CS201555B1

CS201555B1 - Method of thermal treatment of parts from low-carbon chrome-nickel steels with mostly martensitic structure

Info

Publication number: CS201555B1
Application number: CS301279A
Authority: CS
Inventors: Jiri Saip; Miroslav Tvrdy; Otto Necas; Zdenek Fuciman; Zdenek Motloch
Original assignee: Jiri Saip; Miroslav Tvrdy; Otto Necas; Zdenek Fuciman; Zdenek Motloch
Priority date: 1979-05-02
Filing date: 1979-05-02
Publication date: 1980-11-28

Description

Vynález se týká způsobu tepelného zpracování součástí z nízkouhlíkových chomniklových ocelí s převažující martenzitickou mikrostrukturou.The present invention relates to a method for heat treatment of components of low-carbon quartz steels with a predominant martensitic microstructure.

Obsah chrómu se u těchto ocelí pohybuje v rozmezí 12 až 19 % hmotnostních, obsah niklu 3,5 až 7,5 % hmotnostních; kromě toho mohou být tyto oceli legovány molybdenem, mědí, popřípadě mohou mít zvýšený obsah manganu až do'cca 10 % hmotnostních. Podle obsahu legur může strukturu těchto ocelí tvořit kromě martenzitu ještě austenit a ferit. Předností těchto ocelí jsou výborné užitné vlastnosti, charakterizované vysokými mechanickými a technologickými parametry, jmenovitě relativně vysokými pevnostními hodnotami, plastickými hodnotami, vrubovou a lomovou houževnatostí a velmi nízkými teplotami nulové houževnatosti při korozivzdornosti, dosahující úrovně austenitických nerezavějících ocelí a při relativně dobré svařitelnosti.The chromium content of these steels ranges from 12 to 19% by weight, the nickel content from 3.5 to 7.5% by weight; in addition, these steels can be alloyed with molybdenum, copper, or have an increased manganese content of up to about 10% by weight. Depending on the alloy content, austenite and ferrite may also be the structure of these steels in addition to martensite. The advantages of these steels are excellent utility properties, characterized by high mechanical and technological parameters, namely relatively high strength values, plastic values, notch and fracture toughness and very low temperatures of zero toughness in corrosion resistance, reaching austenitic stainless steels and relatively good weldability.

Dosažení maximálně příznivých vlastností těchto ocelí je však podmíněno optimálním tepelným zpracováním. Podle současného stavu techniky sestává tepelné zpracování těchto ocelí z normalizačního žíhání při teplotě 850 až 1 050 °C s ochlazením na vzduchu a z jednoho nebo několika popouštění. Při ochlazování z normalizační teploty na vzduchu dochází i u silnostěnných součástí k transformaci na martenzit. Následujícím popouštěním v oblasti teplot nad Aci dochází k popuštění martenzitu a současně k částečné transformaci na austenit v jemné disperzní formě, čímž se zvyšuje plasticita a houževnatost základní kovové matrice.Achieving the most favorable properties of these steels, however, is conditional on optimum heat treatment. According to the prior art, the heat treatment of these steels consists of normalization annealing at a temperature of 850 to 1050 ° C with cooling in air and one or more tempering. When cooling from normalization temperature in air, even thick-walled parts are transformed into martensite. Subsequent tempering in the temperature range above Aci results in the tempering of martensite and at the same time partial transformation to austenite in fine dispersed form, thereby increasing the plasticity and toughness of the parent metal matrix.

Velmi závažnou okolností pří tepelném zpracování nízkouhlíkových chromniklových ocelí s převažující martenzitickou strukturní složkou je poměrně nízká teplota konce martenzitické přeměny M_f, která v závislosti na chemickém složení oceli může být v konkrétních případech i nižší než 50 °C. Pro dosažení strukturní homogenity a homogenity mechanických a technologických vlastností je nezbytně nutné, aby se tepelně zpracovávaná součást ochladila během normalizace (kalení) pod teplotu M_f v celém objemu. Nevýhodou tohoto dosavadního způsobu tepelného zpracování je velmi obtížné a zdlouhavé ochlazení součásti při kalení pod teplotu M_f. V případě nedostatečné kontroly teploty, zejména vnitřních partií součástí dochází . k nedokončení transformace na martenzit v celém objemu součásti, z čehož vyplývá strukturní nehomogenita a nerovnoměrné mechanické a technologické vlastnosti. Při nedostatečném prokalení součásti v celém objemu existuje nebezpečí vznikuA very serious circumstance in the heat treatment of low carbon chromium-nickel steels with a predominant martensitic structural component is the relatively low end temperature of the martensitic transformation _Mf , which, depending on the chemical composition of the steel, may in certain cases be lower than 50 ° C. In order to achieve the structural homogeneity and homogeneity of the mechanical and technological properties, it is essential that the heat-treated component is cooled below the temperature M _f during the normalization during the entire volume. A disadvantage of this prior art heat treatment method is the very difficult and time-consuming cooling of the component during quenching below the temperature M _f . In case of insufficient temperature control, especially the internal parts of the components occurs. not to complete the transformation to martensite in the entire volume of the part, resulting in structural inhomogeneity and uneven mechanical and technological properties. There is a risk of inadequate hardening of the part in its entirety

15 5 5 čerstvě zakaleného martenzitu po následujícím popouštění. Případné použití účinnějšího ochlazovacího média při kalení, hlavně u tvarově složitějších součástí, jako jsou výkovky, odlitky, výlisky a svařence s rozdílnými tloušťkami stěn, není možné pro nebezpečí vzniku prasklin z tepelných, popřípadě transformačních pnutí.15 5 5 freshly turbid martensite after subsequent tempering. The possible use of a more effective cooling medium during quenching, especially for more complicated shapes, such as forgings, castings, moldings and weldments with different wall thicknesses, is not possible due to the risk of cracks from thermal or transformation stresses.

Uvedené nedostatky dosavadního stavu techniky odstraňuje způsob tepelného zpracování součástí z nízkouhlíkových chromniklových ocelí s převažující martenzitickou strukturou podle vynálezu. Podstatou vynálezu je, že se součásti ohřejí na teplotu austenitizace a ochladí na vzduchu na povrchovou teplotu mezi teplotou počátku martentitlcké přeměny M_s a teplotou konce martensitické přeměny M₍, nato se dochladí pod teplotu konce martensitické přeměny M_f v nejméně jednom chladicím médiu s ochlazovacím účinkem vyšším než má vzduch, načež se nejméně jednou popustí v oblasti teplot 200 až 700 °C.The aforementioned drawbacks of the prior art are overcome by the method of heat treatment of low carbon chromium-nickel steels with a predominant martensitic structure according to the invention. It is the object of the invention that the components are heated to an austenitization temperature and cooled in air to a surface temperature between the martensitic transition start temperature M _s and the martensitic transition end temperature M ₍₎ , then cooled below the martensitic transition end temperature M _f in at least one cooling medium with cooling higher than air, and then at least once tempered in a temperature range of 200 to 700 ° C.

Výhodou tepelného· zpracování podle vynálezu je podstatné zkrácení doby tepelného zpracování, zejména ochlazování při kalení z austenitizační teploty a zaručené dosažení teploty nižší než teploty M_f, to znamená zajištění úplné strukturní transformace a homogenity mechanických a technologických vlastností v celém objemu tepelně zpracované součásti. Přitom nedochází k vyvolání tepelných pnutí aniu tvarově komplikovaných součástí.The advantage of the heat treatment according to the invention is a substantial reduction in the heat treatment time, in particular cooling during quenching from the austenitization temperature and guaranteed achievement of a temperature lower than the temperature M _f , i.e. ensuring complete structural transformation and homogeneity of mechanical and technological properties. There are no thermal stresses caused by complicated parts.

K bližšímu objasnění podstaty vynálezu se dále uvádějí příklady použití způsobu tepelného zpracování součástí podle vynálezu. Příklad 1In order to further elucidate the nature of the invention, examples of the use of the heat treatment method of the components of the invention are given below. Example 1

Výkovek víka o kusové hmotnosti 12 460 kg a o chemickém složení v množství podle hmotnosti: 0,022 % uhlíku, 0,58 % manganu, 0,31 °/o křemíku, 0,024 % fosforu, 0,010 % síry, 13,33 % chrómu, 6,04 % niklu, 0,52 % molybdenu a 0,06 % mědi, zbytek železo a obvyklé nečistoty, byl tepelně zpracován tak, že na základě dilatometrické zkoušky byly stanoveny teploty martenzitické transformace a to M_s = 165 °C a M_f = = 60 °C. Výkovek byl v žíhací peci ohřát na teplotu 960 °C a po výdrži 8 hodin byl z pece vyjmut a nejdříve volně ochlazóván na vzduchu až do dosažení povrchové teploty 90 °C, kontrolované dotykovým termočlánkem, načež byl vložen do vodní lázně s cirkulující vodou o teplotě 19 °C, kde byl ponechán po dobu 140 minut. Měřením povrchové teploty byla potom zjištěna teplota 34 °C, tedy pod stanovenou teplotu M_f v celém objemu výkovku při již zanedbatelném teplotním spádu mezi povrchem a středními partiemi výkovku. Bezprostředně po zakalení následovalo popouštění výkovku na teplotě 670 °C s výdrží 12 hodin a s následujícím chlazením na vzduchu a s opětovným dochlazením ve vodní lázni. Poté byl výkovek znovu popouštěn při teplotě 580 °C s výdrží 10 hodin a pozvolna ochlazován v peci. U výkovku víka, tepelně zpracovaného popsaným způsobem, bylo dosaženo následujících mechanických hodnot:Lid forgings of 12 460 kg piece weight and chemical composition by weight: 0,022% carbon, 0,58% manganese, 0,31% / silicon, 0,024% phosphorus, 0,010% sulfur, 13,33% chromium, 6, 04% nickel, 0.52% molybdenum and 0.06% copper, the remainder iron and the usual impurities were heat treated so that the temperature of martensitic transformation was determined on the basis of dilatometric test, namely M _s = 165 ° C and M _f = = 60 ° C. The forging was heated to a temperature of 960 ° C in the annealing furnace and after an 8-hour holding time, it was removed from the furnace and first cooled freely in air until reaching a surface temperature of 90 ° C controlled by a touch thermocouple. 19 ° C, where it was left for 140 minutes. By measuring the surface temperature, a temperature of 34 ° C was found, that is below the set temperature M _f in the entire forging volume at a negligible temperature gradient between the surface and the middle parts of the forging. Immediately after quenching, the forging was tempered at 670 ° C for 12 hours and then cooled in air and re-cooled in a water bath. Then the forging was tempered again at 580 ° C for 10 hours and slowly cooled in the oven. For the lid forging, heat treated as described, the following mechanical values were achieved:

mez 0,2 v tahu, určená z trvalého prodloužení σ 0,2 = 669 MPa mez pevnosti v tahu σ Pt = 840 MPa tažnost na krátké tyči 6 5 = 21 % kontrakce ψ = 55 % vrubová houževnatost na tyči s 2 mm .tensile limit 0.2 determined from permanent elongation σ 0.2 = 669 MPa tensile strength σ Pt = 840 MPa elongation at short bar 6 5 = 21% contraction ψ = 55% notched toughness on bar with 2 mm.

V vrubem RV = 112 J/cm² Notched RV = 112 J / cm ²

Rozbor mikrostruktury prokázal strukturní homogenitu v celém průřezu výkovku. Doba ochlazování výkovku víka z teploty 90 °C na 34 °C se oproti době ochlazování běžným způsobem zkrátila na desetinu. ·Microstructure analysis showed structural homogeneity throughout the forging cross section. The cooling time of the lid forging from 90 ° C to 34 ° C has been reduced to a tenth compared to the cooling time. ·

Příklad 2Example 2

Odlitek tělesa armatury o hmotnosti 8 650 kg z oceli o chemickém složení v množství podle hmotnosti: 0,019 % uhlíku, 0,64 % manganu, 0,37 % křemíku, 0,018 % fosforu, 0,012 % síry, 13,14 % chrómu, 6,15 % niklu, 0,61 % molybdenu, 0,06 % mědi, zbytek železoya obvyklé nečistoty, byl tepelně zpracován tak, že byl ohřát v žíhací peci na teplotu 960 °C a po výdrži 6 hodin byl z pece vyjmut a volně ochlazován na vzduchu, až teplota povrchu odlitku, kontrolovaná dotykovým termočlánkem, klesla na 135 °C, načež byl odlitek ochlazován vodní sprchou za stálé kontroly teploty povrchu. Když teplota povrchu odlitku klesla na 80 °C, byl odlitek vložen do vodní lázně, kde byl ve vodě o teplotě 18 °C ochlazován po dobu 110 minut. Po této době byla na povrchu odlitku zjištěna teplota 32 °G, což zaručovalo bezpečně pokles teploty v celém objemu odlitku pod teplotu M_f, která v tomto případě byla dilatometrickou zkouškou stanovena na 50 °C (M_s = 160 °C). Tímto způsobem zakalený odlitek byl ihned vložen do pece, kde byl při teplotě 600 °C a výdrži 10 hodin popouštěn s následujícím pozvolným ochlazováním v peci. Materiál odlitku armatury po popsaném způsobu tepelného zpracování vykázal následující mechanické hodnoty:Cast iron fitting body weighing 8 650 kg of steel with a chemical composition by weight: 0.019% carbon, 0.64% manganese, 0.37% silicon, 0.018% phosphorus, 0.012% sulfur, 13.14% chromium, 6, 15% nickel, 0.61% molybdenum, 0.06% copper, the remainder of the iron impurity, was heat treated by heating in an annealing furnace to 960 ° C and after being held for 6 hours it was removed from the furnace and freely cooled to air until the temperature of the casting surface, controlled by a touch thermocouple, dropped to 135 ° C, after which the casting was cooled with a water spray while constantly checking the surface temperature. When the surface temperature of the casting dropped to 80 ° C, the casting was placed in a water bath where it was cooled in water at 18 ° C for 110 minutes. After this time, a temperature of 32 ° C was detected on the casting surface, which guaranteed a temperature drop in the entire casting volume below the temperature M _f , which in this case was determined by the dilatometric test to 50 ° C (M _s = 160 ° C). The turbid cast in this way was immediately placed in an oven where it was tempered at 600 ° C and held for 10 hours followed by gradual cooling in the oven. The material of the valve casting after the described heat treatment method showed the following mechanical values:

mez 0,2 v tahu, určená z trvalého prodloužení σ 0,2 = 612 MPa mez pevnosti v tahu σ Pt = 760 MPa tažnost na krátké tyči á 5 =23 % kontrakce . = 64 % vrubová houževnatost na tyči s 2 mmtensile limit 0.2, determined from permanent elongation σ 0.2 = 612 MPa tensile strength σ Pt = 760 MPa elongation at short bar α 5 = 23% contraction. = 64% notch toughness on 2 mm rod

V vrubem RV = 158 J/cm² Notched RV = 158 J / cm ²

Metalografické šetření prokázalo úplnou shodu mikrostruktury povrchových a vnitřních partií odlitku. Doba ochlazování odlitku z teploty 135 °C na 32 °C se oproti době ochlazování běžným způsobem zkrátila na osminu.Metallographic investigation showed complete agreement of microstructure of surface and internal parts of the casting. The cooling time of the casting from 135 ° C to 32 ° C was shortened to eighth compared to the cooling time.

Claims

Method for heat treatment of components made of low carbon chromium-nickel steels with a predominant martensitic structure, characterized in that the components are heated to the austenitization temperature and cooled in air to the surface temperature between the martentitic transformation start point M _s and the end temperature

BACKGROUND OF THE INVENTION The martensitic conversion M _f is cooled below the end temperature of the martensitic conversion M _f in at least one coolant having a cooling effect higher than air, and then is tempered at least once in a temperature range of 200 to 700 ° C.