения возможного снижения механических характеристик. Выдержка в соляной ванне менее 10 ч не позволяет произвести выделение карбид- 5 ной фазы на границах первичного аустенитного зерна в необходимых количествах.

Согласно диаграмме состояния стали 20х13, точнее диаграмме состоя- !О ния системы железо — хром — углерод по разрезу 13% хрома при температуре до 800окарбидная фаза практически полностью состоит из карбида Cr C> .

Медленное охлаждение в режиме старения стали обуславливает образование зародышей этого карбида, а изотермический отпуск при 450+10облокирует .границы первичных аустенитных зерен от возможности возникновения несовершенств при мартенситном превращении в охлажденной до комнатной .температуры стали, последующий отпуск при

350осоздает более однородный уровень напряжений в стали. При этом обеспечивается более высокий уровень твердости и прочности стали, обработанной по предлагаемому способу, что очевидно из приводимых ниже примеров. 30

Пример 1. Образцы стали из листа промышленной поставки стали

20Х13, ЗОХ13, 40Х13, с составом по

ГОСТ 5632-72 размером 30* ЗОВ 2 мм с 1010+10 охлаждают до 850-10 со скоростью 5 в минуту, затем закаливают в соляную ванну с температурой 450-10 в минуту, и подвергают иэотермической выдержке при этой температуре 10-15 ч, после этого закаливают в масло до комнатной тем- 4О пературы и проходят последующий отпуск при 3501100 в течение 2 ч с охлаждением на воздухе (предлагаеьий способ ). Образцы стали, обработанные по предлагаемому способу, не 45 имеют хрупких разрушений при автоклавных коррозионных испытаниях на базе 5000 ч. Перед коррозионными испытаниями на образцы наносят отпечатки шарика ф 10 мм на прессе 50

Бринелля при нагрузке 2 тн. Испытания проводят в чистой воде при 350

Образцы стали, закаленной на мартенсит и обработанной по режиму термической обработки, предложенной прототипом при аналогичных коррозионных испытаниях разрушаются через

250-300 ч. Трещины возникают в районе лунки отпечатка. Режим термической обработки по известному способу ГОСТ 5632-76 закалка с 1010

10 в воду, отпуск при 450 + 100 2 ч, а также отпуск при 280о 2 ч и при

500 8 ч, охлаждение воздух.

Пример 2. Образцы стали марок 20Х13, 30Х13, 40Х13, термически обработанные по предлагаемому режиму, приведенному в примере 1, подвергают ускоренным стандартным коррозионным испытаниям на склонность к водородному охрупчиванию.

Образцы со стандартным отпечатком кипятят в растворе Н SO+ CuS04+

+ F е,1(s 04 ) в течение 2 ч. Образцы марок стали, обработанные по данному режиму, показывают отсутствие склонности к хрупким разрушениям,образцы стали,.обработанные по известному режиму, забракованы из-за склонности к водородному охрупчиванию. В таблице приведены значения механических характеристик стали, обработанной по предлагаемому способу в сравнении с обработанной по известному.

Предлагаемый способ внедряется на предприятия отрасли и в тех изделиях из коррозионностойкой стали, где наряду с высокими прочностными характеристиками требуется стойкость к хрупкому коррозионному разрушению при эксплуатации в водных средах с температурой выше 300

Ожидаемый экономический эффект слагается из расширения области применения высокопрочной стали типа Х13 для узлов машин и механизмов, где наряду с высокой прочностью требуется повышенная стойкость стали в водных средах с температурой выше

300О, а также за счет повышения надежности и работоспособности этих систем. 973639

Таблица 1

° Вй Ю Ю4ВЮ

Иарка сталей и сплавов

Номер марки

Обозначение

Применение

Назначение

Новое

Старое

1-13 ЗОХ13

ЗХ13

П р и м е ч а н и е ° Согласно ГОСТ 5949-75 режим низкого отпуска определен.для стали ЗОХ13, 40Х13 как отпуск при 200-300 после закалки с 950.-1020о,охлаждение в масле.

Таблица 2

Сталь марки HRC

Режим термической обработки

20Х13 ЗОХ13 40Х13

Нагрев до 1ч30-10 охлаждение до 850+10o со скоростью 5 град/мин, закалка в соляную, ванну с температурой 46 - 47

450 + +10 изотермическая выдержка при

450-10 10-15 ч,охлаждение в масло, отпуск при 350 2 ч, охлаждение воздух

48- 52 54- 55 с

Закалка с 1010-106в воду отпуск при 45 110 охлаждение вода (ГОСТ 5632-76) 40 - 43

46,5 - 47

Формула изобретения в водных. средах при температуре эксплуатации стали 350 С при сохране- . нии. твердости и прочности, охлаждение ведут до 8501 10аС со скоростью

Ю 5-1 град/мин., причем до 450210оС в соляной ванне с изотермической вы держкой .10-15 ч, а далее в масле, паспе чего производят отпуск при

350>10ОС 2 ч с охлаждением в

63 масле.

Способ термической обработки изделий, преимущественно из хромистых коррозионностойких сталей, включающий нагрев до 1050-1100 С, регулируемое охлаждение, о т л и ч а ющ и и сятем, что,,с целью повы- шения стойкости изделий против хрупкого коррозионного разрушения

Режущий,мерительный и хирургический инструмент, пружины, карбюраторные иглы, предметы домашнего обихода, клапанные пластины компрессоров

Сталь применяется после закалки и низкого отпуска .со шяифованной и полированной поверхностью обладает повышенной твердостью

973639

Составитвль А.Денисова

Техред С.Мигунова Корректор Г.Огар

Редактор И. Митровка .

Заказ 8619/30

Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Способ новыыения коррозионной стойкости стали. Бюлл. цНИИчермет, 1979, 20, с. 51-53.

2. Авторское в 595402, кл. С

3. Авторское

Р 561740, кл. С

4. Авторское

9 205862, кл. С свидетельство СССР

21 0 6/00, 1976. свидетельство СССР

21 0 1/78, 1976. свидетельство СССР

21 0 1/38, 1966.