RU2365633C1 - Способ криогенно-деформационной обработки стали - Google Patents
Способ криогенно-деформационной обработки стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2365633C1 RU2365633C1 RU2008125294/02A RU2008125294A RU2365633C1 RU 2365633 C1 RU2365633 C1 RU 2365633C1 RU 2008125294/02 A RU2008125294/02 A RU 2008125294/02A RU 2008125294 A RU2008125294 A RU 2008125294A RU 2365633 C1 RU2365633 C1 RU 2365633C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deformation
- steel
- carried out
- temperature
- plastic deformation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к способам обработки коррозионно-стойких аустенитных сталей, и может быть использовано, например, для изготовления тяжелонагруженных деталей в машиностроении. Техническим результатом изобретения является получение нанокристаллической структуры в аустенитной стали, обеспечивающей высокие прочностные характеристики, низкий уровень внутренних микронапряжений и высокую эксплуатационную надежность деталей. Способ включает выплавку аустенитной стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,01-0,25; хром 13,0-18,0; никель 8,0-18,0; алюминий 0,1-3,0; титан 0,1-3,0; марганец до 0,3; кремний до 0,3; молибден до 0,2; медь до 0,2; сера до 0,03; фосфор до 0,03; железо и неизбежные примеси - остальное, при выполнении условия: сумма алюминия и титана 0,5-3,2; закалку, пластическую деформацию при криогенных температурах в несколько стадий с суммарной степенью деформации 60-97%, низкотемпературный отпуск после каждой стадии и высокотемпературный отпуск на заключительной стадии обработки заготовок. Также способ включает низкотемпературный отпуск при температуре 150-200°С, высокотемпературный отпуск при 480-550°С, пластическую деформацию с помощью прокатки с суммарной степенью деформации 60-90%, пластическую деформацию с помощью волочения с суммарной степенью деформации 60-97%. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.
Description
Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к способам деформационной обработки коррозионностойких сталей с мартенситным превращением при криогенных температурах, и может быть использовано, например, при изготовлении тяжелонагруженных деталей в машиностроении.
Известен способ деформационной обработки сталей, включающий закалку, пластическую деформацию при жидком азоте и отпуск (Патент РФ №2049126, C21/D 9/22, 05.02.1993 г.).
Основными недостатками указанного способа являются низкие прочностные характеристики обработанных сталей и высокие внутренние микронапряжения.
Прототипом заявленного изобретения по технической сущности является способ обработки аустенитных нержавеющих сталей, включающий закалку, пластическую деформацию при температуре 77 К (-196°С) до ε=10% и отпуск при 730-770 К (530-550°С) в упруго-напряженном состоянии (Патент РФ №2287592, C21D 8/00, 28.07.2005 г.). Недостатками данного изобретения являются относительно невысокие прочностные характеристики сталей, что связано с невозможностью получения наноструктурного состояния в сталях вследствие низкой степени пластической деформации (до 10%) и применение отпуска в упруго-напряженном состоянии, что требует использования специального оборудования и существенно ограничивает размер, в частности длину, обрабатываемых заготовок.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение нанокристаллической структуры в коррозионно-стойких сталях, обеспечивающей высокие прочностные характеристики, низкий уровень внутренний напряжений и, как следствие, высокую эксплуатационную надежность деталей.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе деформационной обработки стали, включающем закалку, пластическую деформацию при криогенных температурах и высокотемпературный отпуск, согласно изобретению обрабатывают сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:
Углерод | 0,01-0,25 | |
Хром | 13,0-18,0 | |
Никель | 8,0-18,0 | |
Алюминий | 0,1-3,0 | |
Титан | 0,1-3,0 | |
Марганец | до 0,3 | |
Кремний | до 0,3 | |
Молибден | до 0,2 | |
Медь | до 0,2 | |
Сера | до 0,03 | |
Фосфор | до 0,03 | |
Железо и неизбежные | ||
примеси | Остальное |
при выполнении условия: сумма алюминия и титана равна 0,5-3,2;
пластическую деформацию осуществляют по крайней мере в две стадии с суммарной степенью деформации 60-97%, после каждой стадии проводят низкотемпературный отпуск, а высокотемпературный отпуск ведут на заключительной стадии обработки заготовок. А также тем, что низкотемпературный отпуск проводят при температуре 150-200°С, а высокотемпературный отпуск проводят при 480-550°С, что пластическую деформацию осуществляют с помощью прокатки с суммарной степенью деформации 60-90% или с помощью волочения с суммарной степенью деформации 60-97%.
Отличительными признаками предлагаемого способа являются:
- выплавка аустенитной коррозионностойкой стали заданного химического состава;
- пластическая деформация стали с суммарной степенью деформации 60-97%;
- проведение низкотемпературного отпуска после каждой стадии деформации.
Эти отличительные признаки в совокупности с оптимальным химическим составом коррозионно-стойкой стали позволяют получить наноструктурное состояние аустенитно-мартенситной матрицы с высокими прочностными характеристиками, низким уровнем внутренних микронапряжений и высокой эксплуатационной надежностью деталей.
Химический состав стали выбран после детальных экспериментов по криогенной деформации аустенитных сталей с различным содержанием легирующих элементов. Содержание углерода в интервале 0,01-0,25% обеспечивает карбидное упрочнение при термической обработке стали. При более низком содержании углерода образование карбидов не происходит, при более высоком - наблюдается снижение пластичности стали. Хром вводится в состав в пределах 13,0-18,0% для получения коррозионной стойкости стали: при более низком содержании коррозионная стойкость не достигается, при более высоком - не происходит превращения аустенита в мартенсит после деформации при криогенных температурах. Содержание никеля в интервале 8,0-18,0% обеспечивает формирование аустенита после закалки и его частичное превращение в мартенсит при криогенной деформации. При содержании никеля за пределами указанного интервала данный эффект не наблюдается. Алюминий и титан вводятся в сталь в количестве 0,1-3,0% каждый при выполнении условия, что их сумма равна 0,5-3,2%, для обеспечения выделения упрочняющих интерметаллидных фаз при высокотемпературном отпуске. При их содержании менее 0,5% объемная доля интерметаллидов при высоком отпуске мала и упрочнение неэффективно. При их содержании более 3,2% наблюдается снижение пластичности и охрупчивание стали. Именно тот химический состав стали, который указан в заявке, обеспечивает наиболее интенсивное формирование в аустенитной матрице нанокристаллической мартенситной фазы в процессе деформации при криогенных температурах. Как следствие, именно такой состав приводит к наиболее заметному упрочнению стали, содержащей после деформации аустенитную фазу и наномасштабные кристаллы мартенсита, то есть имеющей двухфазную аустенитно-мартенситную структуру. Наличие исходной аустенитной фазы обеспечивает достаточную пластичность сплава, хотя размер фрагментов аустенита также находится в нанометрическом диапазоне. Предлагаемый химический состав, как показали проведенные исследования, обеспечивает также выделение при высокотемпературном отпуске ультрадисперсных (нанокристаллических) интерметаллидных фаз, что приводит к дополнительному упрочнению. Выделение интерметаллидов происходит в стали и без деформационной обработки, однако после деформационной обработки дисперсность и объемная доля частиц фаз увеличивается и, как следствие, упрочнение повышается.
Пластическая деформация стали с суммарной степенью деформации 60-97% обеспечивает формирование нанокристаллической структуры, что приводит к значительному повышению прочностных характеристик. Обработка с меньшими степенями деформации не позволяет получить фрагментированную структуру и наноструктурное состояние и, как следствие, не обеспечивает получение высоких показателей прочности и твердости. Деформация стали с помощью прокатки наиболее эффективна при суммарной степени деформации 60-90%. При более высокой степени деформации происходит снижение пластичности и охрупчивание стали. Деформация стали с помощью волочения может проводиться с более высокими степенями деформации до 97% при относительно небольшом снижении пластичности, что обеспечивается всесторонним обжатием и малым сечением заготовки. Деформация проводится по крайней мере в две стадии в сочетании с низкотемпературным отпуском, так как это позволяет избежать снижения пластичности и повышения внутренних микронапряжений.
Проведение низкотемпературного отпуска после каждой стадии деформации является обязательной операцией, так как обеспечивает значительное снятие внутренних микронапряжений, вызванных деформационной обработкой, и способствует повышению эксплуатационной надежности деталей.
При высокотемпературном отпуске на заключительной стадии обработки происходит выделение дисперсных интерметаллидных фаз, что приводит к дополнительному упрочнению и повышению показателей прочности и твердости после обработки стали по предложенному способу.
Эффективность применения данного изобретения можно продемонстрировать на следующих примерах.
Пример 1. Плавку аустенитной стали с химическим составом, мас.%: 0,19 C, 14,0 Cr, 13,8 Ni, 1,3 Al, 0,3 Ti, 0,18 Mn, 0,17 Si, 0,1 Mo, 0,1 Cu, 0,005 S, 0,01 P, ΣAl+Ti=1,6 (остальное - железо и неизбежные примеси) выплавляли вакуумно-индукционным способом, проводили гомогенизацию и зачистку слитков, слитки ковали при температуре 1050-950°С на пруток квадратного сечения. Пруток квадрат 12 мм подвергали закалке от 1000°С на воздухе, проводили деформацию с помощью прокатки при температуре жидкого азота -196°С за два прохода (в две стадии) с суммарной степенью деформации ε=70% (с 12 до 3,5 мм), после каждого прохода осуществляли низкотемпературный отпуск при температуре 200°С в течение 1 ч, на заключительной стадии обработки проводили высокотемпературный отпуск при температуре 480°С в течение 2 ч. В табл.1 и 2 приведены данные рентгенографического исследования стали после обработки по предлагаемому способу. Результаты определения механических свойств образцов из стали, обработанной по предлагаемому способу, приведены в табл.3, п.1.
Пример 2. Плавку аустенитной стали с химическим составом, мас.%: 0,12 C, 13,5 Cr, 15,8 Ni, 0,8 Al, 0,6 Ti, 0,10 Mn, 0,12 Si, 0,1 Mo, 0,1 Cu, 0,01 S, 0,01 P, ΣAl+Ti=1,4 (остальное - железо и неизбежные примеси) выплавляли вакуумно-индукционным способом, проводили гомогенизацию и зачистку слитков, слитки ковали при температуре 1050-950°С на пруток круглого сечения. Пруток диаметром 3 мм подвергали закалке от 1000°С на воздухе, проводили деформацию с помощью волочения при температуре жидкого азота -196°С за три прохода (в три стадии) с суммарной степенью деформации ε=90% (с 3 мм до 0,5 мм), после каждого прохода осуществляли низкий отпуск при температуре 200°С в течение 1 ч, на заключительной стадии обработки проводили высокотемпературный отпуск при температуре 550°С в течение 2 ч. Результаты испытания образцов из стали, обработанной по предлагаемому способу с помощью волочения, приведены в табл.3, п.2.
Проведено изучение связи изменений структуры и механических свойств предложенной стали после криогенно-деформационной обработки.
Электронно-микроскопическое исследование предложенной стали показало, что после деформации в структуре аустенита, имеющего фрагменты до 100 нм, наблюдаются также нанокристаллы мартенсита размером до 50-60 нм в длину и до 10-20 нм по толщине, а после высокотемпературного отпуска при 480°С, 2 ч - дополнительно и интерметаллидные нанофазы Ni3Ti и NiAl размером до 5-10 нм. Они выделяются, главным образом, на межфазных границах и внутри фрагментов аустенитных и мартенситных кристаллов. В совокупности появление в структуре двух нанокристаллических фаз различной природы приводит к существенному возрастанию твердости при сохранении удовлетворительной пластичности стали.
В табл.1 приведены данные рентгенографического анализа предложенной стали после деформации 70%. Видно, что в структуре появилось значительное количество мартенсита (около 30%). Следует отметить, что при деформации 80-90% объемная доля мартенсита увеличивается до 40-50%. Таким образом, после пластической деформации при температуре жидкого азота -196°С (криогенной температуре) формируется двухфазная аустенитно-мартенситная структура. Данные, приведенные в табл.2, показывают, что после низкотемпературного отпуска при 200°С, 1 ч фазовый состав не изменяется, а ширина рентгеновских интерференционных линий аустенита и мартенсита уменьшается. Получены следующие результаты: ширина линий β (220) мартенсита снижается с 52 до 36 мрад и β (222) аустенита - с 38 до 25 мрад. Снижение ширины рентгеновских линий на 25-35% свидетельствует о существенном снятии внутренних микронапряжений в стали, что способствует повышению надежности деталей.
Проведено сравнение механических свойств предложенной стали и стали, обработанной по прототипу, который включает закалку от 1050°С, деформацию методом прокатки при температуре жидкого азота 77 К (-196°С) до ε=10%, отпуск в упруго-напряженном состоянии при 730 К (530°С) в течение 1 ч. Результаты испытаний образцов из аустенитной стали, обработанной по прототипу, приведены в табл.3, п.3.
Полученные результаты (табл.2, 3) свидетельствуют о том, что обработка аустенитной стали по предлагаемому способу в сравнении с прототипом позволяет повысить прочностные характеристики стали: в частности, предел прочности σВ возрастает на 20-30%, предел текучести σ0,2 увеличивается на 50-60%, при некотором повышении твердости. Кроме того, проведение низкотемпературного отпуска существенно снижает уровень внутренних микронапряжений в предложенной стали, что обеспечивает повышение эксплуатационной надежности деталей.
Таблица 1 | ||||||||||
Количество аустенита и мартенсита в структуре аустенитной стали, изготовленной и обработанной по предлагаемому способу. | ||||||||||
№ | % об. γ-фазы | % об. α-фазы | ||||||||
1 | 77.2±0.2 | 22.8±0.2 | ||||||||
2 | 69.2±0 | 30.8±0.2 | ||||||||
Примечание: | ||||||||||
1 - закалка, деформация при жидком азоте за 2 прохода (в две стадии), ε=70%, отпуск после каждого прохода при 200°С, 1 ч; | ||||||||||
2 - закалка, деформация при жидком азоте за 2 прохода (в две стадии), ε=70%, отпуск после каждого прохода при 200°С, 1 ч + отпуск на заключительной стадии при 480°С, 2 ч. | ||||||||||
Таблица 2 | ||||||||||
Влияние низкотемпературного отпуска аустенитной стали на изменение ширины рентгеновских интерференционных линий β (222) аустенита и β (220) мартенсита | ||||||||||
№ | % об. γ-фазы | % об. α-фазы | β (222) γ-фазы | β (220) α-фазы | ||||||
1 | 77,2 | 22,8 | 38 | 52 | ||||||
2 | 77,2 | 22,8 | 25 | 36 | ||||||
Примечание: | ||||||||||
1. - образец 1, закалка, деформация при жидком азоте за 2 прохода (в две стадии), ε=70%; | ||||||||||
2 - образец 2, то же, что образец 1, + отпуск после каждого прохода при 200°С, 1 ч. | ||||||||||
Таблица 3 | ||||||||||
Механические свойства аустенитной стали, изготовленной и обработанной по предлагаемому способу, и аустенитной стали, обработанной по прототипу. | ||||||||||
№ | Способ обработки | ε, % | σВ, МПа | σ0,2, МПа | δ, % | HRC | ||||
1 | По предлагаемому способу | 70 | 2000 | 1600 | 8 | 64 | ||||
2 | 90 | 2200 | 1800 | 6 | 68 | |||||
3 | По прототипу | 10 | 1750 | 1050 | 9 | 64 | ||||
Примечание: | ||||||||||
ε - степень деформации при жидком азоте, σВ - предел прочности, σ0,2 - предел текучести, | ||||||||||
δ - относительное удлинение, HRC - твердость по Роквеллу. |
Claims (4)
1. Способ деформационной обработки стали, включающий закалку, пластическую деформацию при криогенных температурах и высокотемпературный отпуск, отличающийся тем, что обрабатывают сталь, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас.%:
углерод 0,01-0,25
хром 13,0-18,0
никель 8,0-18,0
алюминий 0,1-3,0
титан 0,1-3,0
марганец до 0,3
кремний до 0,3
молибден до 0,2
медь до 0,2
сера до 0,03
фосфор до 0,03
железо и неизбежные примеси остальное,
при выполнении условия: сумма алюминия и титана равна 0,5-3,2, пластическую деформацию осуществляют, по крайней мере, в две стадии с суммарной степенью деформации 60-97%, после каждой стадии проводят низкотемпературный отпуск, а высокотемпературный отпуск проводят на заключительной стадии обработки заготовок.
при выполнении условия: сумма алюминия и титана равна 0,5-3,2, пластическую деформацию осуществляют, по крайней мере, в две стадии с суммарной степенью деформации 60-97%, после каждой стадии проводят низкотемпературный отпуск, а высокотемпературный отпуск проводят на заключительной стадии обработки заготовок.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что низкотемпературный отпуск проводят при температуре 150-200°С, а высокотемпературный отпуск проводят при 480-550°С.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что пластическую деформацию осуществляют прокаткой с суммарной степенью деформации 60-90%.
4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что пластическую деформацию осуществляют волочением с суммарной степенью деформации 60-97%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008125294/02A RU2365633C1 (ru) | 2008-06-24 | 2008-06-24 | Способ криогенно-деформационной обработки стали |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008125294/02A RU2365633C1 (ru) | 2008-06-24 | 2008-06-24 | Способ криогенно-деформационной обработки стали |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2365633C1 true RU2365633C1 (ru) | 2009-08-27 |
Family
ID=41149820
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008125294/02A RU2365633C1 (ru) | 2008-06-24 | 2008-06-24 | Способ криогенно-деформационной обработки стали |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2365633C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451754C1 (ru) * | 2011-05-23 | 2012-05-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ обработки высокопрочной аустенитной стали |
RU2464324C1 (ru) * | 2011-09-07 | 2012-10-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ криогенной обработки аустенитной стали |
RU2503727C2 (ru) * | 2012-02-28 | 2014-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева") | Способ изготовления оболочки теплообменника из аустенитной нержавеющей стали |
RU2715072C1 (ru) * | 2019-05-24 | 2020-02-25 | Олег Станиславович Клюнин | Способ изготовления металлопластиковых баллонов |
RU2725939C1 (ru) * | 2016-09-16 | 2020-07-07 | Зальцгиттер Флахшталь Гмбх | Способ изготовления подвергнутой повторному формованию детали из плоского стального продукта с содержанием марганца и деталь такого типа |
-
2008
- 2008-06-24 RU RU2008125294/02A patent/RU2365633C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451754C1 (ru) * | 2011-05-23 | 2012-05-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ обработки высокопрочной аустенитной стали |
RU2464324C1 (ru) * | 2011-09-07 | 2012-10-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ криогенной обработки аустенитной стали |
RU2503727C2 (ru) * | 2012-02-28 | 2014-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева") | Способ изготовления оболочки теплообменника из аустенитной нержавеющей стали |
RU2725939C1 (ru) * | 2016-09-16 | 2020-07-07 | Зальцгиттер Флахшталь Гмбх | Способ изготовления подвергнутой повторному формованию детали из плоского стального продукта с содержанием марганца и деталь такого типа |
US11519050B2 (en) | 2016-09-16 | 2022-12-06 | Salzgitter Flachstahl Gmbh | Method for producing a re-shaped component from a manganese-containing flat steel product and such a component |
RU2715072C1 (ru) * | 2019-05-24 | 2020-02-25 | Олег Станиславович Клюнин | Способ изготовления металлопластиковых баллонов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3078758B1 (en) | Steel wire for bolts, bolt, and methods for manufacturing same | |
JP5483859B2 (ja) | 焼入性に優れた高強度鋼製加工品及びその製造方法、並びに高強度かつ耐衝撃特性及び耐内圧疲労特性に優れたディーゼルエンジン用燃料噴射管及びコモンレールの製造方法 | |
KR101599163B1 (ko) | 비조질 기계 부품용 선재, 비조질 기계 부품용 강선 및 비조질 기계 부품과 그들의 제조 방법 | |
EP3173501B1 (en) | Low alloy oil-well steel pipe | |
EP3026138B1 (en) | High-strength steel material for oil well use, and oil well pipe | |
RU2441089C1 (ru) | КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ Fe-Cr-Ni, ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ | |
JP4974331B2 (ja) | 耐衝撃特性と強度−延性バランスに優れた鋼製高強度加工品およびその製造方法、並びに高強度かつ耐衝撃特性および耐内圧疲労特性に優れたディーゼルエンジン用燃料噴射管およびコモンレールの製造方法 | |
WO2011111872A1 (ja) | 耐遅れ破壊特性に優れた高強度鋼材と高強度ボルト、及び、その製造方法 | |
JP6479527B2 (ja) | 酸洗性、および焼入れ焼戻し後の耐遅れ破壊性に優れたボルト用線材、並びにボルト | |
WO2013038741A1 (ja) | Trip型2相マルテンサイト鋼及びそれを用いた超高強度鋼製加工品 | |
EP3425079B1 (en) | Steel material and oil-well steel pipe | |
EP3026139A1 (en) | Low-alloy steel pipe for oil well and production method therefor | |
CA2861997A1 (en) | Steel wire for bolt, bolt, and manufacturing processes therefor | |
JP5913214B2 (ja) | ボルト用鋼およびボルト、並びにそれらの製造方法 | |
EP3208358A1 (en) | Low alloy steel pipe for oil wells | |
EP3202937A1 (en) | Steel for bolts, and bolt | |
WO2012011469A1 (ja) | 熱間鍛造用圧延棒鋼または線材 | |
RU2365633C1 (ru) | Способ криогенно-деформационной обработки стали | |
RU2394922C1 (ru) | Способ криогенно-деформационной обработки стали | |
JP4915763B2 (ja) | 冷間加工性に優れた高強度鋼線又は棒鋼、高強度成形品並びにそれらの製造方法 | |
WO2018061101A1 (ja) | 鋼 | |
RU2422541C1 (ru) | Способ комбинированной криогенно-деформационной обработки стали | |
JP6455128B2 (ja) | パーライトレール及びその製造方法 | |
EP3868910A1 (en) | Thin steel sheet and method for manufacturing same | |
KR20220081375A (ko) | 강의 단조 부품 및 그 제조 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130625 |