RU2405840C1 - Hardening method of austenitic non-magnetic steel - Google Patents
Hardening method of austenitic non-magnetic steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2405840C1 RU2405840C1 RU2009140508/02A RU2009140508A RU2405840C1 RU 2405840 C1 RU2405840 C1 RU 2405840C1 RU 2009140508/02 A RU2009140508/02 A RU 2009140508/02A RU 2009140508 A RU2009140508 A RU 2009140508A RU 2405840 C1 RU2405840 C1 RU 2405840C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hardening
- steel
- deformation
- temperatures
- cooling
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке металлов и сплавов, и может быть использовано в машиностроительной и других областях промышленности, которые являются потребителями аустенитных сталей повышенной прочности и пластичности.The invention relates to metallurgy, in particular to the heat treatment of metals and alloys, and can be used in engineering and other industries that are consumers of austenitic steels of increased strength and ductility.
В металловедении конструкционных материалов известны и широко применяются различные методы упрочнения, включающие пластическую деформацию.In the metallurgy of structural materials, various hardening methods are known and widely used, including plastic deformation.
Известен способ упрочнения стали, включающий закалку и холодную (при комнатной температуре) деформацию [Дзугутов М.Я. Пластическая деформация высоколегированных сталей и сплавов. М.: Металлургия, 1977, 479 с.]. Этот способ упрочнения позволяет увеличивать прочностные свойства стали (временное сопротивление σВ (предел прочности) и предел текучести σ0,2), но при этом снижаются характеристики пластичности (относительное удлинение δ и относительное сужение ψ), а также уменьшается ударная вязкость KCV. Указанные изменения механических свойств происходят в результате увеличения плотности дислокации в матрице.A known method of hardening steel, including hardening and cold (at room temperature) deformation [Dzugutov M.Ya. Plastic deformation of high alloy steels and alloys. M .: Metallurgy, 1977, 479 p.]. This method of hardening allows increasing the strength properties of steel (tensile strength σ B (tensile strength) and yield strength σ 0.2 ), but at the same time the ductility characteristics (elongation δ and relative narrowing ψ) are reduced, and impact strength KCV is also reduced. The indicated changes in the mechanical properties occur as a result of an increase in the dislocation density in the matrix.
Поскольку холодная пластическая деформация приводит к неравномерному распределению дислокации, то в областях их скопления могут возникать сильные напряжения, которые обусловливают образование микро и макротрещин. Появление трещин приводит к преждевременному разрушению сталей с уменьшением указанных выше параметров пластичности и ударной вязкости.Since cold plastic deformation leads to an uneven distribution of the dislocation, strong stresses can arise in the areas of their accumulation, which cause the formation of micro and macrocracks. The appearance of cracks leads to premature failure of steels with a decrease in the above parameters of ductility and toughness.
Известен так же способ упрочнения, включающий закалку и теплую (при 400-600°С) деформацию [Орлов А.Р., Тюрин Л.Н., Грибовский В.К., Чернича Л.Е., Лысов Д.С. Теплая деформация металлов. Минск: Наука и техника, 1978, 415 с.]. При этом способе упрочнения из-за повышенных температур деформации плотность дислокации в стали уменьшается, поэтому снижение характеристик δ, ψ и KCV происходит слабее, чем при холодной деформации. Уменьшается также неоднородность в распределении дислокации, что снижает вероятность образования трещин.There is also known a method of hardening, including hardening and warm (at 400-600 ° C) deformation [Orlov A.R., Tyurin L.N., Gribovsky V.K., Chernicha L.E., Lysov D.S. Warm deformation of metals. Minsk: Science and Technology, 1978, 415 pp.]. With this hardening method, due to elevated deformation temperatures, the dislocation density in steel decreases, therefore, the decrease in the characteristics of δ, ψ and KCV is weaker than during cold deformation. The heterogeneity in the distribution of the dislocation also decreases, which reduces the likelihood of cracking.
Однако получить одновременно высокие значения прочностных свойств (σ0,2, σВ), характеристик пластичности и ударной вязкости (δ, ψ, KCV) все же не удается.However, it is still not possible to obtain simultaneously high values of strength properties (σ 0.2 , σ B ), ductility characteristics and impact strength (δ, ψ, KCV).
Наиболее близким к заявляемому является способ упрочнения аустенитной немагнитной стали, включающий нагрев материала до температур, отвечающих области стабильного аустенита (1150-1250°С), охлаждение до температур 950-1100°С, при которых осуществляется высокотемпературная деформация, в частности, на 30%, с последующим охлаждением в воде [Бернштейн М.Л. Термомеханическая обработка стали. Том 2. С.695-1024. М.: Металлургия, 1968]. В этом способе высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) из-за высоких температур деформации (950-1100°С) плотность дислокации уменьшается еще больше, чем в способе упрочнения, включающем теплую (при 400-600°С) деформацию. Это обусловлено тем, что при высоких температурах деформации реализуется значительная подвижность дислокации, которые легко взаимодействуют друг с другом и аннигилируют. В результате протекания указанных процессов пластические и вязкостные свойства (δ, ψ, KCV) снижаются незначительно и трещины в материале отсутствуют.Closest to the claimed is a method of hardening austenitic non-magnetic steel, including heating the material to temperatures corresponding to the region of stable austenite (1150-1250 ° C), cooling to temperatures 950-1100 ° C, at which high temperature deformation is carried out, in particular, 30% , followed by cooling in water [Bernstein M.L. Thermomechanical processing of steel. Volume 2. S.695-1024. M.: Metallurgy, 1968]. In this method of high-temperature thermomechanical processing (HTMO), due to high deformation temperatures (950-1100 ° С), the dislocation density decreases even more than in the hardening method, which includes warm (at 400-600 ° С) deformation. This is due to the fact that at high deformation temperatures, significant dislocation mobility is realized, which easily interact with each other and annihilate. As a result of these processes, the plastic and viscous properties (δ, ψ, KCV) decrease slightly and there are no cracks in the material.
Однако этот известный способ обладает следующими недостатками. Так сталь, упрочненная этим способом, имеет недостаточно высокий уровень значений предела текучести, величина которого влияет на допустимую нагрузку на изделия из этой стали. Это обусловлено тем, что при ВТМО происходит разупрочнение аустенита за счет облегченного протекания процесса аннигиляции дислокаций, отвечающих за прочностные свойства.However, this known method has the following disadvantages. So steel, hardened by this method, does not have a sufficiently high level of yield strength, the value of which affects the permissible load on products made of this steel. This is due to the fact that during HTMT, austenite softens due to the facilitated proceeding of the process of annihilation of dislocations, which are responsible for the strength properties.
В основу изобретения положена задача повышения предела текучести аустенитных сталей при сохранении высокого уровня характеристик пластичности и ударной вязкости.The basis of the invention is to increase the yield strength of austenitic steels while maintaining a high level of ductility and toughness.
Поставленная задача решается тем, что в способе упрочнения аустенитной немагнитной стали, включающем ее нагрев до температур 1150-1250°С, отвечающих области стабильного аустенита, охлаждение до температур 950-1100°С, пластическую деформацию на 30% при указанных температурах и охлаждение в воде, согласно изобретению, после пластической деформации при 950-1000°С сталь выдерживают на воздухе в течение 60±5 секунд.The problem is solved in that in the method of hardening austenitic non-magnetic steel, including its heating to temperatures of 1150-1250 ° C, corresponding to the region of stable austenite, cooling to temperatures of 950-1100 ° C, plastic deformation of 30% at these temperatures and cooling in water , according to the invention, after plastic deformation at 950-1000 ° C, the steel is held in air for 60 ± 5 seconds.
Технический результат в предлагаемом способе упрочнения достигается тем, что после нагрева материала до 1150-1250°С, температур, отвечающих области стабильного аустенита, и последующей высокотемпературной пластической деформации при 950-1100°С на 30% проводится минутная пауза, в течение которой материал остывает на воздухе в течение 60±5 секунд в области температур распада пересыщенного твердого раствора. Затем материал охлаждается в воде.The technical result in the proposed method of hardening is achieved by the fact that after heating the material to 1150-1250 ° C, temperatures corresponding to the region of stable austenite, and subsequent high-temperature plastic deformation at 950-1100 ° C, a 30-minute pause is made, during which the material cools down in air for 60 ± 5 seconds in the range of decomposition temperatures of a supersaturated solid solution. Then the material is cooled in water.
Нагрев до температур 1150-1250°С, отвечающих области стабильного аустенита, проводится для того, чтобы растворить в аустените нитриды хрома и ванадия, которые выделились в процессе горячего передела металла.Heating to temperatures of 1150-1250 ° C, corresponding to the region of stable austenite, is carried out in order to dissolve in the austenite chromium and vanadium nitrides that are released during the hot redistribution of the metal.
Последующую высокотемпературную пластическую деформацию при 950-1100°С проводят для формоизменения и упрочнения аустенита за счет появления в нем дислокаций.Subsequent high-temperature plastic deformation at 950-1100 ° C is carried out to shape and harden austenite due to the appearance of dislocations in it.
Авторами было обнаружено, что, выдерживание стали на воздухе в течение 60±5 секунд после высокотемпературной пластической деформации обеспечивает ее охлаждение до температур, при которых происходит распад перенасыщенного твердого раствора, что дополнительно упрочняет сталь, за счет выделения в аустените интерметаллидов - нитридов ванадия и хрома.The authors found that holding the steel in air for 60 ± 5 seconds after high-temperature plastic deformation ensures its cooling to temperatures at which the decomposition of the supersaturated solid solution occurs, which additionally strengthens the steel due to the release of intermetallic compounds - vanadium and chromium nitrides in austenite .
Кроме того, необходимо отметить, что предлагаемый новый способ упрочнения не требует применения какого-либо дополнительного оборудования и его можно осуществить на том же прокатном стане, что и в случае использования известного метода упрочнения.In addition, it should be noted that the proposed new method of hardening does not require the use of any additional equipment and can be carried out on the same rolling mill, as in the case of using the known method of hardening.
Таким образом, предлагаемый способ упрочнения позволяет повысить предел текучести аустенитных сталей при сохранении высокого уровня характеристик пластичности и ударной вязкости.Thus, the proposed method of hardening allows to increase the yield strength of austenitic steels while maintaining a high level of ductility and toughness.
И, кроме того, достаточно технологичен и прост в условиях реального производства.And, in addition, it is quite technological and simple in the conditions of real production.
Пример. В качестве материала, упрочненного известным и предлагаемым методами, используем аустенитную сталь следующего состава: (мас %) 0,05 С; 19,0 Сr; 10,0 Мn; 5,88 Ni; 1,62 Мо; 0,5 N; 0,32 V; 0,18 Nb; 0,005 S; 0,012 P; ост. Fe.Example. As a material hardened by known and proposed methods, we use austenitic steel of the following composition: (wt%) 0.05 C; 19.0 Cr; 10.0 Mn; 5.88 Ni; 1.62 Mo; 0.5 N; 0.32 V; 0.18 Nb; 0.005 S; 0.012 P; rest Fe.
Слиток весом 25 кг лабораторной выплавки, изготовленный на опытном производстве ЦНИИ «Прометей», ковали на заготовку, которая затем была разрезана на пластины 14×60×80 мм. Пластины помещали в печь, нагретую до 1200°С, выдерживали в ней в течение 20 мин, после чего переносили в другую печь, находящуюся около прокатного стана и нагретую до определенной температуры деформации Тд (950, 1000, 1050, 1100°С). После изотермической выдержки 15 мин при каждой Тд заготовки деформировали на 30% за один проход и охлаждали в воде (известный способ упрочнения). Другую партию заготовок после деформации при Тд выдерживали на воздухе 60±5 секунд (пауза), после чего пластину охлаждали в воде (заявляемый способ упрочнения).An ingot weighing 25 kg of laboratory smelting, made at the pilot production of the Prometey Central Research Institute, was forged into a billet, which was then cut into 14 × 60 × 80 mm plates. The plates were placed in a furnace heated to 1200 ° C, kept in it for 20 min, and then transferred to another furnace located near the rolling mill and heated to a certain deformation temperature Td (950, 1000, 1050, 1100 ° C). After isothermal holding for 15 minutes at each TD, the preforms were deformed by 30% in one pass and cooled in water (a known method of hardening). Another batch of blanks after deformation at TD was kept in air for 60 ± 5 seconds (pause), after which the plate was cooled in water (the claimed method of hardening).
Из упрочненных заготовок изготавливали образцы для испытаний на растяжение на установке FP-100 и ударный изгиб на установке ПСВ-30. Временное сопротивление σВ, предел текучести σ0,2, относительное удлинение δ, относительное сужение ψ определяли на пятикратных образцах с диаметром рабочей части 4 мм. Ударную вязкость KCV определяли при комнатной температуре на образцах сечением 10×10 мм и длиной 55 мм. В середине ударного образца делали V-образный надрез глубиной 2 мм. Кроме того, рассчитывали значение Δσ0,2/σ0,2 (в %), где Δσ0,2=σ*0,2-σ0,2; σ*0,2 и σ0,2 - пределы текучести после предлагаемого и известного методов упрочнения соответственно. Результаты испытаний представлены в таблицеSamples for tensile tests on the FP-100 installation and impact bending on the PSV-30 installation were made from hardened billets. Tensile strength σ B , yield strength σ 0.2 , elongation δ, elongation ψ were determined on five-fold samples with a working part diameter of 4 mm. The impact strength KCV was determined at room temperature on samples with a cross section of 10 × 10 mm and a length of 55 mm. A V-shaped incision was made in the middle of the impact specimen with a depth of 2 mm. In addition, Δσ 0.2 / σ 0.2 (in%) was calculated, where Δσ 0.2 = σ * 0.2 -σ 0.2 ; σ * 0.2 and σ 0.2 are the yield strengths after the proposed and known hardening methods, respectively. The test results are presented in the table.
После упрочнения известным способом в стали возникает структура, типичная для материалов после высокотемпературной термомеханической обработки [Бернштейн М.Л. Термомеханическая обработка стали. Том 2. С.695-1024. М.: Металлургия, 1968]: вытянутые зерна, границы которых в некоторых случаях имеют зубчатое строение. Внутри зерен наблюдается достаточно высокая плотность дислокации. После закалки от 1200°С в воде механические свойства стали имеют следующие значения: σВ=921 МПа; σ0,2=551 МПа; δ=52,1%; ψ=63,7%; KCV = 166,9 Дж/см2. Благодаря появлению в аустените дислокации после упрочнения по известному методу σВ и σ0,2 увеличиваются, а δ, ψ и KCV снижаются.After hardening in a known manner, a structure appears in steel that is typical of materials after high-temperature thermomechanical processing [Bernstein M.L. Thermomechanical processing of steel. Volume 2. S.695-1024. M .: Metallurgy, 1968]: elongated grains, the boundaries of which in some cases have a toothed structure. A rather high dislocation density is observed inside the grains. After quenching from 1200 ° C in water, the mechanical properties of the steel have the following values: σ B = 921 MPa; σ 0.2 = 551 MPa; δ = 52.1%; ψ = 63.7%; KCV = 166.9 J / cm 2 . Due to the appearance of dislocations in austenite after hardening according to the known method, σ B and σ 0.2 increase, while δ, ψ and KCV decrease.
В предлагаемом способе после проведения высокотемпературной деформации образец выдерживали в течение 60±5 секунд на воздухе (пауза) и затем закаливали в воде. Во время паузы образец находится в области температур, при которых происходит распад пересыщенного твердого раствора с выделением нитридов ванадия и хрома, что обусловливает дополнительное повышение предела текучести. При всех температурах деформации ТД (950, 1000, 1050, 1100°С) одноминутная пауза дает выигрыш в пределе текучести. Наибольший прирост предела текучести достигается при ТД=1100°С. Уменьшение или увеличение Тд обусловливает меньший прирост предела текучести. В первом случае из-за уменьшения степени распада твердого раствора, а во втором - из-за сильного развития процессов возврата и рекристаллизации.In the proposed method, after conducting high-temperature deformation, the sample was kept for 60 ± 5 seconds in air (pause) and then quenched in water. During a pause, the sample is in the temperature range at which the supersaturated solid solution decomposes with the release of vanadium and chromium nitrides, which leads to an additional increase in the yield strength. At all deformation temperatures T D (950, 1000, 1050, 1100 ° C) a one-minute pause gives a gain in yield strength. The greatest increase in yield strength is achieved at T D = 1100 ° C. A decrease or increase in Td leads to a smaller increase in yield strength. In the first case, due to a decrease in the degree of decomposition of the solid solution, and in the second, due to the strong development of the processes of recovery and recrystallization.
Сравним пределы текучести стали, полученные после известного и предложенного способов упрочнения (см. таблицу) при ТД=1100°С. Во втором случае предел текучести увеличивается на 13% (от 729 до 822 МПа) и при этом пластические свойства (δ, ψ), KCV) остаются на высоком уровне (таблица).Compare the yield strength of steel obtained after the known and proposed methods of hardening (see table) at T D = 1100 ° C. In the second case, the yield strength increases by 13% (from 729 to 822 MPa), while the plastic properties (δ, ψ), KCV) remain at a high level (table).
Преимущество предлагаемого метода состоит еще и в том, что для упрочнения сталей в промышленных условиях требуется прокатный стан низкой мощности, поскольку ТД высокая.The advantage of the proposed method also lies in the fact that for the hardening of steels in industrial conditions, a low power rolling mill is required, since T D is high.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009140508/02A RU2405840C1 (en) | 2009-11-02 | 2009-11-02 | Hardening method of austenitic non-magnetic steel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009140508/02A RU2405840C1 (en) | 2009-11-02 | 2009-11-02 | Hardening method of austenitic non-magnetic steel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2405840C1 true RU2405840C1 (en) | 2010-12-10 |
Family
ID=46306444
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009140508/02A RU2405840C1 (en) | 2009-11-02 | 2009-11-02 | Hardening method of austenitic non-magnetic steel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2405840C1 (en) |
-
2009
- 2009-11-02 RU RU2009140508/02A patent/RU2405840C1/en active IP Right Revival
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Guanghua et al. | Effects of heat treatment on mechanical properties of H13 steel | |
US10260121B2 (en) | Increasing steel impact toughness | |
Spena et al. | Thermomechanical warm forging of Ti–V, Ti–Nb, and Ti–B microalloyed medium carbon steels | |
US20180147614A1 (en) | Press hardened steel with increased toughness and method for production | |
TWI649431B (en) | High elongation pressure hardening steel and its manufacture | |
CN107012398A (en) | A kind of Nb-microalloying TRIP steel and preparation method thereof | |
JP2020045565A (en) | Method for producing ausferrite steel austempered during continuous cooling followed by annealing | |
US8377235B2 (en) | Process for forming steel | |
RU2553321C1 (en) | Method of preparation of calibrated rolled product for fabrication of hardware fasteners | |
RU2442830C1 (en) | Method for production of high-strength steel products | |
RU2618678C1 (en) | Method of deformation-thermal processing of austenitic high-manganese steel | |
KR20150068912A (en) | Method for manufacture objects consisting of iron-cobalt-molybdenum/wolfram-nitrogen-alloys | |
RU2434949C1 (en) | Procedure for treatment of hot rolled metal for cold die forging of fasteners | |
RU2482197C1 (en) | Method for deformation-thermal processing of austenitic stainless steels | |
JP6484086B2 (en) | Method for producing tool steel castings | |
Zhou et al. | Tailored properties of a novelly-designed press-hardened 22MnMoB steel | |
RU2631069C1 (en) | Method of producing sheets from high-manganese steel | |
RU2405840C1 (en) | Hardening method of austenitic non-magnetic steel | |
RU2749815C1 (en) | Method for obtaining hardened workpieces of fasteners made of stainless austenitic steel | |
RU2366728C1 (en) | Method of production of plate iron out of austenite non magnetic steel | |
RU2782370C1 (en) | Method for producing hardened workpieces from non-magnetic corrosion-resistant austenitic steel | |
RU2544730C1 (en) | Method of thermomechanical treatment of low alloyed steel | |
RU2344182C2 (en) | Method of thermal processing of high-strength maraging steel articles | |
RU2766225C1 (en) | Method for making forged pieces from austenitic steels | |
US20180258504A1 (en) | Method of producing a tool steel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20111011 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121103 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20151127 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161103 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190522 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210722 |