CZ308041B6 - Způsob zušlechťování nízkouhlíkových bórových ocelí - Google Patents

Abstract

Způsob zušlechťování nízkouhlíkových bórových ocelí s obsahem uhlíku C 0,26 až 0,3 % hmotn. a bóru B 0,006 až 0,01 % hmotn, při kterém je ocel ohřáta na teploty mezi Aa Apodle diagramu Fe-FeC a následně prudce zakalena z oblasti jednofázového austenitu se vznikem martenziticko-feritické struktury s obsahem martenzitu ve struktuře nad 50 % a s mezí pevnosti nad 900 MPa. Feriticko-martenzitická struktura se dále s výhodou upravuje popouštěním v rozmezí teplot 220 až 260 °C.

Description

Způsob zušlechťování nízkouhlíkových bórových ocelí

Oblast techniky

Vynález se týká technologického postupu zušlechťování nízkouhlíkových bórových ocelí typu CMn-B, zejména pro výrobu výrobků o vysokých pevnostech, které mají mít dostatečnou plasticitu pro další tváření a lisování.

Dosavadní stav techniky

V současné době se pro tvarované ocelové výrobky s vysokou mezí pevnosti používají nízkouhlíkové bórové oceli, kde se obsah uhlíku pohybuje od 0,10 do 0,35 % hmotn., manganu od 1 do 2 % hmotn. a bóru 0,001 až 0,009 % hmotn. Oceli bývají ve tvaru pásů, drátů, tyčí či plných nebo dutých profilů. Oceli jsou kalené z teplot stabilního austenitu, tedy z teplot nad A3, s následným popouštěním na teploty, které se odvíjejí od požadovaných mezí pevnosti. Příkladem jsou trubky, které jsou následně po tepelném zpracování tvářeny do příslušných tvarů. Kalením z uvedených teplot se dociluje martenzitických struktur o mezích pevnosti 1600 až 2000 MPa. Tyto hodnoty se následným popouštěním snižují podle požadavků lisoven na hodnoty příznivé pro následné tváření a lisování různých otvorů a výseků při hodnotách mezí pevnosti vyšších než 900 MPa. To vyžaduje popouštění o teplotách 300 až 470 °C, což je oblast nízkoteplotní popouštěcí křehkosti projevující se sníženou plasticitou oceli. Takovéto získání požadovaných vlastností ocele je velice energeticky náročné.

Pro docílení potřebné meze pevnosti nad 1100 MPa se ocel kalí z teploty 940 °C a popouští na teplotu 440 °C po dobu 30 minut. Tímto technologickým postupem se dosáhne v průměru R_po,2 = 1250 MPa, R_m = 1710 MPa a A50 mm = 6,0 %. Po popuštění na 440 °C a době výdrže 30 minut bylo lze dosáhnout průměru R_po,2 = 1100 MPa, R_m = 1110 MPa a A50 mm = 6,8 %. Plasticita oceli v důsledku malého rozdílu meze pevnosti a meze kluzu je ale velmi nízká, a to v důsledku popouštění v oblasti nízkoteplotní popouštěcí křehkosti. Tuto teplotu je ale nutné zachovat za účelem snížení meze pevnosti potřebné pro snazší následné tváření a lisování zastudena.

V diplomové práci Bc. Evy Ptáčkové, České vysoké učení technické v Praze, „Tepelné zpracování dutých tyčí z bórové oceli 22MnB5 na rámy automobilových sedaček“, 2017, je popsán způsob zpracování oceli o obsahu uhlíku mezi 0,19 až 0,25 % hmotn. a obsahu bóru mezi 0,002 až 0,005 % hmotn. Tento způsob je založen na ohřevu oceli na teplotu v rozmezí Ai a A3 a jejím následném prudkém ochlazení, při kterém vzniká dvoufázová struktura složená z martenzitu a feritu. Nevýhodou tohoto řešení je relativně nízká pevnost výsledného materiálu, která neumožňuje kvalitní zpracování tvářením zastudena, případně i lisováním.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny způsobem technologického zušlechťování konstrukčních nízkouhlíkových bórových ocelí s obsahem uhlíku 0,26 až 0,3 % hmotn. a bóru 0,006 až 0,01 % hmotn., používaných pro tváření zastudena zušlechtěných ocelí, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je ohřev oceli na teploty mezi Ai až A3 podle binárního diagramu FeFesC, tedy přibližně mezi 723 až 912 °C za účelem získání mezí pevnosti nad 900 MPa a současně příznivějších plastických vlastností v porovnání s kalením z jedno fázové austenitické oblasti nad A3 vytvořením dvoufázové martenziticko-feritické struktury s obsahem martenzitu ve struktuře nad 50 %. Uvedená feriticko-martenzitická struktura se může, ale nemusí, dále upravovat ohřevem, popouštěním na požadované pevnostní parametry za účelem zvýšení plasticity, případně snížení vnitřního pnutí po kalení, což má za následek zpravidla zvýšení plasticity oproti popouštění čistě martenzitické struktury.

- 1 CZ 308041 B6

Výše uvedené snížení plasticity a zajištění požadovaných pevnostních hodnot lze zvýšit vytvořením místo čistě martenzitické struktury, vzniklé prudkým ochlazením z oblasti jedno fázového austenitu, strukturou dvoufázovou, složenou ze směsi martenzitu a feritu. Martenzit zajišťuje potřebnou pevnost, a tím i tvrdost, ferit pak zajišťuje potřebnou plasticitu, a to již po kalení. Konečné vlastnosti ocele lze dále upravovat následným popouštěním, které není nutné provádět v oblasti popouštěcí křehkosti. Takovou strukturu lze vytvořit prudkým ochlazením ocelí z teplot vyskytujících se mezi teplotami Ai přibližně 723 °C a As přibližně 912 °C příslušné ocele. Výše teploty ohřevu před tímto parciálním kalením pak určuje výsledný poměr austenitu a feritu ve struktuře, který se určí pomocí pákového pravidla. Ve výsledné struktuře je vždy množství austenitu větší než feritu. Tím se tato struktura liší od obdobné martenziticko-feritické struktury uhlíkových hlubokotažných ocelí, u nichž obsah martenzitu nepřesahuje 20 %. Prudkým ochlazením se pak vytvořené množství austenitu přemění na stejné množství martenzitu, kdežto menší obsah měkkého a tvárného feritu zůstává nezměněn. Případným následným ohřevem, který může být i mimo oblast popouštěcí křehkosti, lze snižovat pevnost a zvyšovat plasticitu dané ocele. Způsob navrženého technologického postupu lze využívat pro výrobu výrobků z nízkouhlíkových ocelí, zejména bórových, o obsazích bóru 0,26 až 0,01 % hmotn. a o pevnostech vyšších než 900 MPa, které jsou po tomto tepelném zpracování dále zpracovávány tvářením zastudena, případně i lisováním, a mají velmi dobrou svařitelnost. Z těchto ocelí jsou v současnosti vyráběny především vysokopevnostní součástky pro automobilový průmysl, ale jejich použití se stále více rozšiřuje i do jiných průmyslových oborů pro možnost dosahování vysokých pevností při dostatečné plasticitě a současně i velmi dobré svaritelnosti v důsledku nízkých obsahů uhlíku.

Objasnění výkresů

Vynález je blíže popsán na připojeném výkresu, kde na obr. 1 je znázorněna tabulka výsledků výzkumu a ověřování uvedené technologie, které bylo prováděno na oceli 22MnB5. Obr. 2 znázorňuje tahový diagram po kalení z teploty 800 °C a obr. 3 tahový diagram po kalení z teploty 800 °C a po popouštění 10 minut při teplotě 240 °C. Obr. 4 znázorňuje strukturu po kalení z teploty 800 °C a obr. 5 znázorňuje strukturu po kalení z teploty 800 °C a po popouštění 10 minut při teplotě 240 °C.

Příklady uskutečnění vynálezu

Za účelem zajištění stejných mechanických parametrů byl pro kalení oceli proveden ohřev jen na teplotu 800 °C. Následně byla do vody zakalená ocel popuštěna po dobu 10 minut, včetně doby náběhu na teplotu, na teplotu 240 °C a po vyjmutí z pece ochlazena na vzduchu na teplotu okolí. Po tomto kalení z teploty 800 °C bylo dosaženo R_po,2 = 900 MPa, R_m = 1230 MPa a A50 mm = 5,6 %. Po popuštění na teplotu 240 °C po dobu 10 minut pak bylo dosaženo R_po,2 = 880 MPa, R_m = 1210 MPa a A₅₀ mm = 7,7 %.

Průmyslová využitelnost

Uvedený postup lze využít pro výrobu výrobků o vysokých pevnostech, které mají mít dostatečnou plasticitu pro další tváření, lisování a mají nízký obsah uhlíku, jsou tedy vhodné pro sváření.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   5 1. Způsob zušlechťování nízkouhlíkových bórových ocelí s obsahem uhlíku C 0,26 až 0,3 % hmota, a bóru B 0,006 až 0,01 % hmota., při kterém je ocel ohřátá na teploty mezi Ai a A3 podle diagramu Fe-FesC a následně zakalena, vyznačující se tím, že se prudce ochladí z oblasti jedno fázového austenitu se vznikem martenziticko-feritické struktury s obsahem martenzitu ve struktuře nad 50 % a s mezí pevnosti nad 900 MPa.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že feriticko-martenzitická struktura se dále upravuje popouštěním po dobu 8 až 10 minut v rozmezí teplot 220 až 260 °C.