CS251553B1

CS251553B1 - Způsob tepelného zpracování výrobků a polotovarů z uhlíkových ocelí

Info

Publication number: CS251553B1
Application number: CS827213A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Vrtel; Karel Matuska; Otakar Libra
Original assignee: Jaroslav Vrtel; Karel Matuska; Otakar Libra
Priority date: 1982-10-08
Filing date: 1982-10-08
Publication date: 1987-07-16
Also published as: CS721382A1

Abstract

Řešení se týká způsobu tepelného zpracování výrobků, jako jsou tlusté plechy, tyče, výlisky, výkovky nebo odlitky z uhlíkových ocelí do obsahu 0,35 % hmot. uhlíku a slitinových ocelí s celkovým obsahem legujících přísad do 11 Ϊ hmot. Jeho podstatou je ochlazení oceli rychlostí 5 až 1 500 °C.h~l na mezikritickou teplotu, která se nachází v oblasti vymezené teplotami Ac3 -3 °C a AC1 +5 °c Na této teplotě se výrobek udržuje po dobu 0,1 až 12 h. Následuje ochlazení na pokojovou teplotu, případně sníženou až do -196 °C. Podle druhu zpracování oceli se potom provede popouštění při teplotě nižší než kritická teplota a to minimálně o 15 °C.

Description

Vynález řeší způsob tepelného zpracování vývalků, výkovků nebo odlitku z uhlíkových ocelí do obsahu 0,35 % hmot. uhlíku a slitinových ocelí s celkovým obsahem legujících přísad do 11 % hmot. k docílení vysoké odolnosti proti křehkému lomu a malého sklonu k popouštěcí křehkosti .

Doposud se tepelné zpracování provádí tak, že se vývalky, výkovky nebo odlitky z uhlíkových a slitinových ocelí s celkovým obsahem legujících přísad do 11 % hmot. ohřejí na teplotu austenitizace, tj. na teplotu vyšší než kritická teplota oceli, načež následuje ochlazování na vzduchu, v proudu plynu - vzduchu nebo v kapalném médiu, např. voda, olej. Při používaném plynulém ochlazování z austenitizační teploty dojde k přeměně austenitu na výslednou mikrostrukturu, která určuje užitné vlastnosti oceli. K ovlivnění finálních vlastností je dosud využíváno jen rozdílné rychlosti ochlazování z austenitizační teploty. Tím je omezeno dosažení požadované pevnosti a současně potřebné odolnosti proti křehkému lomu. Mimoto u takto zpracované oceli dochází při následujícím nevyhnutelném popouštění ke zkřehnutí vývojem popouštěcí křehkosti. Tato forma křehkosti se také projevuje u dlouhodobě provozovaných součástí za zvýšených teplot tímto způsobem zpracovaných.

Ke zlepšení odolnosti proti popouštěcí křehkosti byl vypracován postup, nazývaný třístupňové tepelné zpracování. Tento způsob sestává ze tří tepelných operací, a to z ohřevu na teplotu nad kritickou teplotu A^ dané oceli a zakalení z této teploty k plnému ochlazení zpracovávaného výrobku, načež následuje druhý ohřev na teplotu ležící mezi kritickými teplotami A^3 a ^C1 ^a zakalení. Jeko třetí operace se vykoná popouštění při teplotě pod Α^.

Tento nákladný postup, vyžadující značnou kapacitu pecí a vysokou spotřebu elektrické energie, však nezajišťuje s dostatečnou rezervou minimální požadované pevnostní vlastnosti.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob tepelného zpracování výrobků a polotovarů z uhlíkových ocelí do obsahu 0,35 % hmot. uhlíku a slitinových ocelí s celkovým obsahem legujících přísad do 11 % hmot. podle vynálezu, využívající ohřev oceli nad teplotu přeměny A^. Podle druhu zpracovávané oceli se po tepelném zpracováni provede popouštění při teplotě nižší než kritická teplota A^, a to minimálně o 15 °C.

Podstatou vynálezu je ochlazení oceli rychlostí 5 až 1 500 °C.h na mezikritickou teplotu. Tato teplota se nachází v oblasti vymezené teplotami A^j -3 °C a +5 °C. Na této teplotě s^J/ýrobek udržuje po dobu 0,1 až 12 h. Následuje ochlazení na pokojovou teplotu, případně na teplotu sníženou až do -196 °C.

Tepelným zpracováním podle vynálezu je docílena velmi příznivá kombinace vysokých pevnostních vlastností a příznivé houževnatosti i odolnosti proti křehkému lomu, potlačuje se sklon k popouštěcí křehkosti, což je nedosažitelné jinými postupy zpracování.

Způsob tepelného zpracování podle vynálezu se obecně provádí tak, že výrobek se ohřeje nad kritickou teplotu A^. Kritické teploty A_C1 a A_c3 jsou teploty přeměny oceli výrobku, uváděné v údajích o oceli nebo stanovené experimentálně, případně zjištěné výpočtem z chemického složení oceli. Při lisování za tepla nebo při kování je možno s výhodou využít ohřevu na lisovací, případně na kovací teplotu k provedení zpracování podle vynálezu, jestliže teplota, při níž je lisování nebo kování dokončeno, se nachází v mezikritické oblasti. Dále následuje ochlazování oceli do mezikritické oblasti.

Mezikritická oblast je dvoufázová oblast asutenitu a feritu, ohraničená kritickými teplotami A| a A^. Zařazením prodlevy v mezikritické oblasti při zpracování podle vynálezu dojde k přeměně určitého objemového podílu austenitu na ferit, takže při prodlevě na teplotě mezi A^ A^i v mikrostruktuře oceli současně existuje austenit a ferit. Tento současný výskyt obou fází ve vhodném objemovém množství umožňuje, že podle vzájemné rozpustnosti dojde v oceli k rozdělení uhlíku a legujících i doprovodných přísad a prvků nečistot mezi obě fáze. Tím se vytvoří podmínky pro vznik výsledné výhodné mikrostruktury, která oceli propůjčuje vysokou pevnost, příznivou deformační schopnost a zvýšenou odolnost proti křehkému lomu v porovnání

25155*3 s konvenčně tepelně zpracovávanou ocelí. Při konvenčním tepelném zpracování dochází k odmíšení škodlivých nečistot na hranice zrn, které následně způsobuje vznik popouštěcí křehkosti. Takovému odmíšení nečistot v oceli se předejde zařazením prodlevy v mezikritické oblasti při tepelném zpracování podle vynálezu, které tak potlačuje vznik popouštěcí křehkosti oceli výrobku. Po izotermické prodlevě v mezikritické oblasti se výrobek ochladí rychlostí nutnou k docílení požadované mikrostruktury. Podle druhu zpracovávané oceli se pro další zvýšení houževnatosti zařadí popouštění na teplotě pod Αβ,.

Příkladné provedení tepelného zpracování podle vynálezu je schematicky uvedeno na připojeném grafu, znázorňujícím průběh tepelného zpracování ocelí v závislosti čas:teplota, kde na ose x je vyznačena teplota a na ose y čas. V grafu

A vyznačuje časový úsek ohřevu,

B vyznačuje časový úsek austenitizace,

C vyznačuje časový úsek řízeného ochlazování,

D vyznačuje časový úsek prodlevy,

E vyznačuje časový úsek chladnutí a

P vyznačuje časový úsek popouštění.

Konkrétní postup tepelného zpracování výrobků a polotovarů podle vynálezu je blíže osvětlen na následujících příkladech.

Příklad 1

Výkovek z oceli s 0,23 % uhlíku, 1,14 % manganu a 0,12 % vanadu, u níž je A = 730 °C a A^ = 830 °C, byl ohřát na austenitizační teplotu 910 °C. Následovalo ochlazování průměrnou rychlostí 30 °C.h na teplotu 760 °C. Po dvouhodinové prodlevě při této teplotě v mezikritické oblasti byl výkovek zakalen do vody o pokojové teplotě. Popouštění bylo vykonáno při 620 °C po dobu 4 h. Tímto zpracováním byly získány následující vlastnosti:

mez kluzu R _{Λ n} = 515 MPa p0,2 pevnost R^ = 668 MPa tažnost A,- - 23 % kontrakce Z = 66 % vrubová houževnatost KCV = 140 J.cm při 20 °C

Dlouhodobé žíhání při teplotě 480 °C takto zpracovaného výkovku nezpůsobilo zjistitelnou popouštěcí křehkost.

Pro srovnání byly zjištovány vlastnosti oceli zpracované dosavadním způsobem, tj. bez řízeného ochlazování. Byla dosažena mez kluzu R . _ = 360 MPa ^p0'² -2 o vrubová houževnatost KCV = 84 J.cm při 20 C.

Příklad 2

Dalším příkladem je tepelné zpracování tlustého plechu z oceli s 2,25 % chrómu a 1 % molybdenu, obsahující 0,12 % uhlíku. Kritické teploty oceli byly A^j = 865 °C, A^ = 792 °C.

Po austenitizaci při 930 °C byl plech ochlazen řízenou rychlostí 45 °C.h na teplotu 840 °C, která se nacházela mezi A^ a A^. Po prodlevě 12 h při této mezikritické teplotě byl plech zakalen do vody na pokojovou teplotu a potom následovalo obvyklé popouštění při 680 °C. Tímto tepelným zpracováním byly získány hodnoty: i mez kluzu pevnost tažnost p0,2

568 MPa 667 MPa 22 %

kontrakce	Z	= 80	%
vrubová houževnatost	KCV	= 260	T -2 J.cm	při 20 °C
přechodová teplota z tvárného
na křehký lom	^ť50	= -65	°C
lomová houževnatost	^KcJ	= 216	MPa.m ²	při 60 °C.
Zpracováním k záměrnému vyvolání	popouštěcí křehkosti	nedošlo	u takto tepelně

ného plechu ke zkřehnutí.

U vzorků téhož plechu zpracovávaného dosavadním způsobem bylo dosaženo hodnot:

mez kluzu lomová houževnatost přechodová teplota z tvárného na křehký lom	^Rp0, ^KcJ ^fc50	= 320 MPa = 72 MPa.	,m ² při -60 °C
= +20	C.
: k 1 a d 3
Výkovek z oceli obsahující 0,17 % uhlíku,	1,05	% manganu a	0,22 % křemíku

ké teploty Činily A^ = 846 °C a A_cl = 716 °C, byl zpracováván následujícím způsobem: po austenitizaci při 880 °C následovalo ochlazování průměrnou rychlostí 12 °C.h na teplotu 750° Celsia. Po prodlevě 0,1 h na této teplotě byl výkovek ochlazen proudem vzduchu o pokojové teplotě. Tímto zpracováním byly dosaženy hodnoty:

mez kluzu pevnost tažnost kontrakce vrubová houževnatost ^Rp0,2 ^{= 392 MPa}

R = 546 MPa m

A₅ = 29 %

Z = 72 %

KCV = 95 J.cm^-2 při -40 °C.

U vzorků vyrobených z téže oceli, avšak bez řízeného ochlazování a prodlevy na uvedené teplotě* bylo dosaženo následujících vlastností:

mez kluzu R _n ~ = 280 MPa ^p0'² -2 o vrubová houževnatost KCV = 12 J.cm při -40 C.

Příklad 4

Tlustý plech z oceli obsahující 1,6 % manganu, 0,8 % niklu, 0,13 % vanadu a 0,14 % uhlí ku byl ochlazován z austenitizační teploty 89J °C průměrnou rychlostí 1 500 °C.h na teplot 725 °C, nacházející se 15 °C nad kritickou teplotou A^ oceli daného chemického složení. Na teplotě 725 °C byl plech udržován 8 h, načež byl ochlazen na teplotu -196 °C a popouštěn při 650 °C. Popsaným způsobem byly docíleny následující užitné vlastnosti:

mez kluzu pevnost tažnost kontrakce vrubová houževnatost lomová houževnatost

R _{Λ o} =570 MPa p0,2

R = 680 MPa m

A_ = 22 % b

Z = 68 %

KCV = 68 J.cm^-2 při -60 °C

K_cJ = 162 MPa.m^-2 při -100 °C.

Vlastnosti vzorků vyrobených z téhož plechu, avšak bez popsaného tepelného zpracování, byly následující:

mez kluzu vrubová houževnatost lomová houževnatost

R _{Λ n}p0,2

KCV

410 MPa

J.cm'² při -60 °C 58 MPa.m ² při -100 °C.

Claims

Způsob tepelného zpracování výrobků a polotovarů z uhlíkových ocelí do obsahu 0,35 % hmot uhlíku a slitinových ocelí s celkovým obsahem legujících přísad do 11 % hmot., spočívající v ohřevu oceli nad teplotu přeměny a v případném popouštění při teplotě minimálně o 15 °C nižší než kritická teplota A,^, vyznačující se tím, že se výrobek ochladí rychlostí 5 až 1 500 °C.h^_l na mezikritickou teplotu, která se nechází v oblasti vymezené teplotami A^

-3 °C a +5 °C, na této teplotě se výrobek udržuje po dobu 0,1 až 12 ha pak se ochladí na pokojovou teplotu nebo na teplotu sníženou až do -196 °C.