RU2447163C1 - Method of metal structure alloy thermal treatment - Google Patents

Method of metal structure alloy thermal treatment Download PDF

Info

Publication number
RU2447163C1
RU2447163C1 RU2010133286/02A RU2010133286A RU2447163C1 RU 2447163 C1 RU2447163 C1 RU 2447163C1 RU 2010133286/02 A RU2010133286/02 A RU 2010133286/02A RU 2010133286 A RU2010133286 A RU 2010133286A RU 2447163 C1 RU2447163 C1 RU 2447163C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
formation
cooling
temperature
marinite
structural state
Prior art date
Application number
RU2010133286/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010133286A (en
Inventor
Владимир Николаевич Урцев (RU)
Владимир Николаевич Урцев
Юрий Николаевич Горностырев (RU)
Юрий Николаевич Горностырев
Михаил Иосифович Кацнельсон (RU)
Михаил Иосифович Кацнельсон
Антон Владимирович Шмаков (RU)
Антон Владимирович Шмаков
Дим Маратович Хабибулин (RU)
Дим Маратович Хабибулин
Василий Николаевич Дегтярев (RU)
Василий Николаевич Дегтярев
Евгений Дмитриевич Мокшин (RU)
Евгений Дмитриевич Мокшин
Владимир Леонидович Корнилов (RU)
Владимир Леонидович Корнилов
Сергей Иосифович Платов (RU)
Сергей Иосифович Платов
Геннадий Васильевич Самохвалов (RU)
Геннадий Васильевич Самохвалов
Сергей Анатольевич Муриков (RU)
Сергей Анатольевич Муриков
Александр Васильевич Королев (RU)
Александр Васильевич Королев
Владимир Иванович Воронин (RU)
Владимир Иванович Воронин
Николай Владимирович Урцев (RU)
Николай Владимирович Урцев
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Исследовательско-Технологический Центр "Аусферр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Исследовательско-Технологический Центр "Аусферр" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Исследовательско-Технологический Центр "Аусферр"
Priority to RU2010133286/02A priority Critical patent/RU2447163C1/en
Priority to EP11816683.4A priority patent/EP2604706A1/en
Priority to PCT/RU2011/000595 priority patent/WO2012021090A1/en
Priority to KR1020137006100A priority patent/KR20140050570A/en
Priority to EA201300083A priority patent/EA022014B1/en
Publication of RU2010133286A publication Critical patent/RU2010133286A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2447163C1 publication Critical patent/RU2447163C1/en
Priority to US13/767,212 priority patent/US20130153090A1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/78Combined heat-treatments not provided for above
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001Austenite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008Martensite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/009Pearlite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)
  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: first method comprises heating for austenite formation and subsequent cooling in conditions for formation of preset structural state. Note here that cooling is conducted in conditions providing austenite areas in alloy structure that feature chemical composition approximating to eutectoid composition followed by marinite formation while preset structural state is formed to produce perlite of various dispersity and/or hardening structures. Second method comprises heating for austenite formation and subsequent cooling in conditions for formation of preset structural state. Note here that heating is conducted in conditions providing marinite formation in alloy structure while preset structural state is formed to produce perlite of various dispersity and/or hardening structures. Note also that pulse cooling, plastic deformation and magnetic field effects are used to this end.
EFFECT: reduced production cycle, preset structural state.
41 cl, 19 ex, 10 dwg

Description

Группа изобретений относится к металлургии и, в частности, к термической обработке изделий из сплавов на основе железа с содержанием углерода до 4,3% по массе и направлена на получение сплавов с заданным структурным состоянием и с требуемыми свойствами.The group of inventions relates to metallurgy and, in particular, to heat treatment of products from iron-based alloys with a carbon content of up to 4.3% by weight and is aimed at producing alloys with a given structural state and with the required properties.

Известен способ термической обработки изделий из сталей, в частности, сортового проката, обеспечивающий формирование в прутках проката из конструкционных легированных сталей с длительным периодом перлитного превращения или не имеющих его двухслойной структуры: феррито-перлитной с низкой твердостью в поверхностном слое и сорбитной с более высокой твердостью в центральном слое. Это позволяет производить последующую холодную механическую обработку прутков резанием.A known method of heat treatment of steel products, in particular, long products, providing the formation in the bars of structural alloyed steels with a long period of pearlite transformation or not having its two-layer structure: ferrite-pearlite with low hardness in the surface layer and sorbitol with higher hardness in the central layer. This allows subsequent cold machining of the bars by cutting.

Для получения указанного результата в способе термической обработки сортового проката, заключающемся в ускоренном охлаждении от температуры конца деформации, изотермической выдержке при 600-700°C, продолжительностью не более 3 ч и последующем охлаждении, ускоренное охлаждение ведут до достижения поверхностным слоем температуры ниже точки Мн на глубине 5-10 мм (RU 2044779 [1]).To obtain the specified result in the method of heat treatment of long products, which consists in accelerated cooling from the temperature of the end of deformation, isothermal holding at 600-700 ° C, lasting no more than 3 hours and subsequent cooling, accelerated cooling is carried out until the surface layer reaches a temperature below the point M n at a depth of 5-10 mm (RU 2044779 [1]).

Недостатком известного способа является его малая производительность, обусловленная большими затратами времени на проведение операций, позволяющих обеспечить формирование требуемого структурного состояния.The disadvantage of this method is its low productivity, due to the large time spent on operations, allowing to ensure the formation of the required structural state.

В результате ускоренного охлаждения поверхностного слоя глубиной 5-10 мм ниже температуры Мн на поверхности прутка образуется структура мартенсита. При последующем нагреве и выдержке при 600-700°С мартенсит значительно быстрее распадается на феррито-перлитную смесь, чем прямое превращение аустенита по всему объему прутка. Таким образом, в прутке формируется двухслойная структура: поверхность феррито-перлитная с низкой твердостью и сорбитная в центральном слое с более высокой твердостью. При этом сохраняется относительно большая (до 3 ч) продолжительность изотермической выдержки.As a result of accelerated cooling of the surface layer with a depth of 5-10 mm below the temperature M n , a martensite structure forms on the surface of the bar. With subsequent heating and aging at 600-700 ° C, martensite decomposes much faster into a ferrite-pearlite mixture than the direct transformation of austenite throughout the entire volume of the rod. Thus, a two-layer structure is formed in the bar: the surface is ferritic-pearlitic with a low hardness and sorbitol in the central layer with a higher hardness. At the same time, a relatively large (up to 3 hours) isothermal exposure time remains.

Известен способ термической обработки изделий из сплава на основе железа, в частности горячекатаных ходовых и железнодорожных рельсов с профильными частями различной массы, включающий этапы предварительного и окончательного охлаждения после прокатного нагрева профильных частей различной массы с образованием желаемой структуры с повышенной прочностью в профильных частях рельса, в частности в головке рельса. Предварительное охлаждение рельса после прокатного нагрева ведут до температуры сердцевины головки рельса, составляющей 750-850°C для предотвращения промежуточного переохлаждения поверхностной зоны головки рельса и местного преждевременного фазового превращения, затем проводят этап нагрева поверхностной зоны головки рельса, по меньшей мере, до температуры сердцевины и проводят окончательное охлаждение рельса с настолько высокой плотностью теплового потока, что для центральной зоны головки рельса достигается по возможности короткое время охлаждения в зоне фазового превращения от 800 до 500°С. При этом окончательное охлаждение головки рельса в зоне фазового превращения ведут настолько быстро, что образуется желаемая тонкопластинчатая перлитная структура и исключается охлаждение поверхностной зоны ниже температуры образования бейнита (RU 2272080 [2]) Недостатком известного способа является длительность процесса термической обработки, приводящей к получению изделий из стали с заданным конечным структурным состоянием, и ограниченность номенклатуры (сортамента) получаемых сталей с требуемыми (заданными) свойствами.A known method of heat treatment of products from an alloy based on iron, in particular hot-rolled running and railway rails with profile parts of various masses, including the stages of preliminary and final cooling after rolling heating of profile parts of various masses with the formation of the desired structure with increased strength in the profile parts of the rail, particularly in the rail head. Pre-cooling of the rail after rolling heating is carried out to a temperature of the rail head core of 750-850 ° C to prevent intermediate supercooling of the surface area of the rail head and local premature phase transformation, then the step of heating the surface zone of the rail head is carried out at least to the core temperature and final cooling of the rail is carried out with such a high heat flux that for the central zone of the rail head is achieved as short as possible The burden in the cooling zone of the phase change of 800 to 500 ° C. In this case, the final cooling of the rail head in the phase transformation zone is carried out so quickly that the desired thin plate pearlite structure is formed and the surface zone is cooled below the bainite formation temperature (RU 2272080 [2]). The disadvantage of this method is the length of the heat treatment process, which leads to the production of products from steel with a given final structural state, and the limited range of products (assortment) of the obtained steels with the required (specified) properties.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известный способ термической обработки изделий из стали с получением заданной конечной мелкопластинчатой перлитной или феррит/перлитной структурой (RU 2266966 [3]). Известный способ предполагает нагрев заготовки, в частности прокатанного стального профиля в виде рельса, до температур около 850°С и дальнейшее ее охлаждение отдельными импульсами, обеспечивающими получение перлитной или феррит/перлитной структуры без возникновения закалочных структур (в частности, бейнита). Для этого заготовку или готовое изделие пропускают через участок охлаждения, который состоит из отдельных, независимых последовательно расположенных вдоль длины участка охлаждения охлаждающих модулей, что по сути эквивалентно импульсному охлаждению с независимо регулируемыми параметрами охлаждения, причем между охлаждающими модулями имеются промежуточные области для снятия структурных напряжений со средствами для определения действительной температуры изделия в этих промежуточных областях, и при этом, в зависимости от соответствующего значения действительной температуры детали в промежуточной области, регулируют параметры охлаждения, особенно интенсивность охлаждения, по меньшей мере, соответственно следующего охлаждающего модуля для обеспечения заданной температуры детали во время всего прохождения участка охлаждения, причем заданную температуру детали соответственно поддерживают выше критической температуры, при которой образуются бейнитные структурные составляющие. При этом в паузах между этапами (импульсами) процесса охлаждения для снятия структурных напряжений применяют временные фазы повторного нагрева и/или термической выдержки и/или временные фазы медленного охлаждения.Closest to the claimed invention in technical essence and the achieved result is a known method of heat treatment of steel products to obtain a given final fine-plate pearlite or ferrite / pearlite structure (RU 2266966 [3]). The known method involves heating a workpiece, in particular a rolled steel profile in the form of a rail, to temperatures of about 850 ° C and its further cooling by individual pulses, providing a pearlite or ferrite / pearlite structure without the appearance of quenching structures (in particular, bainite). To do this, the workpiece or the finished product is passed through a cooling section, which consists of separate, independent cooling modules sequentially located along the length of the cooling section, which is essentially equivalent to pulse cooling with independently adjustable cooling parameters, and there are intermediate regions between the cooling modules to relieve structural stresses from means for determining the actual temperature of the product in these intermediate areas, and, depending on The actual temperature of the part in the intermediate region is controlled by the cooling parameters, especially the cooling rate, of at least the next cooling module to ensure the set temperature of the part during the entire passage of the cooling section, and the set temperature of the part is accordingly maintained above the critical temperature at which bainitic structural components. Moreover, in the pauses between the stages (pulses) of the cooling process, temporary phases of reheating and / or thermal exposure and / or temporary phases of slow cooling are used to relieve structural stresses.

Недостатком известного способа является длительность процесса термической обработки, приводящей к получению стали с заданным структурным состоянием, и ограниченность номенклатуры (сортамента) получаемых сталей с требуемыми (заданными) свойствами.The disadvantage of this method is the duration of the heat treatment process, leading to the production of steel with a given structural state, and the limited range of products (assortment) of the obtained steels with the desired (specified) properties.

Заявляемые в качестве изобретений способы направлены на сокращение сроков осуществления технологических процессов, обеспечивающих получение изделий из сплавов на основе железа с заданными структурными состояниями, а значит, с требуемыми в каждом конкретном случае физико-механическими и качественными характеристиками.The inventive methods are aimed at reducing the timing of technological processes that ensure the production of products from alloys based on iron with predetermined structural states, and therefore, with the physico-mechanical and qualitative characteristics required in each particular case.

Указанный результат достигается тем, что первый способ термической обработки изделий из сплавов на основе железа с содержанием углерода до 4,3% по массе включает нагрев, обеспечивающий формирование аустенита и последующее охлаждение по режимам, обеспечивающим формирование заданного структурного состояния, при этом охлаждение осуществляют по режимам, обеспечивающим наличие областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, с последующим получением в них маринита, а заданное структурное состояние формируют с получением в нем перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур.This result is achieved by the fact that the first method of heat treatment of products from iron-based alloys with a carbon content of up to 4.3% by weight includes heating, which ensures the formation of austenite and subsequent cooling according to the regimes that ensure the formation of a given structural state, while cooling is carried out according to the modes ensuring the presence of austenite regions with a chemical composition close to eutectoid, with the subsequent receipt of marinite in them, and a given structural state is formed to obtain in it perlite of varying degrees of dispersion and / or quenching structures.

Указанный результат достигается также тем, что охлаждение осуществляют по режимам, обеспечивающим формирование заданной доли областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, с последующим получением в них заданной доли маринита.The indicated result is also achieved by the fact that cooling is carried out according to the regimes ensuring the formation of a predetermined fraction of austenite regions with a chemical composition close to eutectoid, followed by obtaining a predetermined fraction of marinite in them.

Указанный результат достигается также тем, что режимы, обеспечивающие формирование заданной доли маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, определяют расчетно или экспериментально.The indicated result is also achieved by the fact that the regimes ensuring the formation of a given fraction of marinite from austenite regions with a chemical composition close to eutectoid are determined by calculation or experimentally.

Указанный результат достигается также тем, что заданное структурное состояние формируют с получением в нем заданных долей перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур.The indicated result is also achieved by the fact that a predetermined structural state is formed with obtaining in it predetermined perlite fractions of varying degrees of dispersion and / or quenching structures.

Указанный результат достигается также тем, что при расчетном определении режимов, обеспечивающих получение маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, задают температурный интервал реализации маринита, удовлетворяющий условиямThe indicated result is also achieved by the fact that in the calculation determination of the regimes ensuring the production of marinite from areas of austenite with a chemical composition close to eutectoid, the temperature range for the implementation of marinite, satisfying the conditions

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где

Figure 00000002
- температура локального ферромагнитного упорядочения в аустените вблизи атома углерода, определяемая методом квантово-механического расчета,Where
Figure 00000002
- the temperature of the local ferromagnetic ordering in austenite near the carbon atom, determined by the method of quantum-mechanical calculation,

TTEX - температура, выбираемая с учетом технологических ограничений,T TEX - temperature selected taking into account technological limitations,

и выбирают скорость охлаждения, при которой зависимость температуры охлаждения от времени Т(t) удовлетворяет условию Т(t)<Θ(t), где зависимость Θ(t) определена линиями начала перлитного и бейнитного превращений на термокинетической диаграмме.and choose a cooling rate at which the dependence of the cooling temperature on time T (t) satisfies the condition T (t) <Θ (t), where the dependence Θ (t) is determined by the lines of the beginning of the pearlite and bainitic transformations on the thermokinetic diagram.

Указанный результат достигается также тем, что при экспериментальном определении режимов, обеспечивающих получение маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, проводят закалку образцов от фиксированных температур при различном времени выдержки при них, а факт существования маринита устанавливают по наличию в закаленном образце рутита.The indicated result is also achieved by the fact that during the experimental determination of the regimes ensuring the production of marinite from austenite with a chemical composition close to eutectoid, the samples are quenched from fixed temperatures at different exposure times, and the fact of the existence of marinite is established by the presence of rutite in the quenched sample .

Указанный результат достигается также тем, что наличие рутита устанавливают дифракционными методами.The indicated result is also achieved by the fact that the presence of rutite is established by diffraction methods.

Указанный результат достигается также тем, что определение режима охлаждения от реализованного маринита, приводящего к образованию заданного количества перлита в заданном структурном состоянии, осуществляют, проводя закалку экспериментальных образцов и последующее определение их структурного состояния.The indicated result is also achieved by the fact that the determination of the cooling mode from the realized marinite, leading to the formation of a given amount of perlite in a given structural state, is carried out by quenching the experimental samples and the subsequent determination of their structural state.

Указанный результат достигается также тем, что определение режима охлаждения от реализованного маринита, приводящего к образованию заданного структурного состояния, осуществляют измерением температуры в выбранных точках объема модельного образца сплава простой формы при охлаждении со скоростями, приводящими к получению требуемого структурного состояния в образце из сплава, определением значений термокинетических констант, обеспечивающих при известных тепловых потоках на поверхности образца совпадение зависимостей температуры от времени, полученной в ходе модельного эксперимента и в результате решения системы уравнений, включающей в себя уравнение теплопроводностиThe indicated result is also achieved by the fact that the determination of the cooling mode from the realized marinite, which leads to the formation of a given structural state, is carried out by measuring the temperature at selected points in the volume of the model alloy sample of simple form during cooling at the rates leading to the desired structural state in the alloy sample, by determining values of thermokinetic constants providing, at known heat fluxes on the sample surface, the temperature dependences о time obtained during model experiment and as a result of solving the system of equations consisting of a thermal conductivity equation

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где оператор

Figure 00000004
имеет размерность м-1, r - радиус-вектор точки, в которой производятся вычисления, ρ - плотность, измеряемая в кг/м3, qi - удельная энтальпия образования i-й фазы, измеряемая в Дж/кг, fi(r, t, T) - безразмерная массовая доля фазы i в окрестности точки r в момент времени t при температуре Т,
Figure 00000005
- поток тепла, измеряемый в Дж/(м2·с), Н(r, t, T) - распределение энтальпии, измеряемой в Дж/м3, по объему образца,where is the operator
Figure 00000004
has the dimension m -1 , r is the radius vector of the point at which the calculations are made, ρ is the density measured in kg / m 3 , q i is the specific enthalpy of formation of the i-th phase, measured in J / kg, f i (r , t, T) is the dimensionless mass fraction of phase i in the vicinity of point r at time t at temperature T,
Figure 00000005
is the heat flux measured in J / (m 2 · s), N (r, t, T) is the distribution of the enthalpy measured in J / m 3 over the volume of the sample,

уравнение сохранения энергииenergy conservation equation

Figure 00000006
Figure 00000006

где

Figure 00000007
- удельная теплоемкость фазы i при постоянном давлении от температуры, измеряемая в Дж/(кг·К), и кинетическое уравнениеWhere
Figure 00000007
- the specific heat of phase i at constant pressure versus temperature, measured in J / (kg · K), and the kinetic equation

Figure 00000008
Figure 00000008

где Mik(T, fk(τ), (t-τ)) - функциональная зависимость, определяющая скорость изменения со временем t массовой доли fi фазы i, определяемая для каждого фазового превращения, и проведением с использованием указанных уравнений и найденных термокинетических констант расчета зависимости потока тепла от времени по поверхности изделия из сплава, обеспечивающей траекторию изменения температуры во времени, приводящую к формированию заданного структурного состояния.where M ik (T, f k (τ), (t-τ)) is a functional dependence that determines the rate of change with time t of the mass fraction f i of phase i, determined for each phase transformation, and using the above equations and found thermokinetic constants for calculating the dependence of the heat flux on time over the surface of an alloy product, providing a trajectory of temperature change over time, leading to the formation of a given structural state.

Указанный результат достигается также тем, что после реализации маринита охлаждение осуществляют по режимам, приводящим к формированию задаваемых долей фаз феррита и карбидов железа в заданном структурном состоянии без образования закалочных структур или с образованием их в долях, не превышающих заданные.The indicated result is also achieved by the fact that after the implementation of marinite, cooling is carried out according to the regimes leading to the formation of the specified fractions of the phases of ferrite and iron carbides in the given structural state without the formation of quenching structures or with the formation of them in fractions not exceeding the specified ones.

Указанный результат достигается также тем, что после формирования заданной доли перлита охлаждение изделий из сплава осуществляют со скоростями, достаточными для подавления диффузионных превращений.The specified result is also achieved by the fact that after the formation of a given fraction of perlite, the cooling of alloy products is carried out at speeds sufficient to suppress diffusion transformations.

Указанный результат достигается также тем, что охлаждение осуществляют импульсно.The specified result is also achieved by the fact that the cooling is carried out impulse.

Указанный результат достигается также тем, что охлаждение осуществляют импульсами, которые чередуют с паузами с длительностями, выбранными достаточными для задаваемого снижения разности между максимальными и минимальными значениями температуры по сечению изделий из сплава.The indicated result is also achieved by the fact that cooling is carried out by pulses that alternate with pauses with durations selected sufficient for a given reduction of the difference between the maximum and minimum temperature values over the cross section of alloy products.

Указанный результат достигается также тем, что длительность каждого из импульсов охлаждения выбирают так, чтобы они не приводили к образованию закалочных структур в заданном структурном состоянии.The indicated result is also achieved by the fact that the duration of each of the cooling pulses is chosen so that they do not lead to the formation of quenching structures in a given structural state.

Указанный результат достигается также тем, что охлаждение осуществляют импульсно, при этом один из импульсов охлаждения выбирают обеспечивающим максимальное снижение температуры поверхности изделий из сплава без образования закалочных структур в заданном структурном состоянии.The indicated result is also achieved by the fact that the cooling is carried out in a pulsed manner, while one of the cooling pulses is selected to provide the maximum decrease in the surface temperature of alloy products without the formation of quenching structures in a given structural state.

Указанный результат достигается также тем, что после формирования в сплаве заданной доли аустенита, достаточной для получения в заданном структурном состоянии заданных долей перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур, снижение температуры, требуемое для реализации маринита, осуществляют импульсами охлаждения.The indicated result is also achieved by the fact that after the formation of a given fraction of austenite in the alloy, sufficient to obtain in a given structural state the specified fractions of perlite of varying degrees of dispersion and / or quenching structures, the temperature reduction required for the implementation of marinite is carried out by cooling pulses.

Указанный результат достигается также тем, что после достижения долей фаз феррита и карбидов железа, обеспечивающих в дальнейшем получение заданного структурного состояния, импульсное охлаждение прекращают и переходят к монотонному охлаждению и/или изотермической выдержке.The indicated result is also achieved by the fact that after reaching the fractions of the phases of ferrite and iron carbides, which subsequently provide a given structural state, impulse cooling is stopped and transitions to monotonic cooling and / or isothermal aging.

Указанный результат достигается также тем, что после нагрева изделий из сплава до температур, обеспечивающих формирование в сплаве заданной доли аустенита, изделия из сплава подвергают пластической деформации.The indicated result is also achieved by the fact that after heating the alloy products to temperatures ensuring the formation of a predetermined austenite fraction in the alloy, the alloy products are subjected to plastic deformation.

Указанный результат достигается также тем, что пластическую деформацию изделий из сплава осуществляют или завершают при температурах tKфер±50°C, где tKфер - температура Кюри феррита, °C.The specified result is also achieved by the fact that plastic deformation of alloy products is carried out or completed at temperatures t Kfer ± 50 ° C, where t Kfer is the Curie temperature of ferrite, ° C.

Указанный результат достигается также тем, что в процессе реализации маринита на изделия из сплава воздействуют постоянным или импульсным магнитным полем.The indicated result is also achieved by the fact that during the implementation of marinite, alloy products are exposed to a constant or pulsed magnetic field.

Указанный результат достигается также тем, что для охлаждения используют воду или водосодержащие среды.The specified result is also achieved by the fact that water or aqueous media are used for cooling.

Указанный результат достигается тем, что второй способ термической обработки изделий из сплавов на основе железа с содержанием углерода до 4,3% по массе включает нагрев и последующее охлаждение по режимам, обеспечивающим формирование заданного структурного состояния, при этом нагрев осуществляют по режимам, обеспечивающим формирование маринита, а заданное структурное состояние формируют с получением в нем перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур.This result is achieved by the fact that the second method of heat treatment of products from iron-based alloys with a carbon content of up to 4.3% by weight involves heating and subsequent cooling according to the modes providing the formation of a given structural state, while heating is carried out according to the modes providing the formation of marinite and a predetermined structural state is formed to produce perlite in it of varying degrees of dispersion and / or quenching structures.

Указанный результат достигается также тем, что нагрев осуществляют по режимам, обеспечивающим формирование заданной доли маринита.The specified result is also achieved by the fact that the heating is carried out according to modes that ensure the formation of a given fraction of marinite.

Указанный результат достигается также тем, что режимы, обеспечивающие формирование заданной доли маринита, определяют расчетно или экспериментально.The specified result is also achieved by the fact that the modes that ensure the formation of a given fraction of marinite are determined by calculation or experimentally.

Указанный результат достигается также тем, что заданное структурное состояние формируют с получением в нем заданных долей перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур.The indicated result is also achieved by the fact that a predetermined structural state is formed with obtaining in it predetermined perlite fractions of varying degrees of dispersion and / or quenching structures.

Указанный результат достигается также тем, что при расчетном определении режимов, обеспечивающих реализацию маринита, задают диапазон температур нагрева, удовлетворяющий условиямThe specified result is also achieved by the fact that in the calculation determination of the modes that ensure the implementation of marinite, set the temperature range of the heating, satisfying

Figure 00000009
,
Figure 00000009
,

где

Figure 00000010
- температура локального ферромагнитного упорядочения в аустените вблизи атома углерода, определяемая методом квантово-механического расчета,Where
Figure 00000010
- the temperature of the local ferromagnetic ordering in austenite near the carbon atom, determined by the method of quantum-mechanical calculation,

TX - эвтектоидная температура для сплава соответствующего химического состава,T X is the eutectoid temperature for the alloy of the corresponding chemical composition,

и время выдержки t в секундах, необходимое для растворения заданной доли цементита fC, определяемое из уравненияand the exposure time t in seconds required to dissolve a given fraction of cementite f C , determined from the equation

fC=1,05fC0ехр(-ktn),f C = 1.05 f C0 exp (-kt n ),

где fC0 - безразмерная доля цементита в начальный момент времени, 4>n>3 - степенной показатель, k - параметр, определяющий скорость растворения цементита в сплаве соответствующего химического состава при температуре Т в с-n.where f C0 is the dimensionless fraction of cementite at the initial instant of time, 4>n> 3 is a power exponent, k is a parameter that determines the dissolution rate of cementite in an alloy of the corresponding chemical composition at a temperature T in s -n .

Указанный результат достигается также тем, что при экспериментальном определении режимов реализации в сплаве маринита проводят закалку образцов от фиксированных температур при различном времени выдержки при них, а факт существования маринита устанавливают по наличию в закаленном образце рутита.The indicated result is also achieved by the fact that during the experimental determination of the implementation conditions in the marinite alloy, the samples are quenched from fixed temperatures at various holding times, and the fact of the existence of marinite is established by the presence of rutite in the quenched sample.

Указанный результат достигается также тем, что наличие рутита устанавливают дифракционными методами.The indicated result is also achieved by the fact that the presence of rutite is established by diffraction methods.

Указанный результат достигается также тем, что определение режима охлаждения от реализованного маринита, приводящего к образованию заданного количества перлита в заданном структурном состоянии, осуществляют, проводя закалку экспериментальных образцов и последующее определение их структурного состояния.The indicated result is also achieved by the fact that the determination of the cooling mode from the realized marinite, leading to the formation of a given amount of perlite in a given structural state, is carried out by quenching the experimental samples and the subsequent determination of their structural state.

Указанный результат достигается также тем, что определение режима охлаждения от реализованного маринита, приводящего к образованию заданного структурного состояния, осуществляют измерением температуры в выбранных точках объема модельного образца сплава простой формы при охлаждении со скоростями, приводящими к получению требуемого структурного состояния в образце из сплава, определением значений термокинетических констант, обеспечивающих при известных тепловых потоках на поверхности образца совпадение зависимостей температуры от времени, полученной в ходе модельного эксперимента и в результате решения системы уравнений, включающей в себя уравнение теплопроводностиThe indicated result is also achieved by the fact that the determination of the cooling mode from the realized marinite, which leads to the formation of a given structural state, is carried out by measuring the temperature at selected points in the volume of the model alloy sample of simple form during cooling at the rates leading to the desired structural state in the alloy sample, by determining values of thermokinetic constants providing, at known heat fluxes on the sample surface, the temperature dependences о time obtained during model experiment and as a result of solving the system of equations consisting of a thermal conductivity equation

Figure 00000011
Figure 00000011

где оператор

Figure 00000004
имеет размерность м-1, r - радиус-вектор точки, в которой производятся вычисления, ρ - плотность, измеряемая в кг/м3, qi - удельная энтальпия образования i-й фазы, измеряемая в Дж/кг, fi(r, t, T) - безразмерная массовая доля фазы i в окрестности точки r в момент времени t при температуре T,
Figure 00000012
- поток тепла, измеряемый в Дж/(м2·с), Н(r, t, T) - распределение энтальпии, измеряемой в Дж/м3, по объему образца,where is the operator
Figure 00000004
has the dimension m -1 , r is the radius vector of the point at which the calculations are made, ρ is the density measured in kg / m 3 , q i is the specific enthalpy of formation of the i-th phase, measured in J / kg, f i (r , t, T) is the dimensionless mass fraction of phase i in the vicinity of point r at time t at temperature T,
Figure 00000012
is the heat flux measured in J / (m 2 · s), N (r, t, T) is the distribution of the enthalpy measured in J / m 3 over the volume of the sample,

уравнение сохранения энергииenergy conservation equation

Figure 00000013
Figure 00000013

где

Figure 00000007
- удельная теплоемкость фазы i при постоянном давлении от температуры, измеряемая в Дж/(кг·К) и кинетическое уравнениеWhere
Figure 00000007
- the specific heat of phase i at constant pressure versus temperature, measured in J / (kg · K) and the kinetic equation

Figure 00000014
Figure 00000014

где Mik(T, fk(τ), (t-τ)) - функциональная зависимость, определяющая скорость изменения со временем t массовой доли fi фазы i, определяемая для каждого фазового превращения, и проведением с использованием указанных уравнений и найденных термокинетических констант расчета зависимости потока тепла от времени по поверхности изделия из сплава, обеспечивающей траекторию изменения температуры во времени, приводящую к формированию заданного структурного состояния.where M ik (T, f k (τ), (t-τ)) is a functional dependence that determines the rate of change with time t of the mass fraction f i of phase i, determined for each phase transformation, and using the above equations and found thermokinetic constants for calculating the dependence of the heat flux on time over the surface of an alloy product, providing a trajectory of temperature change over time, leading to the formation of a given structural state.

Указанный результат достигается также тем, что после реализации маринита охлаждение осуществляют по режимам, приводящим к формированию задаваемых долей фаз феррита и карбидов железа в заданном структурном состоянии без образования закалочных структур или с образованием их в долях, не превышающих заданные.The indicated result is also achieved by the fact that after the implementation of marinite, cooling is carried out according to the regimes leading to the formation of the specified fractions of the phases of ferrite and iron carbides in the given structural state without the formation of quenching structures or with the formation of them in fractions not exceeding the specified ones.

Указанный результат достигается также тем, что после формирования заданной доли перлита охлаждение изделий из сплава осуществляют со скоростями, достаточными для подавления диффузионных превращений.The specified result is also achieved by the fact that after the formation of a given fraction of perlite, the cooling of alloy products is carried out at speeds sufficient to suppress diffusion transformations.

Указанный результат достигается также тем, что охлаждение осуществляют импульсно.The specified result is also achieved by the fact that the cooling is carried out impulse.

Указанный результат достигается также тем, что охлаждение осуществляют импульсами, которые чередуют с паузами с длительностями, выбранными достаточными для задаваемого снижения разности между максимальными и минимальными значениями температуры по сечению изделий из сплава.The indicated result is also achieved by the fact that cooling is carried out by pulses that alternate with pauses with durations selected sufficient for a given reduction of the difference between the maximum and minimum temperature values over the cross section of alloy products.

Указанный результат достигается также тем, что длительность каждого из импульсов охлаждения выбирают так, чтобы они не приводили к образованию закалочных структур в заданном структурном состоянии.The indicated result is also achieved by the fact that the duration of each of the cooling pulses is chosen so that they do not lead to the formation of quenching structures in a given structural state.

Указанный результат достигается также тем, что охлаждение осуществляют импульсно, при этом один из импульсов охлаждения выбирают обеспечивающим максимальное снижение температуры поверхности изделия из сплава без образования закалочных структур в заданном структурном состоянии.The indicated result is also achieved by the fact that the cooling is carried out in a pulsed manner, while one of the cooling pulses is selected to provide the maximum reduction in the surface temperature of the alloy product without the formation of quenching structures in a given structural state.

Указанный результат достигается также тем, что после достижения долей фаз феррита и карбидов железа, обеспечивающих в дальнейшем получение заданного структурного состояния, импульсное охлаждение прекращают и переходят к монотонному охлаждению и/или изотермической выдержке.The indicated result is also achieved by the fact that after reaching the fractions of the phases of ferrite and iron carbides, which subsequently provide a given structural state, impulse cooling is stopped and transitions to monotonic cooling and / or isothermal aging.

Указанный результат достигается также тем, что изделия из сплава при нагреве до или в процессе реализации маринита подвергают пластической деформации.The indicated result is also achieved by the fact that the alloy products are subjected to plastic deformation when heated to or during the implementation of marinite.

Указанный результат достигается также тем, что изделия из сплава после реализации маринита подвергают пластической деформации.The specified result is also achieved by the fact that the alloy products after the implementation of marinite are subjected to plastic deformation.

Указанный результат достигается также тем, что пластическую деформацию изделий из сплава осуществляют или завершают при температурах tKфер±50°C, где tKфер - температура Кюри феррита, °C.The specified result is also achieved by the fact that plastic deformation of alloy products is carried out or completed at temperatures t Kfer ± 50 ° C, where t Kfer is the Curie temperature of ferrite, ° C.

Указанный результат достигается также тем, что для охлаждения используют воду или водосодержащие среды.The specified result is also achieved by the fact that water or aqueous media are used for cooling.

В тексте данной заявки используются следующие термины.In the text of this application, the following terms are used.

Структурное состояние - совокупность формирующихся в результате термической или термомеханической обработки структурных элементов, характеризуемых фазовым составом, морфологией и размерами.Structural state - a set of structural elements formed as a result of thermal or thermomechanical processing, characterized by phase composition, morphology and size.

Фаза - термодинамически равновесное состояние вещества, отличающееся по своим физическим свойствам от других равновесных состояний того же вещества.Phase - thermodynamically equilibrium state of a substance, which differs in its physical properties from other equilibrium states of the same substance.

Аустенит - твердый раствор углерода в ГЦК железе.Austenite is a solid solution of carbon in fcc iron.

Феррит - твердый раствор углерода в ОЦК железе.Ferrite is a solid solution of carbon in bcc iron.

Цементит - карбид железа Fe3Cx, где 0,75≤x≤1, с ромбической элементарной ячейкой.Cementite is iron carbide Fe 3 C x , where 0.75≤x≤1, with a rhombic unit cell.

Перлит - структурная составляющая железоуглеродистых сплавов - сталей и чугунов: представляет собой эвтектоидную смесь двух фаз - феррита и цементита.Perlite is a structural component of iron-carbon alloys - steels and cast irons: it is a eutectoid mixture of two phases - ferrite and cementite.

Пластинчатый перлит - перлит, в котором феррит и цементит имеют преимущественно пластинчатую форму.Lamellar perlite - perlite, in which ferrite and cementite are predominantly lamellar in shape.

Зернистый перлит - перлит, в котором цементит имеет преимущественно форму, близкую к сферической.Granular perlite - perlite, in which cementite has a predominantly spherical shape.

Сорбит - дисперсный перлит.Sorbitol is dispersed perlite.

Время сорбитизации - интервал времени от момента начала появления сорбита до момента завершения формирования сорбитной структуры по сечению заготовки (изделия).Sorbitization time - the time interval from the moment the onset of sorbitol to the moment of completion of the formation of the sorbitol structure over the cross section of the workpiece (product).

Троостит - высокодисперсный перлит.Troostitis is a highly dispersed perlite.

Бейнит (верхний, нижний) - закалочная структура, формирующаяся при переохлаждении аустенита в температурный интервал, ограниченный температурами начала бейнитного превращения и начала мартенситного превращения.Bainite (upper, lower) is a quenching structure that forms when austenite is supercooled into a temperature range limited by the temperatures of the onset of bainitic transformation and the beginning of martensitic transformation.

Мартенсит - закалочная структура, образующаяся сдвиговым путем из аустенита и представляющая собой твердый раствор углерода в ОЦТ железе.Martensite is a quenching structure formed by shear from austenite and is a solid solution of carbon in bct iron.

Ледебурит - структурная составляющая, образующаяся в результате эвтектической реакции, при которой железоуглеродистый расплав затвердевает с образованием аустенита и цементита, и при дальнейшем охлаждении аустенит превращается в перлит.Ledeburite is a structural component resulting from a eutectic reaction in which the iron-carbon melt solidifies with the formation of austenite and cementite, and upon further cooling, austenite turns into perlite.

Маринит - структурное состояние сплава на основе железа и углерода, характеризующееся наличием в матрице ГЦК железа обогащенных углеродом областей квазистатических атомных смещений, переводящих ГЦК в ГЦТ решетку с ближним ферромагнитным порядком, и обедненных углеродом областей.Marinite is the structural state of an alloy based on iron and carbon, characterized by the presence in the fcc matrix of iron of carbon-rich regions of quasistatic atomic displacements that translate the fcc into a fcc lattice with a short ferromagnetic order, and carbon-depleted regions.

Рутит - структурное состояние сплава на основе железа и углерода, формирующееся при быстром охлаждении (закалке) маринита.Rutite is a structural state of an alloy based on iron and carbon, which is formed upon rapid cooling (quenching) of marinite.

Квазистатические смещения - коррелированные смещения атомов из их равновесных положений в кристаллической решетке, сохраняющиеся в течение времени, значительно превышающего период тепловых колебаний.Quasistatic displacements are correlated displacements of atoms from their equilibrium positions in the crystal lattice, which persist for a time significantly exceeding the period of thermal vibrations.

Температура Кюри феррита - температура перехода из ферромагнитного в парамагнитное состояние при нагреве; при этой температуре феррит теряет спонтанную намагниченность.The Curie temperature of ferrite is the temperature of the transition from the ferromagnetic to paramagnetic state upon heating; at this temperature, ferrite loses spontaneous magnetization.

Закалка (быстрое охлаждение) - охлаждение со скоростью, достаточной для подавления диффузионных превращений.Quenching (rapid cooling) - cooling at a speed sufficient to suppress diffusion transformations.

Закаленный образец - образец, подвергнутый закалке.Hardened Sample — A hardened sample.

Закалочные структуры - структуры, формирующиеся в результате закалки.Quenching structures - structures formed as a result of quenching.

Диффузионное превращение - превращение одной фазы в другую в результате перемещения атомов путем диффузии.Diffusion transformation - the transformation of one phase into another as a result of the movement of atoms by diffusion.

Сдвиговое превращение - превращение одной фазы в другую путем кооперативного смещения атомов, сопровождающегося деформацией кристаллической решетки.Shear transformation is the transformation of one phase into another by cooperative atomic displacement, accompanied by deformation of the crystal lattice.

Импульс охлаждения - теплофизический процесс, развивающийся в результате кратковременного воздействия охлаждающей средой на заготовку.A cooling pulse is a thermophysical process that develops as a result of a short-term exposure to a workpiece by a cooling medium.

Остаточный аустенит - аустенит, сохранившийся в структуре, после охлаждения до комнатной температуры.Residual austenite - austenite preserved in the structure after cooling to room temperature.

Ближний магнитный порядок - упорядоченность во взаимном расположении магнитных моментов, повторяющаяся на расстояниях, соизмеримых с межатомными.The nearest magnetic order is the ordering in the mutual arrangement of magnetic moments, repeated at distances comparable with interatomic ones.

Ближний порядок расположения атомов - упорядоченность во взаимном расположении атомов, повторяющаяся на расстояниях, соизмеримых с межатомными.The short-range atomic arrangement is ordering in the mutual arrangement of atoms, repeated at distances commensurate with interatomic ones.

Заявляемая группа способов термической обработки изделий из сплавов на основе железа с содержанием углерода до 4,3% по массе, обеспечивающая получение в них заданного структурного состояния, основана на общем принципе - обеспечение условий формирования структурного состояния, названного авторами «МАРИНИТОМ», характеризующегося наличием в матрице ГЦК железа обогащенных углеродом областей квазистатических атомных смещений, переводящих ГЦК в ГЦТ решетку с ближним ферромагнитным порядком, и обедненных углеродом областей, путем изменения температуры (повышения или снижения) и последующее охлаждение с достижением заданного структурного состояния сплава.The inventive group of methods for heat treatment of products from iron-based alloys with a carbon content of up to 4.3% by weight, which provides them with a given structural state, is based on the general principle of providing conditions for the formation of a structural state, called by the authors "MARINIT", characterized by the presence in matrix of fcc iron of carbon-enriched regions of quasistatic atomic displacements that convert fcc to a fcc lattice with a short ferromagnetic order and carbon-depleted regions by changing temperature (increase or decrease) and subsequent cooling to achieve a given structural state of the alloy.

Отличаются способы друг от друга условиями формирования маринита. В первом случае маринит реализуется при охлаждении предварительно сформированного аустенита, во втором случае - при нагреве смеси фаз феррита и карбидов железа.The methods differ from each other by the conditions for the formation of marinite. In the first case, marinite is realized by cooling preformed austenite, in the second case, by heating a mixture of phases of ferrite and iron carbides.

Факт наличия такого особого структурного состояния подтверждается целым рядом экспериментальных данных, полученных авторами.The fact of the presence of such a special structural state is confirmed by a number of experimental data obtained by the authors.

Для выяснения условий формирования маринита были проведены исследования структурно-зависимых физических свойств.To clarify the conditions for the formation of marinite, studies of structurally dependent physical properties were carried out.

Одним из таких свойств является температурная зависимость магнитной восприимчивости χ(T), исследование которой было проведено в Институте физики металлов (г.Екатеринбург) на магнитометре с высокотемпературной приставкой. Чтобы обеспечить достаточно высокую чувствительность и низкий уровень шума, измерения проводились в слабом переменном магнитном поле (напряженность 10 Э, частота 80 Гц). Температура изменялась со скоростями 6-12 град/мин. Результаты для эвтектоидной стали представлены на фиг.1. Магнитная восприимчивость χ(Т) демонстрирует быстрое падение при нагреве, которое начинается при температуре ~740°C и заканчивается при достижении температуры Кюри α-Fe (TC=778°C). В то же время последующее снижение температуры с 850°С до значения Т~700°C сопровождается медленным повышением χ(T), которое сменяется резким подъемом при 700°С, когда в структуре появляется α-Fe. Повышение χ(Т) при охлаждении до Т>700°С указывает на наличие в ней дисперсных частиц магнитной фазы или областей ближнего магнитного порядка. Таким образом, поведение магнитной восприимчивости χ(Т) свидетельствует о формировании гетерогенного состояния в некотором интервале температур ниже точки Кюри α-Fe, но выше температуры α-γ превращения A1.One of these properties is the temperature dependence of the magnetic susceptibility χ (T), which was studied at the Institute of Metal Physics (Yekaterinburg) on a magnetometer with a high-temperature attachment. To ensure a sufficiently high sensitivity and low noise level, the measurements were carried out in a weak alternating magnetic field (intensity 10 Oe, frequency 80 Hz). The temperature changed at speeds of 6-12 degrees / min. The results for eutectoid steel are presented in figure 1. The magnetic susceptibility χ (T) shows a rapid drop upon heating, which begins at a temperature of ~ 740 ° C and ends when the Curie temperature α-Fe (T C = 778 ° C) is reached. At the same time, a subsequent decrease in temperature from 850 ° C to a value of T ~ 700 ° C is accompanied by a slow increase in χ (T), which is replaced by a sharp rise at 700 ° C, when α-Fe appears in the structure. An increase in χ (Т) upon cooling to Т> 700 ° С indicates the presence of dispersed particles of the magnetic phase or regions of short-range magnetic order in it. Thus, the behavior of the magnetic susceptibility χ (Т) indicates the formation of a heterogeneous state in a certain temperature range below the Curie point of α-Fe, but above the temperature of the α-γ transformation A 1 .

Также в Институте физики металлов (г.Екатеринбург) были выполнены измерения температурной зависимости коэффициента теплового расширения α(Т) для стали эвтектоидного состава на высокочувствительном дилатометре в широком интервале температур при нагреве и охлаждении со скоростью 3 град/мин. Необычной особенностью полученной зависимости α(Т) является понижение коэффициента теплового расширения при нагреве, начиная с температур Т>500°C и резкое падение α(Т) выше точки α-γ перехода в интервале температур 740-850°C (фиг.2). При охлаждении в интервале температур 800-690°C наблюдается слабое изменение коэффициента теплового расширения с температурой. В точке γ-α перехода величина α(Т) испытывает скачок и при дальнейшем понижении температуры наблюдается обычное поведение α(Т), при котором dα/dT>0.Also, at the Institute of Metal Physics (Yekaterinburg), we measured the temperature dependence of the coefficient of thermal expansion α (T) for eutectoid steel on a highly sensitive dilatometer in a wide temperature range during heating and cooling at a rate of 3 deg / min. An unusual feature of the obtained dependence α (T) is a decrease in the coefficient of thermal expansion during heating, starting from temperatures T> 500 ° C and a sharp drop in α (T) above the point of the α-γ transition in the temperature range 740-850 ° C (figure 2) . When cooling in the temperature range 800-690 ° C, there is a slight change in the coefficient of thermal expansion with temperature. At the γ-α transition point, the quantity α (Т) experiences a jump, and with a further decrease in temperature, the usual behavior of α (Т) is observed, at which dα / dT> 0.

Как известно, нормальным поведением однородной системы является слабое возрастание коэффициента теплового расширения с температурой, dα/dT>0 [4]. Согласно представлениям, изложенным в [5], наблюдаемое в интервале температур Т=690-800°C слабое изменение α(T) указывает на существование гетерогенного состояния, представляющего собой ансамбль дисперсных частиц (или кластеров), которые имеют удельный объем, меньший, чем матрица. В результате тепловое расширение определяется не только решеточными ангармонизмами, а зависит, главным образом, от изменения относительной доли кластеров. При нагреве аномалия на зависимости α(T) выражена значительно сильнее (фиг.2). Этот результат указывает на то, что в формировании указанного состояния существенную роль играют кинетические факторы. В частности, быстрое падение α(Т) при нагреве может быть обусловлено продолжающимся растворением карбидных частиц, в то время как слабое изменение α(Т) при охлаждении - формированием углеродных неоднородностей с характерным размером 10-100 нм.As is known, the normal behavior of a homogeneous system is a slight increase in the coefficient of thermal expansion with temperature, dα / dT> 0 [4]. According to the ideas set forth in [5], a slight change in α (T) observed in the temperature range T = 690–800 ° C indicates the existence of a heterogeneous state, which is an ensemble of dispersed particles (or clusters) that have a specific volume smaller than matrix. As a result, thermal expansion is determined not only by lattice anharmonisms, but depends mainly on changes in the relative fraction of clusters. When heated, the anomaly in the dependence α (T) is much more pronounced (figure 2). This result indicates that kinetic factors play a significant role in the formation of this state. In particular, a rapid decrease in α (T) upon heating may be due to the continued dissolution of carbide particles, while a slight change in α (T) upon cooling can be due to the formation of carbon inhomogeneities with a characteristic size of 10-100 nm.

Таким образом, как поведение магнитной восприимчивости, так и данные по тепловому расширению свидетельствуют о существовании особого структурного состояния, реализующегося в условиях, близких к равновесным, в интервале температур А1<Т<ТC.Thus, both the behavior of the magnetic susceptibility and the data on thermal expansion indicate the existence of a special structural state that is realized under conditions close to equilibrium in the temperature range A 1 <T <T C.

Для того чтобы выяснить, как изменяется структура стали при медленном нагреве и охлаждении, когда кинетическими эффектами можно пренебречь, были проведены нейтронографические исследования на стационарном исследовательском атомном реакторе ИВВ-2М, на Белоярской АЭС. Нейтронограммы образцов были получены на нейтронном дифрактометре высокого углового разрешения (Δd/d=0.2%). Съемка проводилась в интервале температур (20-800°С) после предварительной выдержки в течение 1 часа при заданной температуре для достижения равновесного состояния. Уточнение структурных параметров было выполнено методом полнопрофильного анализа Ритвельда [6], который на основании сравнения теоретических и экспериментальных дифрактограмм позволяет установить координаты атомов, общий тепловой фактор, индивидуальные изотропные или анизотропные тепловые факторы и заселенности позиций атомами разных сортов.In order to find out how the steel structure changes during slow heating and cooling, when kinetic effects can be neglected, neutron diffraction studies were carried out at the IVV-2M stationary research nuclear reactor at the Beloyarsk NPP. Neutron diffraction patterns of the samples were obtained on a neutron diffractometer with a high angular resolution (Δd / d = 0.2%). The survey was carried out in the temperature range (20-800 ° C) after preliminary exposure for 1 hour at a given temperature to achieve an equilibrium state. The structural parameters were refined by the Rietveld full-profile analysis method [6], which, based on a comparison of theoretical and experimental diffraction patterns, allows one to establish atom coordinates, the general thermal factor, individual isotropic or anisotropic thermal factors, and position populations by atoms of different sorts.

В результате установлено, что образцы при температурах ниже γ-α перехода содержат α-Fe и цементит с орторомбической элементарной ячейкой (17% по массе), а при температурах выше γ-α перехода - γ-Fe, в котором атомы углерода располагаются в октаэдрических междоузлиях. При анализе заселенности позиций цементита атомами Fe и С оказалось, что его состав не является постоянным, а существенно изменяется в зависимости от температуры (фиг.3). При этом его доля и орторомбическая решетка сохраняются вплоть до температуры γ-α перехода; при более высоких температурах цементит исчезает. Таким образом, состав цементита в общем случае может быть представлен формулой Fe3CX, в которой величина Х уменьшается с ростом температуры от Х≈1 (при 20°C) до Х≈0.75 (при температурах, близких к точке γ-α перехода), следовательно, в зависимости от режима термообработки состав цементита может меняться.As a result, it was found that the samples at temperatures below the γ-α transition contain α-Fe and cementite with an orthorhombic unit cell (17% by mass), and at temperatures above the γ-α transition, they contain γ-Fe, in which carbon atoms are located in octahedral internodes. When analyzing the population of cementite positions by Fe and C atoms, it turned out that its composition is not constant, but varies significantly depending on temperature (Fig. 3). Moreover, its fraction and orthorhombic lattice are preserved up to the temperature of the γ-α transition; at higher temperatures, cementite disappears. Thus, the composition of cementite in the general case can be represented by the formula Fe 3 C X , in which the value of X decreases with increasing temperature from X≈1 (at 20 ° C) to X≈0.75 (at temperatures close to the point of the γ-α transition ), therefore, depending on the heat treatment mode, the composition of cementite may vary.

Для того чтобы детально определить, что представляет собой исследуемое структурное состояние, были проведены расчеты ГЦК-Fe методами теории функционала электронной плотности [7]. Эти расчеты показали наличие нескольких равновесных состояний, отличающихся величиной магнитного момента, типом магнитной структуры и удельным объемом. Среди них наиболее существенными являются высокоспиновое (HS) ферромагнитное (FM) состояние, с большей энергией и большим объемом на атом, и низкоспиновое (LS) антиферромагнитное (AFM), с меньшей энергией и меньшим объемом на атом. Более последовательные расчеты, учитывающие возможность появления неколлинеарных магнитных структур, моделируемых спиновыми спиралями, также приводят к двум равновесным состояниям: состоянию HS-FM (вектор спиновой спирали q=0) и состоянию, представляющему собой совокупность вырожденных по энергии LS состояний с 0.2<q≤0.5 (q в единицах 2π/а, а - параметр ГЦК решетки Fe, измеряемый в нанометрах, q=0.5 соответствует AFM). Существенной особенностью, установленной в этих расчетах, является то, что равновесному состоянию γ-Fe отвечает не ГЦК, а ГЦТ решетка. Величина тетрагональности с/а зависит от магнитной структуры и колеблется в пределах от 4 до 10%.In order to determine in detail what constitutes the studied structural state, fcc-Fe calculations were carried out using the methods of the theory of the electron density functional [7]. These calculations showed the presence of several equilibrium states that differ in the magnitude of the magnetic moment, type of magnetic structure, and specific volume. Among them, the most significant are the high-spin (HS) ferromagnetic (FM) state, with higher energy and higher volume per atom, and the low-spin (LS) antiferromagnetic (AFM) state, with lower energy and lower volume per atom. More consistent calculations, taking into account the possibility of the appearance of noncollinear magnetic structures modeled by spin helices, also lead to two equilibrium states: the HS-FM state (spin spiral vector q = 0) and the state, which is a set of LS-degenerate states with 0.2 <q≤ 0.5 (q in units of 2π / a, and a is the fcc lattice parameter of Fe, measured in nanometers, q = 0.5 corresponds to AFM). An essential feature established in these calculations is that the fcc lattice corresponds to the equilibrium state of γ-Fe, but the fcc lattice. The magnitude of the tetragonality c / a depends on the magnetic structure and ranges from 4 to 10%.

В настоящее время не вызывает сомнений, что определяющую роль в фазовой стабильности Ре и его сплавов играет магнетизм (см. [8] и [9]). Наличие нескольких магнитных состояний создает предпосылки для возникновения гетерогенности в γ-Fe и является причиной инварного поведения сплавов на его основе [9].At present, there is no doubt that the decisive role in the phase stability of Fe and its alloys is played by magnetism (see [8] and [9]). The presence of several magnetic states creates the prerequisites for the emergence of heterogeneity in γ Fe and is the cause of the invariable behavior of alloys based on it [9].

О возможности формирования ближнего магнитного порядка при температурах, близких к A1 (~1000 К), можно судить на основании проведенной нами оценки обменной энергии, ответственной за формирование ферромагнитного состояния. На фиг.4 приведены результаты расчетов параметра J0, измеряемого в эВ/атом и характеризующего выигрыш в магнитной энергии в результате образования ферро (J0<0) или антиферромагнитного (J0>0) порядка [10]. Видно, что этот выигрыш достигает величины ~1000 К при объеме, близком к экспериментальному (12.2 А3/атом), и тетрагональной деформации около -5% (с/а≈0.95, кривая 3); при этом ГЦК решетка искажается в сторону ОЦК структуры. Таким образом, благодаря выигрышу в магнитной энергии следует ожидать появления тетрагонально искаженных областей с ферромагнитным ближним порядком при температурах, близких к A1.The possibility of the formation of a short-range magnetic order at temperatures close to A 1 (~ 1000 K) can be judged on the basis of our assessment of the exchange energy responsible for the formation of the ferromagnetic state. Figure 4 shows the results of calculations of the parameter J 0 , measured in eV / atom and characterizing the gain in magnetic energy as a result of the formation of ferro (J 0 <0) or antiferromagnetic (J 0 > 0) order [10]. It can be seen that this gain reaches ~ 1000 K with a volume close to the experimental one (12.2 A 3 / atom) and a tetragonal strain of about -5% (s / a≈0.95, curve 3); in this case, the fcc lattice is distorted toward the bcc structure. Thus, due to a gain in magnetic energy, one should expect the appearance of tetragonally distorted regions with a ferromagnetic short-range order at temperatures close to A 1 .

Проведенные нами [11] в рамках теории функционала электронной плотности расчеты для частично упорядоченного магнитного состояния железа методом разупорядоченных магнитных моментов (DLM) показали, что при намагниченности М~0.5Mmax (Mmax - максимальная величина намагниченности, реализуемая в ферромагнитном состоянии) минимум энергии достигается для ГЦТ решетки с величиной тетрагональности с/а≈0.95. Этот результат дает прямое подтверждение выводам, основанным на оценке обменной энергии J0, приведенным выше.Our calculations [11] in the framework of the theory of the electron density functional for the partially ordered magnetic state of iron by the method of disordered magnetic moments (DLM) showed that with magnetization M ~ 0.5M max (M max is the maximum magnetization realized in the ferromagnetic state), the minimum energy is achieved for an MTC lattice with a tetragonality value c / a≈0.95. This result gives direct confirmation of the conclusions based on the assessment of the exchange energy J 0 given above.

Таким образом, благодаря сильной связи решеточных и магнитных степеней свободы в γ-Fe в некотором температурном интервале Т>А3 могут сосуществовать два устойчивых состояния: парамагнитное ГЦК и тетрагонально-искаженное (ГЦТ) с ближним ферромагнитным порядком. Это приводит к особому характеру спин-решеточной динамики, существование которой объясняет наблюдаемое "антиинварное" поведение γ-Fe [9] и играет ключевую роль в зарождении новой фазы при γ-α превращении. Структуру спин-решеточных возбуждений в фиксированный момент времени можно представить состоящей из чередующихся наноразмерных областей ГЦТ и ГЦК решетки.Thus, due to the strong coupling of the lattice and magnetic degrees of freedom in γ-Fe in a certain temperature range T> A 3 , two stable states can coexist: paramagnetic fcc and tetragonally distorted (fcc) with short-range ferromagnetic order. This leads to the special nature of spin-lattice dynamics, the existence of which explains the observed “anti-invariant” behavior of γ-Fe [9] and plays a key role in the nucleation of a new phase during the γ-α transformation. The structure of spin-lattice excitations at a fixed time can be represented as consisting of alternating nanoscale regions of the fcc and fcc lattices.

С целью выяснения роли углерода в формировании исследуемого особого структурного состояния системы Fe-С нами методами теории функционала плотности были проведены расчеты электронной структуры, решеточных и магнитных свойств разбавленного твердого раствора углерода в γ-Fe [12]. Обнаружено сильное влияние углерода на магнитную структуру γ-Fe. Внедрение углерода в междоузельную позицию приводит к локальной магнитной поляризации решетки γ-Fe и сопровождается значительными тетрагональными деформациями, искажающими ГЦК решетку по направлению к ОЦК. При этом изменение энергии обменных взаимодействий оказалось достаточно велико (энергия локального переворота спинов J~1100 К), так что магнитные неоднородности вблизи атомов углерода должны сохраняться до достаточно высоких температур

Figure 00000015
. Наличие тетрагональных искажений вблизи атомов углерода увеличивает взаимодействие между ними, содействуя формированию ближнего порядка в обогащенных углеродом областях. Кроме того, способность углерода вызывать локальную магнитную поляризацию γ-Fe приводит к преимущественному расположению его внутри магнитоупорядоченных областей в переохлажденном аустените γ-Fe-C. В результате углерод оказался тем химическим элементом, который способствует стабилизации (увеличению времени существования) ГЦТ флуктуаций с ближним ферромагнитным порядком и тем самым формированию структурного состояния с квазистатическими смещениями в системе Fe-C; при этом области ГЦТ Fe обогащены углеродом.In order to elucidate the role of carbon in the formation of the special structural state of the Fe – C system under study, we calculated the electronic structure, lattice, and magnetic properties of the diluted carbon solid solution in γ Fe using the density functional theory methods [12]. A strong effect of carbon on the magnetic structure of γ-Fe was found. The introduction of carbon into the interstitial position leads to local magnetic polarization of the γ-Fe lattice and is accompanied by significant tetragonal deformations that distort the fcc lattice towards the bcc. In this case, the change in the energy of the exchange interactions turned out to be quite large (the energy of the local spin flip J ~ 1100 K), so that the magnetic inhomogeneities near the carbon atoms should be preserved to sufficiently high temperatures
Figure 00000015
. The presence of tetragonal distortions near carbon atoms increases the interaction between them, contributing to the formation of short-range order in carbon-enriched regions. In addition, the ability of carbon to cause local magnetic polarization of γ-Fe leads to its predominant location inside magnetically ordered regions in supercooled austenite of γ-Fe-C. As a result, carbon turned out to be the chemical element that contributes to the stabilization (increase in the lifetime) of MTC fluctuations with a short ferromagnetic order and thereby the formation of a structural state with quasistatic displacements in the Fe – C system; in this case, the regions of MCP Fe are enriched in carbon.

Таким образом, на основании экспериментальных фактов, а также результатов проведенных расчетов установлено, что в системе Fe-C при определенных условиях реализуется особое структурное состояние, названное авторами МАРИНИТ. Это состояние характеризуется наличием в матрице ГЦК железа обогащенных углеродом областей квазистатических атомных смещений, переводящих ГЦК в ГЦТ решетку с ближним ферромагнитным порядком, и обедненных углеродом областей, которые могут иметь парамагнитную ГЦК или ферромагнитную ОЦК структуру.Thus, on the basis of experimental facts, as well as the results of the calculations, it was established that, under certain conditions, a special structural state is realized in the Fe-C system, called MARINIT. This state is characterized by the presence in the fcc matrix of iron of carbon-enriched regions of quasistatic atomic displacements that translate the fcc into a fcc lattice with a short ferromagnetic order, and carbon-depleted regions, which may have a paramagnetic fcc or ferromagnetic bcc structure.

Для того чтобы получить дополнительную информацию о том, что представляет собой маринит, были проведены соответствующие эксперименты.In order to obtain additional information about what constitutes marinitis, the corresponding experiments were carried out.

В частности, был осуществлен нагрев образца до температуры 745°C, выдержка 2 мин 55 с и охлаждение в воде цилиндрического образца диаметром 8 мм из стали следующего химического состава (здесь и далее по тексту указаны вес.%): 0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси (режим 1).In particular, the sample was heated to a temperature of 745 ° C, held for 2 min 55 s, and a cylindrical sample with a diameter of 8 mm made of steel of the following chemical composition was cooled in water (hereinafter, wt%): 0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities (mode 1).

В процессе выдержки реализовывалось особое структурное состояние маринит.During the aging process, a special structural state of marinite was realized.

Электронно-микроскопическое исследование структуры образцов после охлаждения было проведено в Институте физики металлов (г.Екатеринбург) на просвечивающем электронном микроскопе JEM 200СХ.An electron microscopic study of the structure of the samples after cooling was carried out at the Institute of Metal Physics (Yekaterinburg) using a JEM 200CX transmission electron microscope.

Микроструктура стали после такой обработки показана на фиг.5 и характеризуется хорошо организованными колониями мартенситных пластин, каждая из которых содержит множество параллельных микродвойников (фиг.5а). При этом на всем видимом поле присутствует характерный пятнистый (так называемый "твидовый") контраст (фиг.5б), который можно трактовать как результат рассеяния электронов на дисперсных выделениях размером 2-5 нм. Такие выделения могут представлять собой кластеры, обогащенные углеродом, или мелкие выделения карбидов.The microstructure of the steel after such processing is shown in Fig. 5 and is characterized by well-organized colonies of martensitic plates, each of which contains many parallel microtwins (Fig. 5a). At the same time, a characteristic spotted (so-called "tweed") contrast is present in the entire visible field (Fig. 5b), which can be interpreted as the result of electron scattering on dispersed precipitates 2-5 nm in size. Such precipitates may be carbon-rich clusters or small carbide precipitates.

Рентгенографические исследования этого же образца, проведенные в Институте физики металлов (г.Екатеринбург) на рентгеновском дифрактометре ДРОН-1УМ в Fe Kα излучении, выявили необычную особенность рентгеновских линий (фиг.6), проявляющуюся в нарушении стандартного соотношения 1:2 интенсивностей пиков дублета (110), предписываемого геометрией тетрагональной решетки мартенсита [13]. Выполнение такого соотношения хорошо видно из разложения интенсивности рентгеновской линии на суперпозицию лоренцевых пиков для образца, закаленного от Т=1100°C (фиг.6а). Для объяснения соотношения интенсивностей (близкого к 1:1), наблюдаемого в образцах, закаленных от 745°C, необходимо допустить наличие областей кубической фазы наряду с тетрагональной. Механизм формирования рентгенографической картины в этом случае иллюстрируется фиг.6б, из которой видно, что 40% объемной доли кубической фазы приводит к соотношению пиков, близкому к 1:1.X-ray diffraction studies of the same sample, carried out at the Institute of Metal Physics (Yekaterinburg) on a DRON-1UM X-ray diffractometer in Fe K α radiation, revealed an unusual feature of the X-ray lines (Fig. 6), which manifests itself in a violation of the standard 1: 2 ratio of doublet peak intensities (110) prescribed by the geometry of the tetragonal lattice of martensite [13]. The fulfillment of this ratio is clearly seen from the decomposition of the X-ray line intensity into a superposition of Lorentzian peaks for the sample quenched from T = 1100 ° C (Fig. 6a). To explain the intensity ratio (close to 1: 1) observed in samples quenched from 745 ° C, it is necessary to admit the presence of regions of the cubic phase along with the tetragonal phase. The mechanism of the formation of the x-ray pattern in this case is illustrated in Fig.6b, from which it is seen that 40% of the volume fraction of the cubic phase leads to a peak ratio close to 1: 1.

Нейтронографическим исследованиям подвергались образцы стали состава: 0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси, после обработки по режиму, который заключался в нагреве в печи до 1005°С, охлаждении на воздухе до 700°C, деформации кручением в пластометре торсионного типа (относительная деформация поверхностного слоя ε=0,12, скорость деформации ξ=0,2 с-1), охлаждении в селитре (443°С) в течение 3 с и последующем охлаждении в воде; и образцы того же химического состава с мартенситной структурой, полученные путем прямой закалки из аустенитной области. Нейтронографический эксперимент проводился на стационарном исследовательском атомном реакторе ИВВ-2М Белоярской АЭС на нейтронном дифрактометре высокого углового разрешения. Определение фазового состава и уточнение структурных параметров фаз было выполнено методом полнопрофильного анализа Ритвельда [6].Samples of steel composition were subjected to neutron diffraction studies: 0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest of Fe and uncontrolled impurities, after treatment according to the regime that consisted of heating in a furnace to 1005 ° C, cooling in air to 700 ° C, torsion strain in a torsion-type plastometer (relative deformation of the surface layer ε = 0.12, strain rate ξ = 0.2 s -1 ), cooling in nitrate (443 ° С) for 3 s and subsequent cooling in water; and samples of the same chemical composition with a martensitic structure obtained by direct quenching from the austenitic region. The neutron diffraction experiment was carried out at the IVV-2M stationary research nuclear reactor at the Beloyarsk NPP using a high angular resolution neutron diffractometer. Determination of the phase composition and refinement of the structural parameters of the phases was carried out by the method of full-profile Rietveld analysis [6].

В результате установлено, что степень тетрагональности решетки образцов, в ходе термообработки которых реализовывался маринит, составила ~0,5%, в то время как тетрагональность решетки мартенсита того же химического состава составляет ~2%.As a result, it was found that the degree of tetragonality of the lattice of the samples during which marinite was heat treated was ~ 0.5%, while the tetragonality of the martensite lattice of the same chemical composition was ~ 2%.

Полученные данные подтверждают выводы, сделанные на основе результатов рентгенографического эксперимента, и свидетельствуют об аномально низкой степени тетрагональности решетки в структуре, формирующейся при быстром охлаждении маринита.The data obtained confirm the conclusions made on the basis of the results of the X-ray experiment, and indicate an abnormally low degree of tetragonality of the lattice in the structure that forms when the marinite is rapidly cooled.

В другом опыте проводили нагрев образца той же формы и того же химического состава до температуры 1010°С, охлаждение в расплаве солей состава 41% KCl, 37% NaCl, 22% BaCl до температуры 745°С и последующее охлаждение в воде (режим 2). В ходе указанной термообработки при охлаждении в расплаве солей реализовывалось структурное состояние маринит.In another experiment, a sample of the same form and the same chemical composition was heated to a temperature of 1010 ° C, molten salts were cooled in a composition of 41% KCl, 37% NaCl, 22% BaCl to a temperature of 745 ° C and then cooled in water (mode 2) . During the indicated heat treatment during cooling in the molten salt, the structural state of marinite was realized.

Анализ фазового состава термообработанных по режимам 1 и 2 образцов был проведен методами сканирующей электронной микроскопии (SEM) и электронной дифракции при отражении от поверхности на большие углы (EBSD). Типичные SEM изображения структуры травленой поверхности этих образцов показаны на фиг.7 и 8 соответственно. Изображения на фиг.7 и 8 морфологически подобны и топологически однозначно интерпретируются как проекция сформировавшегося в результате травления сложного рельефа, состоящего из элементов развитой поверхности с преимущественно осевой направленностью и вытравленных пустот. Сопоставление результатов SEM и EBSD анализа для указанных образцов позволяет заключить, что элементы развитой поверхности представляют собой карбид железа, предположительно состава Fe4C0.63, а объемы образовавшихся после травления пустот были заполнены ОЦК Fe. Поскольку такая структура получена путем закалки маринита, можно заключить, что карбиды железа образуются из обогащенных углеродом областей, а обедненные углеродом области при закалке переходят в ОЦТ Fe с аномально низкой тетрагональностью.An analysis of the phase composition of the samples heat treated according to regimes 1 and 2 was carried out by scanning electron microscopy (SEM) and electron diffraction methods at large angles of reflection from the surface (EBSD). Typical SEM images of the etched surface structure of these samples are shown in FIGS. 7 and 8, respectively. The images in Figs. 7 and 8 are morphologically similar and topologically unambiguously interpreted as the projection of a complex relief formed as a result of etching, consisting of elements of a developed surface with a predominantly axial orientation and etched voids. A comparison of the results of SEM and EBSD analysis for these samples allows us to conclude that the elements of the developed surface are iron carbide, presumably Fe 4 C 0.63 , and the volumes of voids formed after etching were filled with bcc Fe. Since such a structure was obtained by quenching of marinite, it can be concluded that iron carbides are formed from carbon-enriched regions, while carbon-depleted regions, when quenched, go into bcc Fe with an anomalously low tetragonality.

Таким образом, при сопоставлении вышеуказанных результатов можно утверждать, что подходящий выбор режимов изменения температуры позволяет реализовать маринит, охлаждение которого приводит к образованию структуры, содержащей ОЦТ области с аномально низкой тетрагональностью, которую в дальнейшем мы называем «закаленным маринитом» или «РУТИТОМ».Thus, when comparing the above results, it can be argued that a suitable choice of temperature changes allows the implementation of marinite, the cooling of which leads to the formation of a structure containing a bct region with anomalously low tetragonality, which we will call “hardened marinite” or “RUTITE” in the future.

Для того чтобы выяснить, как изменяется кинетика перлитного превращения, в случае если оно протекает из реализованного ранее структурного состояния маринита, были проведены следующие эксперименты.In order to find out how the kinetics of pearlite transformation changes if it proceeds from the previously realized structural state of marinite, the following experiments were carried out.

Осуществляли нагрев до температуры 1005°С, охлаждение на воздухе до температуры 745°С, последующее охлаждение в расплаве селитры с температурой 443°C в течение 10 с и последующее охлаждение в воде. В этом режиме в образце из реализованного в процессе охлаждения структурного состояния маринита формируется сорбитная структура, объемная доля которой близка к 100% (фиг.9).Heated to a temperature of 1005 ° C, cooled in air to a temperature of 745 ° C, followed by cooling in a molten saltpeter with a temperature of 443 ° C for 10 s and subsequent cooling in water. In this mode, a sorbitol structure is formed in the sample from the structural state of marinite realized during cooling, the volume fraction of which is close to 100% (Fig. 9).

Проводились также эксперименты по нагреву образцов до температуры 745°C с выдержкой 3 мин, дальнейшем охлаждением в расплаве селитры с температурой 443°С в течение 10 с и последующим охлаждением в воде. В этом режиме в образце из реализованного путем нагрева структурного состояния маринита также формируется сорбитная структура (фиг.10).Also, experiments were carried out on heating the samples to a temperature of 745 ° C with a holding time of 3 min, further cooling in a molten saltpeter with a temperature of 443 ° C for 10 s, and subsequent cooling in water. In this mode, a sorbitol structure is also formed in the sample from the structural state of marinite realized by heating (Fig. 10).

Как в том, так и в другом эксперименте время сорбитизации образцов составило около 10 с. Время сорбитизации катанки такого же диаметра в применяемых в настоящее время технологиях составляет 20-60 с [14, 15]. Таким образом, реализация маринита позволяет ускорить процесс формирования сорбитной структуры.Both in that and in another experiment, the time of sorbitization of the samples was about 10 s. The time of sorbitization of a wire rod of the same diameter in the currently used technologies is 20-60 s [14, 15]. Thus, the implementation of marinite accelerates the formation of a sorbitol structure.

Таким образом, имеется целый ряд экспериментальных свидетельств существования особого структурного состояния (маринита) в системе Fe-C [16]. Образование маринита приводит к наблюдаемым особенностям в температурной зависимости теплового расширения и магнитной восприимчивости, а закалка образцов из маринитного состояния приводит к образованию рутита.Thus, there is a whole series of experimental evidence of the existence of a special structural state (marinite) in the Fe – C system [16]. The formation of marinite leads to observed features in the temperature dependence of thermal expansion and magnetic susceptibility, and quenching of samples from the marinite state leads to the formation of rutite.

Температурная зависимость магнитной восприимчивости и теплового расширения (фиг.16 и 2) указывает, что γ-α превращению при охлаждении предшествует формирование магнитоупорядоченных наноразмерных областей. В процессе охлаждения в интервале температур A1<T<TC объемная доля таких областей растет и при Т~A1 эти области объединяются, приводя в конечном счете к образованию α-фазы.The temperature dependence of the magnetic susceptibility and thermal expansion (Fig. 16 and 2) indicates that the γ-α transformation upon cooling is preceded by the formation of magnetically ordered nanoscale regions. During cooling, in the temperature range A 1 <T <T C, the volume fraction of such regions grows and at T ~ A 1 these regions combine, leading ultimately to the formation of the α phase.

Как показали проведенные расчеты, углерод способствует стабилизации ГЦТ флуктуации с ближним магнитным порядком и тем самым образованию структурного состояния с квазистатическими смещениями в системе Fe-C. Формирование ближнего магнитного порядка приводит к заметному снижению упругого модуля C' и понижению устойчивости решетки относительно ГЦК-ОЦК превращения. Поэтому при значительном переохлаждении маринита превращение будет развиваться по сдвиговому механизму путем потери устойчивости каркасом «мягких» магнитоупорядоченных областей. В результате формируется необычная структура (закаленный маринит - рутит), содержащая α-Fe с аномально низкой тетрагональностью и области, обогащенные углеродом, или дисперсные выделения карбидов. По сравнению с верхним и нижним бейнитом, а также зернистым и пластинчатым перлитом того же химического состава, указанное структурное состояние отличается более высокой прочностью и твердостью, а по сравнению с мартенситом - повышенной пластичностью.As the calculations showed, carbon contributes to the stabilization of fct fluctuations with short-range magnetic order and thereby the formation of a structural state with quasistatic displacements in the Fe – C system. The formation of short-range magnetic order leads to a noticeable decrease in the elastic modulus C 'and a decrease in the lattice stability with respect to the fcc-bcc transformation. Therefore, with significant overcooling of marinite, the transformation will develop by the shear mechanism by loss of stability by the skeleton of “soft” magnetically ordered regions. As a result, an unusual structure is formed (hardened marinite - rutite) containing α-Fe with abnormally low tetragonality and regions enriched in carbon, or dispersed precipitates of carbides. Compared with upper and lower bainite, as well as granular and lamellar perlite of the same chemical composition, the indicated structural state is characterized by higher strength and hardness, and compared with martensite - increased ductility.

Если охлаждение маринита осуществляется с меньшей скоростью, ведущим процессом будет распад аустенита по углероду. В результате превращение будет протекать по перлитному механизму и в зависимости от режима охлаждения приведет к образованию либо пластинчатого, либо зернистого перлита.If the cooling of marinite is carried out at a lower rate, the leading process will be the decomposition of austenite into carbon. As a result, the transformation will proceed according to the pearlite mechanism and, depending on the cooling mode, will lead to the formation of either lamellar or granular perlite.

Таким образом, реализация маринита позволяет далее получать, в зависимости от режимов его охлаждения, либо структурное состояние, названное авторами рутитом, отличающееся от мартенсита и бейнита сочетанием высоких эксплуатационных характеристик (трещиностойкость, пластичность, твердость, прочность), либо феррито-цементитные структуры (например, перлит различной степени дисперсности) за технологически более короткие времена.Thus, the implementation of marinite allows one to further obtain, depending on the modes of its cooling, either a structural state called rutite by the authors, which differs from martensite and bainite by a combination of high performance characteristics (crack resistance, ductility, hardness, strength), or ferrite-cementite structures (for example perlite of varying degrees of dispersion) for technologically shorter times.

Процесс реализации маринита можно осуществить либо при охлаждении аустенита, либо при нагреве структуры, фазовый состав которой представлен ферритом и карбидами железа. Этим и объясняется применение двух способов термообработки.The process of implementing marinite can be carried out either by cooling austenite, or by heating a structure whose phase composition is represented by ferrite and iron carbides. This explains the application of two methods of heat treatment.

Общим признаком для заявленных способов термообработки изделий из сплавов с содержанием углерода до 4.3% по массе является обеспечение условий, необходимых для формирования маринита, и последующее его охлаждение.A common feature for the claimed methods of heat treatment of products from alloys with a carbon content of up to 4.3% by weight is to provide the conditions necessary for the formation of marinite, and its subsequent cooling.

Первый способ можно характеризовать как термическую обработку изделия из сплава путем получения маринита при охлаждении из аустенитной области и формирование требуемого структурного состояния, содержащего заданные доли перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур в процессе последующего охлаждения.The first method can be characterized as the heat treatment of an alloy product by obtaining marinite upon cooling from the austenitic region and the formation of the required structural state containing specified fractions of perlite of varying degrees of dispersion and / or quenching structures during subsequent cooling.

В этом случае нагрев сплава производят с созданием условий, обеспечивающих формирование аустенита для последующей реализации маринита и дальнейших фазовых превращений, в результате которых будет получено требуемое структурное состояние сплава, для чего подбирают или рассчитывают соответствующие режимы снижения температуры.In this case, the alloy is heated to create conditions that ensure the formation of austenite for the subsequent realization of marinite and further phase transformations, as a result of which the required structural state of the alloy will be obtained, for which the appropriate temperature reduction modes are selected or calculated.

Как следует из проведенных экспериментов, необходимым условием формирования маринита из аустенита является наличие областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному. При этом чем больше объемная доля этих областей, тем большая доля маринита может быть реализована.As follows from the experiments, the necessary condition for the formation of marinite from austenite is the presence of austenite regions with a chemical composition close to eutectoid. Moreover, the larger the volume fraction of these areas, the greater the proportion of marinite can be realized.

Реализация маринита необходима для обеспечения условий формирования заданного структурного состояния: перлита различной степени дисперсности (за короткие технологические времена) и/или закалочных структур.The implementation of marinite is necessary to ensure the conditions for the formation of a given structural state: perlite of varying degrees of dispersion (for short technological times) and / or quenching structures.

Поскольку, как установлено экспериментально, рутит обладает уникальным сочетанием свойств (твердость, прочность, пластичность, трещиностойкость), то получаемые в результате термической обработки изделия будут обладать комплексом потребительских свойств, труднодостижимым традиционными методами.Since, as experimentally established, rutite has a unique combination of properties (hardness, strength, ductility, fracture toughness), the products obtained as a result of heat treatment will have a set of consumer properties that are difficult to reach with traditional methods.

Дальнейшее после реализации маринита охлаждение изделия из сплава на основе железа с содержанием углерода до 4,3% по массе осуществляется по режимам, обеспечивающим формирование заданных долей перлита, рутита и закалочных структур.Further after the implementation of marinite, the cooling of an iron-based alloy product with a carbon content of up to 4.3% by weight is carried out according to the regimes that ensure the formation of specified fractions of perlite, rutite and hardening structures.

Диапазон концентрации углерода в сплаве до 4,3% по массе обусловлен тем, что для реализации маринита необходимо обеспечить наличие объемов сплава, в которых концентрация углерода близка к эвтектоидной. Как в сплавах с концентрацией углерода меньше эвтектоидной, так и в сплавах с концентрацией больше эвтектоидной варьированием температуры можно реализовать условия, при которых в некоторых микрообъемах достигается концентрация углерода, близкая к эвтектоидной. Увеличение концентрации углерода до значений, превышающих 4,3% по массе, нецелесообразно, поскольку в этом случае эвтектоидная концентрация достигается в микрообъемах, расположенных внутри ледебурита.The range of carbon concentration in the alloy up to 4.3% by weight is due to the fact that for the implementation of marinite it is necessary to ensure the presence of alloy volumes in which the carbon concentration is close to eutectoid. As in alloys with a carbon concentration less than eutectoid, so in alloys with a concentration higher than eutectoid, by varying the temperature, conditions can be realized under which a carbon concentration close to eutectoid is achieved in some microvolumes. An increase in carbon concentration to values exceeding 4.3% by mass is not practical, since in this case the eutectoid concentration is achieved in microvolumes located inside the ledeburite.

Помимо углерода в сплаве могут присутствовать и другие химические элементы как в виде легирующих добавок, так и в виде неконтролируемых примесей, при этом их концентрации должны находиться в пределах, допускающих при нагреве изделия из сплава формирование в нем объемов аустенита, таковых, что при определенных режимах охлаждения реализуются условия эвтектоидного распада.In addition to carbon, other chemical elements may be present in the alloy both in the form of dopants and in the form of uncontrolled impurities, while their concentrations should be within the limits that allow the formation of austenite volumes in it when heating an alloy product, such that under certain conditions cooling conditions of eutectoid decay are realized.

Часто на практике заданное структурное состояние формируется с достижением регламентируемого соотношения объемных долей заданных структурных составляющих (перлита, рутита и закалочных структур). Исходя из этого, целесообразно задавать долю областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, достаточную для реализации заданной доли маринита, необходимой для формирования требуемого структурного состояния.Often, in practice, a given structural state is formed with the achievement of a regulated ratio of volume fractions of given structural components (perlite, rutite, and quenching structures). Based on this, it is advisable to set the fraction of austenite regions with a chemical composition close to eutectoid, sufficient to realize the given fraction of marinite, necessary for the formation of the required structural state.

Режимы, обеспечивающие формирование заданной доли маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, в ряде случаев невозможно определить, опираясь на литературные данные, поэтому целесообразно определять их расчетно или экспериментально.The regimes that ensure the formation of a given fraction of marinite from austenite regions with a chemical composition close to eutectoid can in some cases be impossible to determine based on published data; therefore, it is advisable to determine them by calculation or experimentally.

Режимы нагрева и охлаждения, которые обеспечат получение маринита из аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, можно определить расчетным путем. Например, с использованием уравнений, приведенных в п.5 формулы изобретения.The modes of heating and cooling, which will ensure the production of marinite from austenite with a chemical composition close to eutectoid, can be determined by calculation. For example, using the equations given in paragraph 5 of the claims.

На практике целесообразно дополнять расчетные методы определения режимов, обеспечивающих получение маринита из аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, экспериментальными, например, проводя закалку образцов от фиксированных температур при различном времени выдержки при них. При этом в эксперименте можно использовать как образцы, химический состав которых тождественен химическому составу сплава изделия, так и образцы, в которых легирующие примесные элементы присутствуют в той же концентрации, а концентрация углерода соответствует эвтектоидной.In practice, it is advisable to supplement the calculation methods for determining the regimes that ensure the production of marinite from austenite with a chemical composition close to eutectoid, experimental, for example, by hardening the samples from fixed temperatures at different exposure times with them. In this experiment, you can use both samples whose chemical composition is identical to the chemical composition of the product alloy, and samples in which alloying impurity elements are present in the same concentration and the carbon concentration is eutectoid.

Факт существования маринита устанавливают по наличию в закаленном образце рутита.The fact of the existence of marinite is established by the presence of rutite in the quenched sample.

При этом наличие рутита целесообразно устанавливать, используя дифракционные методы как наиболее достоверные. Например, дифракцию обратно рассеянных электронов, малоугловое рассеяние нейтронов, рентгеновскую дифракцию.At the same time, it is advisable to establish the presence of rutite using diffraction methods as the most reliable. For example, diffraction of backscattered electrons, small-angle neutron scattering, x-ray diffraction.

После реализации маринита необходимо дальнейшее охлаждение изделия из сплава для получения заданного структурного состояния, содержащего заданные доли перлита и/или рутита. Для этого осуществляется соответствующий подбор режимов охлаждения. Определить режим охлаждения, приводящий к образованию заданного структурного состояния, можно экспериментальным или расчетным путем. При этом экспериментальный метод включает закалку образцов и последующее определение объемной доли перлита.After the implementation of marinite, further cooling of the alloy product is necessary to obtain a given structural state containing specified fractions of perlite and / or rutite. For this, an appropriate selection of cooling modes is carried out. It is possible to determine the cooling regime leading to the formation of a given structural state experimentally or by calculation. In this case, the experimental method includes quenching of the samples and subsequent determination of the volume fraction of perlite.

В частных случаях реализации способа для определения режима охлаждения используется расчетный путь с применением математической модели, приведенной в п.9 формулы изобретения, которая после определения термокинетических констант для модельного образца позволяет произвести расчет режимов охлаждения изделий произвольной формы в различных охлаждающих средах.In particular cases of implementing the method, the calculation method is used to determine the cooling mode using the mathematical model given in paragraph 9 of the claims, which, after determining the thermokinetic constants for the model sample, allows the calculation of the cooling modes of products of arbitrary shape in various cooling media.

В частных случаях реализации после формирования требуемой доли маринита охлаждение осуществляется по режимам, не включающим закалку до формирования задаваемых долей фаз феррита и карбидов железа в заданном структурном состоянии. Обработка по данной схеме позволяет ускорить формирование сорбитной структуры (например, для прутка диаметром 8 мм из стали с составом, близким к эвтектоидному (0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси), нагретого до температуры 1005°С и охлажденного на воздухе до 745°С, время формирования сорбитной структуры при дальнейшем охлаждении в расплаве селитры с температурой 443°С составляет 10 с).In special cases of implementation, after the formation of the required fraction of marinite, the cooling is carried out according to the regimes that do not include quenching until the formation of the specified fractions of the phases of ferrite and iron carbides in a given structural state. Processing according to this scheme allows one to accelerate the formation of a sorbitol structure (for example, for a bar with a diameter of 8 mm made of steel with a composition close to eutectoid (0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities), heated to a temperature of 1005 ° C and cooled in air to 745 ° C, formation time sorbitol structure upon further cooling in a saltpeter melt with a temperature of 443 ° C is 10 s).

Осуществление охлаждения изделия из сплава со скоростями, достаточными для подавления диффузионных превращений после формирования заданной доли перлита, позволяет сформировать заданные доли рутита и закалочных структур.The cooling of the alloy product with speeds sufficient to suppress diffusion transformations after the formation of a given fraction of perlite, allows you to form the specified fraction of rutite and quenching structures.

В ряде случаев целесообразно осуществлять охлаждение изделия из сплава одним или несколькими импульсами, например, при производстве длинномерного проката и проволоки. Однако в этом случае возникает опасность образования закалочных структур в поверхностном слое. Избежать их образования можно путем чередования импульсов охлаждения с паузами, во время которых температура поверхностного слоя будет возрастать за счет передачи тепла от внутренних слоев изделия из сплава внешним, в результате чего либо произойдет исчезновение закалочных структур в поверхностном слое, либо их формирование будет предотвращено.In some cases, it is advisable to cool the alloy product with one or more pulses, for example, in the production of long products and wire. However, in this case there is a danger of the formation of quenching structures in the surface layer. Their formation can be avoided by alternating cooling pulses with pauses, during which the temperature of the surface layer will increase due to heat transfer from the inner layers of the alloy product to the external, as a result of which the quenching structures disappear in the surface layer or their formation is prevented.

В частных случаях, процесс охлаждения организуют так, что импульсы чередуют с паузами, длительность которых назначают достаточной для заданного снижения разности температур между максимальными и минимальными значениями по сечению изделия из сплава для того, чтобы снизить внутренние термические напряжения.In special cases, the cooling process is organized so that the pulses alternate with pauses, the duration of which is assigned sufficient for a given reduction in the temperature difference between the maximum and minimum values over the cross section of the alloy product in order to reduce internal thermal stresses.

В частных случаях реализации способа длительность каждого из импульсов охлаждения назначают так, чтобы они не приводили к образованию закалочных структур в заданном структурном состоянии. Это условие необходимо соблюдать, поскольку при снижении температуры могут быть сформированы и такие импульсы охлаждения, что теплоты центральных слоев изделия может оказаться недостаточно для ликвидации образовавшихся закалочных структур в поверхностном слое.In particular cases of implementing the method, the duration of each of the cooling pulses is assigned so that they do not lead to the formation of quenching structures in a given structural state. This condition must be observed, since with a decrease in temperature such cooling pulses can be formed that the heat of the central layers of the product may not be enough to eliminate the formed quenching structures in the surface layer.

В частных случаях реализации целесообразно выполнять охлаждение таким образом, чтобы один из импульсов обеспечивал максимальное снижение температуры поверхности изделия из сплава без образования закалочных структур. Это необходимо для того, чтобы, как показали эксперименты, ускорить кинетику формирования перлита. Например, если после нагрева до температуры 1005°C и охлаждения на воздухе до 745°С дальнейшему охлаждению в расплаве селитры с температурой 443°С предшествует водяное охлаждение однократным импульсом длительностью 0,2 с, формирование сорбитной структуры происходит за меньшие времена и для прутка диаметром 8 мм из стали с составом, близким к эвтектоидному (0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси), составляет 4 с.In particular cases of implementation, it is advisable to perform cooling in such a way that one of the pulses provides the maximum decrease in the surface temperature of the alloy product without the formation of quenching structures. This is necessary in order to, as experiments have shown, accelerate the kinetics of perlite formation. For example, if after heating to a temperature of 1005 ° C and cooling in air to 745 ° C, further cooling in a molten saltpeter with a temperature of 443 ° C is preceded by water cooling with a single pulse of 0.2 s duration, the formation of a sorbitol structure occurs in less time for a bar with a diameter 8 mm steel with a composition close to eutectoid (0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0 , 0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities), is 4 s.

В ряде случаев целесообразно после формирования в сплаве заданной доли аустенита, достаточной для получения в заданном структурном состоянии заданных долей перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур, снижение температуры, требуемое для реализации маринита, осуществлять импульсами охлаждения.In some cases, it is advisable after the formation in the alloy of a given fraction of austenite sufficient to obtain in a given structural state the specified fractions of perlite of varying degrees of dispersion and / or quenching structures, the temperature reduction required for the implementation of marinite should be carried out by cooling pulses.

В тех случаях, когда отсутствует технологическая необходимость продолжения импульсного охлаждения, после достижения в сплаве долей фаз феррита и карбидов железа, обеспечивающих в дальнейшем получение их заданного содержания в конечном структурном состоянии, импульсное охлаждение прекращают, переходя к монотонному охлаждению и/или изотермической выдержке.In those cases where there is no technological need to continue pulsed cooling, after reaching the fractions of the phases of ferrite and iron carbides in the alloy, which subsequently provide their specified content in the final structural state, pulsed cooling is stopped, proceeding to monotonic cooling and / or isothermal aging.

Кинетику формирования маринита и последующего формирования перлита можно ускорить, если после нагрева сплава до температур, обеспечивающих формирование в нем требуемой доли аустенита, сплав подвергают пластической деформации. При этом пластическую деформацию можно осуществлять в широком температурном интервале, но более эффективный результат достигается, если сплав подвергнуть пластической деформации при температуре tKфер±50°C, где tKфер - температура точки Кюри феррита, °C (например, как показали опыты, если перед охлаждением в расплаве селитры с температурой 443°C деформировать образец в пластометре торсионного типа при величине относительной деформации поверхностного слоя 23% и скорости деформации 0,2 с-1 при температуре 745°С, то время формирования сорбитной структуры существенно сокращается). Например, для прутка диаметром 8 мм из стали с составом, близким к эвтектоидному (0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси), время формирования сорбитной структуры при обработке по данной схеме составляет 3 с.The kinetics of the formation of marinite and the subsequent formation of perlite can be accelerated if, after heating the alloy to temperatures ensuring the formation of the required fraction of austenite in it, the alloy is subjected to plastic deformation. In this case, plastic deformation can be carried out in a wide temperature range, but a more effective result is achieved if the alloy is subjected to plastic deformation at a temperature t Kfer ± 50 ° C, where t Kfer is the temperature of the Curie point of ferrite, ° C (for example, as shown by experiments, if before cooling the melt of ammonium nitrate at a temperature 443 ° C to deform the sample a torsion type rheometer at a value of the relative deformation of the surface layer of 23% and a strain rate of 0.2 s -1 at a temperature of 745 ° C, while the formation of sorbitol with ruktury significantly reduced). For example, for a bar with a diameter of 8 mm made of steel with a composition close to eutectoid (0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0, 08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities), the formation time of the sorbitol structure during processing according to this scheme is 3 s.

Наибольшее ускорение формирования маринита и последующего формирования перлита достигается при комбинировании ускоряющих эффектов импульсного охлаждения и пластического деформирования в одной технологической схеме. Например, если после нагрева до температуры 1005°С и охлаждения на воздухе до 745°C осуществить деформацию образца цилиндрической формы диаметром 8 мм из стали с составом, близким к эвтектоидному (0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси), в пластометре торсионного типа при величине относительной деформации поверхностного слоя 23% и скорости деформации 0,2 с-1 при температуре деформирования 745°C, далее подвергнуть образец водяному охлаждению однократным импульсом длительностью 0,2 с и затем поместить его в расплав селитры с температурой 443°С, то время формирования сорбитной структуры составляет 1 с.The greatest acceleration of the formation of marinite and the subsequent formation of perlite is achieved by combining the accelerating effects of pulsed cooling and plastic deformation in one technological scheme. For example, if, after heating to a temperature of 1005 ° C and cooling in air to 745 ° C, a sample of a cylindrical shape with a diameter of 8 mm is made of steel with a composition close to eutectoid (0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S ; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities), in a torsion-type plastometer with a relative strain the surface layer of 23% and a strain rate of 0.2 s -1 at a temperature of deformation 745 ° C, further subjected to water cooling by a single sample pulse of duration 0.2 seconds and then placed be it in the nitrate melt with a temperature of 443 ° C, while the formation of sorbitol is 1 with the structure.

Экспериментально установлено, что воздействие на сплав постоянным или импульсным магнитным полем в процессе исчезновения аустенита и реализации маринита также позволяет сократить время термической обработки сплава. Маринит характеризуется наличием развитого ближнего магнитного порядка. Поэтому наложение внешнего магнитного поля будет стимулировать его образование.It has been experimentally established that exposure to the alloy with a constant or pulsed magnetic field during the disappearance of austenite and the implementation of marinite also reduces the heat treatment time of the alloy. Marinite is characterized by the presence of a developed short-range magnetic order. Therefore, the application of an external magnetic field will stimulate its formation.

Во всех способах для охлаждения используют преимущественно воду или водосодержащие среды. В принципе, охлаждение можно осуществлять любыми средами из числа известных, применяемых в металлургических процессах (вода, масла, воздух, различные эмульсии, расплавы солей). Однако поскольку при реализации некоторых операций необходимо осуществлять охлаждение с большими скоростями, то целесообразно использовать среды с высокой теплоемкостью, к числу которых относятся вода, растворы и эмульсии на ее основе.In all methods, mainly water or aqueous media are used for cooling. In principle, cooling can be carried out by any of the known media used in metallurgical processes (water, oils, air, various emulsions, salt melts). However, since some operations require cooling at high speeds, it is advisable to use media with high heat capacity, which include water, solutions and emulsions based on it.

Второй способ можно характеризовать как термическую обработку изделия из сплава путем получения маринита при нагреве и формирование требуемого структурного состояния, содержащего заданные доли перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур в процессе последующего охлаждения.The second method can be characterized as the heat treatment of an alloy product by obtaining marinite during heating and the formation of the desired structural state containing predetermined perlite fractions of varying degrees of dispersion and / or quenching structures during subsequent cooling.

Способ, изложенный в п.22 формулы изобретения, целесообразно применять, когда отсутствуют технологические требования к обеспечению высоких температур нагрева (теплое волочение, ковка, теплая высадка, теплое прессование).The method described in paragraph 22 of the claims, it is advisable to apply when there are no technological requirements to ensure high heating temperatures (heat drawing, forging, warm upsetting, warm pressing).

Как показали эксперименты, для формирования маринита в сплаве при его нагреве от комнатной температуры необходимым условием является наличие объемов (областей), в которых содержание углерода, с учетом присутствия в этих объемах атомов других химических элементов, близка к эвтектоидной. Таким образом, в зависимости от структурного состояния сплава маринит будет образовываться либо при растворении цементита перлитных колоний, либо в объемах, содержащих достаточное число карбидов, либо в объемах закалочных структур соответствующего химического состава.As experiments have shown, for the formation of marinite in the alloy when it is heated from room temperature, a necessary condition is the presence of volumes (regions) in which the carbon content, taking into account the presence of other chemical elements in these volumes, is close to eutectoid. Thus, depending on the structural state of the alloy, marinite will form either during the dissolution of cementite of pearlite colonies, or in volumes containing a sufficient number of carbides, or in volumes of quenching structures of the corresponding chemical composition.

Реализация маринита необходима для обеспечения условий формирования в заданном структурном состоянии заданных долей перлита различной степени дисперсности (за короткие технологические времена) и/или закалочных структур.The implementation of marinite is necessary to ensure the conditions for the formation in a given structural state of specified perlite fractions of varying degrees of dispersion (for short technological times) and / or quenching structures.

Поскольку, как установлено экспериментально, рутит обладает уникальным сочетанием свойств (твердость, прочность, пластичность, трещиностойкость), то получаемые в результате термической обработки изделия будут обладать комплексом потребительских свойств, труднодостижимым традиционными методами.Since, as experimentally established, rutite has a unique combination of properties (hardness, strength, ductility, fracture toughness), the products obtained as a result of heat treatment will have a set of consumer properties that are difficult to reach with traditional methods.

Дальнейшее после реализации маринита охлаждение изделия из сплава на основе железа с содержанием углерода до 4,3% по массе осуществляется по режимам, обеспечивающим формирование заданных долей перлита, рутита и закалочных структур.Further after the implementation of marinite, the cooling of an iron-based alloy product with a carbon content of up to 4.3% by weight is carried out according to the regimes that ensure the formation of specified fractions of perlite, rutite and hardening structures.

Диапазон концентрации углерода в сплаве до 4,3% по массе обусловлен тем, что для реализации маринита необходимо обеспечить наличие объемов сплава с содержанием углерода, близким к эвтектоидному. Как в сплавах с концентрацией углерода меньше эвтектоидной, так и в сплавах с концентрацией больше эвтектоидной варьированием температуры можно реализовать условия, при которых для некоторых объемов сплава это условие выполняется. Увеличение концентрации углерода до значений, превышающих 4,3% по массе, нецелесообразно, поскольку в этом случае эвтектоидная концентрация достигается в микрообъемах, расположенных внутри ледебурита.The range of carbon concentration in the alloy up to 4.3% by weight is due to the fact that for the implementation of marinite it is necessary to ensure the presence of alloy volumes with a carbon content close to eutectoid. As in alloys with a carbon concentration less than eutectoid, in alloys with a concentration higher than eutectoid, by varying the temperature, conditions can be realized under which this condition is satisfied for some volumes of the alloy. An increase in carbon concentration to values exceeding 4.3% by mass is not practical, since in this case the eutectoid concentration is achieved in microvolumes located inside the ledeburite.

Помимо углерода в составе сплава могут присутствовать и другие химические элементы как в виде легирующих добавок, так и в виде неконтролируемых примесей, при этом их концентрации должны находиться в пределах, допускающих при определенных условиях протекание в сплаве эвтектоидного распада.In addition to carbon, other chemical elements may be present in the alloy, both in the form of dopants and in the form of uncontrolled impurities, while their concentrations must be within the limits that allow under certain conditions the eutectoid decay in the alloy.

Часто на практике заданное структурное состояние формируется с достижением регламентируемого соотношения объемных долей заданных структурных составляющих (перлита, рутита и закалочных структур). Исходя из этого, целесообразно задавать долю маринита, достаточную для формирования требуемого структурного состояния.Often, in practice, a given structural state is formed with the achievement of a regulated ratio of volume fractions of given structural components (perlite, rutite, and quenching structures). Based on this, it is advisable to set the proportion of marinite sufficient to form the desired structural state.

Режимы, обеспечивающие формирование заданной доли маринита, в ряде случаев невозможно определить, опираясь на литературные данные, поэтому целесообразно определять их расчетно или экспериментально.Modes that ensure the formation of a given fraction of marinite, in some cases it is impossible to determine based on literature data, so it is advisable to determine them calculated or experimentally.

Режимы нагрева и охлаждения, которые обеспечат условия реализации маринита, можно определить расчетным путем. Например, с использованием уравнений, приведенных в п.26 формулы изобретения.Modes of heating and cooling, which will provide conditions for the implementation of marinite, can be determined by calculation. For example, using the equations given in paragraph 26 of the claims.

На практике целесообразно дополнять расчетные методы определения режимов, обеспечивающих реализацию маринита, экспериментальными, например, проводя закалку образцов от фиксированных температур при различном времени выдержки при них. При этом в эксперименте можно использовать как образцы, химический состав которых тождественен химическому составу сплава изделия, так и образцы, в которых легирующие примесные элементы присутствуют в той же концентрации, а концентрация углерода соответствует эвтектоидной.In practice, it is advisable to supplement the calculation methods for determining the regimes that ensure the implementation of marinite, experimental, for example, by hardening the samples from fixed temperatures at different exposure times with them. In this experiment, you can use both samples whose chemical composition is identical to the chemical composition of the product alloy, and samples in which alloying impurity elements are present in the same concentration and the carbon concentration is eutectoid.

Факт существования маринита устанавливают по наличию в закаленном образце рутита.The fact of the existence of marinite is established by the presence of rutite in the quenched sample.

Так же, как и в первом способе термической обработки изделий из сплавов, и в этом способе наличие рутита устанавливают, используя дифракционные методы; определяют режимы охлаждения, приводящего к образованию заданного количества перлита в заданном структурном состоянии экспериментальным по п.29 или расчетным по п.30 путем.As in the first method of heat treatment of products from alloys, in this method, the presence of rutite is established using diffraction methods; determine the cooling regimes leading to the formation of a given amount of perlite in a given structural state experimentally according to clause 29 or calculated by clause 30.

В частных случаях реализации после формирования требуемой доли маринита охлаждение осуществляется по режимам, не включающим закалку до формирования задаваемых долей фаз феррита и карбидов железа в конечном структурном состоянии. Обработка по данной схеме позволяет ускорить формирование сорбитной структуры (например, для прутка диаметром 8 мм из стали с составом, близким к эвтектоидному (0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси), нагретого до температуры 745°С и выдержанного при этой температуре в течение 3 мин, время формирования сорбитной структуры при дальнейшем охлаждении в расплаве селитры с температурой 443°С составляет 10 с).In special cases of implementation, after the formation of the required fraction of marinite, the cooling is carried out according to regimes that do not include quenching until the formation of the specified fractions of the phases of ferrite and iron carbides in the final structural state. Processing according to this scheme allows one to accelerate the formation of a sorbitol structure (for example, for a bar with a diameter of 8 mm made of steel with a composition close to eutectoid (0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities), heated to a temperature of 745 ° C and kept at this temperature for 3 min, time the formation of a sorbitol structure upon further cooling in a saltpeter melt with a temperature of 443 ° C is 10 s).

Осуществление охлаждения изделия из сплава со скоростями, достаточными для подавления диффузионных превращений после формирования заданной доли перлита, позволяет сформировать заданные доли рутита и закалочных структур.The cooling of the alloy product with speeds sufficient to suppress diffusion transformations after the formation of a given fraction of perlite, allows you to form the specified fraction of rutite and quenching structures.

В ряде случаев целесообразно осуществлять охлаждение изделия из сплава одним или несколькими импульсами, например, при производстве длинномерного проката и проволоки. Однако в этом случае возникает опасность образования закалочных структур в поверхностном слое. Избежать их образования можно путем чередования импульсов охлаждения с паузами, во время которых температура поверхностного слоя будет возрастать за счет передачи тепла от внутренних слоев изделия из сплава внешним, в результате чего либо произойдет исчезновение закалочных структур в поверхностном слое, либо их формирование будет предотвращено.In some cases, it is advisable to cool the alloy product with one or more pulses, for example, in the production of long products and wire. However, in this case there is a danger of the formation of quenching structures in the surface layer. Their formation can be avoided by alternating cooling pulses with pauses, during which the temperature of the surface layer will increase due to heat transfer from the inner layers of the alloy product to the external, as a result of which the quenching structures disappear in the surface layer or their formation is prevented.

В частных случаях процесс охлаждения организуют так, что импульсы охлаждения чередуют с паузами, длительность которых назначают достаточной для заданного снижения разности температур между максимальными и минимальными значениями по сечению сплава для того, чтобы снизить внутренние термические напряжения.In special cases, the cooling process is organized so that the cooling pulses alternate with pauses, the duration of which is assigned sufficient for a given reduction in the temperature difference between the maximum and minimum values over the alloy cross section in order to reduce internal thermal stresses.

Так же, как и в первом способе, в частных случаях реализации данного способа длительность каждого из импульсов охлаждения назначают так, чтобы они не приводили к образованию закалочных структур в заданном структурном состоянии. Это условие необходимо соблюдать, поскольку при охлаждении могут быть сформированы и такие импульсы охлаждения, что теплоты центральных слоев изделия может оказаться недостаточно для ликвидации образовавшихся закалочных структур в поверхностном слое.As in the first method, in particular cases of the implementation of this method, the duration of each of the cooling pulses is prescribed so that they do not lead to the formation of quenching structures in a given structural state. This condition must be observed, since during cooling, such cooling pulses can be formed that the heat of the central layers of the product may not be enough to eliminate the formed quenching structures in the surface layer.

В частных случаях реализации целесообразно выполнять охлаждение таким образом, чтобы один из импульсов обеспечивал максимальное снижение температуры поверхности изделия без образования закалочных структур. Это необходимо для того, чтобы, как показали эксперименты, ускорить кинетику формирования перлита. Например, если после нагрева до температуры 745°C и выдержки при этой температуре в течение 3 мин дальнейшему охлаждению в расплаве селитры с температурой 443°C предшествует водяное охлаждение однократным импульсом длительностью 0,2 с, формирование сорбитной структуры происходит за меньшие времена и для прутка диаметром 8 мм из стали с составом, близким к эвтектоидному (0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси), составляет 4 с.In particular cases of implementation, it is advisable to perform cooling in such a way that one of the pulses ensures the maximum decrease in the surface temperature of the product without the formation of quenching structures. This is necessary in order to, as experiments have shown, accelerate the kinetics of perlite formation. For example, if, after heating to a temperature of 745 ° C and holding at this temperature for 3 minutes, further cooling in a saltpeter melt with a temperature of 443 ° C is preceded by water cooling with a single pulse of 0.2 s duration, the formation of a sorbitol structure takes place in less time for the bar 8 mm in diameter made of steel with a composition close to eutectoid (0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities), is 4 s.

В тех случаях, когда отсутствует технологическая необходимость продолжения импульсного охлаждения, после достижения в сплаве долей фаз феррита и карбидов железа, обеспечивающих в дальнейшем получение их заданного содержания в конечном структурном состоянии, импульсное охлаждение прекращают, переходя к монотонному охлаждению и/или изотермической выдержке.In those cases where there is no technological need to continue pulsed cooling, after reaching the fractions of the phases of ferrite and iron carbides in the alloy, which subsequently provide their specified content in the final structural state, pulsed cooling is stopped, proceeding to monotonic cooling and / or isothermal aging.

Кинетику формирования перлита можно ускорить, если после реализации маринита подвергнуть сплав пластической деформации. Кинетику формирования маринита и последующего формирования перлита можно ускорить, если при нагреве сплава до или в процессе реализации маринита подвергнуть сплав пластической деформации.The kinetics of perlite formation can be accelerated if, after the implementation of marinite, the alloy is subjected to plastic deformation. The kinetics of the formation of marinite and the subsequent formation of perlite can be accelerated if the alloy is subjected to plastic deformation when the alloy is heated before or during the implementation of marinite.

При этом пластическую деформацию можно осуществлять в широком температурном интервале, но более эффективный результат достигается, если сплав подвергнуть пластической деформации при температуре tKфер±50°C, где tKфер - температура точки Кюри феррита, °C (например, как показали опыты, если перед охлаждением в расплаве селитры с температурой 443°C деформировать образец в пластометре торсионного типа при величине относительной деформации поверхностного слоя 23% и скорости деформации 0,2 с-1 при температуре 745°C, то время формирования сорбитной структуры существенно сокращается). Например, для прутка диаметром 8 мм из стали с составом, близким к эвтектоидному (0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси), время формирования сорбитной структуры при обработке по данной схеме составляет 3 с.In this case, plastic deformation can be carried out in a wide temperature range, but a more effective result is achieved if the alloy is subjected to plastic deformation at a temperature t Kfer ± 50 ° C, where t Kfer is the temperature of the Curie point of ferrite, ° C (for example, as shown by experiments, if Before cooling in a molten saltpeter with a temperature of 443 ° C, deform the sample in a torsion-type plastometer with a relative strain of the surface layer of 23% and a strain rate of 0.2 s -1 at a temperature of 745 ° C, then the formation of sorbitol st structure is significantly reduced). For example, for a bar with a diameter of 8 mm made of steel with a composition close to eutectoid (0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0, 08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities), the formation time of the sorbitol structure during processing according to this scheme is 3 s.

Как и в отношении первого способа, наибольшее ускорение формирования перлита достигается при комбинировании ускоряющих эффектов импульсного охлаждения и пластического деформирования в одной технологической схеме.As with the first method, the greatest acceleration of perlite formation is achieved by combining the accelerating effects of impulse cooling and plastic deformation in one technological scheme.

Например, если после нагрева до температуры 745°С и выдержки при этой температуре в течение 3 мин осуществить деформацию образца цилиндрической формы диаметром 8 мм из стали с составом, близким к эвтектоидному (0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси), в пластометре торсионного типа при величине относительной деформации поверхностного слоя 23% и скорости деформации 0,2 с-1 при температуре деформирования 745°C, далее подвергнуть образец водяному охлаждению однократным импульсом длительностью 0,2 с и затем поместить его в расплав селитры с температурой 443°C, то время формирования сорбитной структуры составляет 1 с.For example, if after heating to a temperature of 745 ° C and holding at this temperature for 3 min, a sample of a cylindrical shape with a diameter of 8 mm is made of steel with a composition close to eutectoid (0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities), in a torsion-type plastometer with a relative deformation of the surface layer of 23% and a strain rate of 0.2 s -1 at a temperature of deformation 745 ° C, further subjected to water cooling by a single sample pulse of duration 0.2 and then place it in the ammonium nitrate melt with a temperature of 443 ° C, while the formation of sorbitol is 1 with the structure.

Во всех способах для охлаждения используют преимущественно воду или водосодержащие среды. В принципе, охлаждение можно осуществлять любыми средами из числа известных, применяемых в металлургических процессах (вода, масла, воздух, различные эмульсии, расплавы солей). Однако, поскольку при реализации некоторых операций необходимо осуществлять охлаждение с большими скоростями, то целесообразно использовать среды с высокой теплоемкостью, к числу которых относятся вода, растворы и эмульсии на ее основе.In all methods, mainly water or aqueous media are used for cooling. In principle, cooling can be carried out by any of the known media used in metallurgical processes (water, oils, air, various emulsions, salt melts). However, since some operations require cooling at high speeds, it is advisable to use media with high heat capacity, which include water, solutions and emulsions based on it.

Способ термической обработки изделий из сплавов на основе железа с содержанием углерода до 4,3% по массе поясняется примерами их реализации и графическими изображениями. На фиг.1а представлена зависимость магнитной восприимчивости от температуры, на фиг.1б - ее фрагмент в увеличенном масштабе в температурном интервале 740-800°C. На фиг.2 представлена зависимость коэффициента теплового расширения α(T) от температуры (стрелками показано направление изменения температуры). На фиг.3 представлено изменение концентрации углерода в карбиде Fe3CX в зависимости от температуры. На фиг.4 представлена зависимость обменной энергии J0 от величины тетрагональной деформации с/а для объема на атом V=11.00А3 (кривая 1), 11.44А3 (кривая 2), 12.00 А3 (кривая 3), где отрицательные значения соответствуют предпочтительности ферромагнитного, а положительные - антиферромагнитного упорядочения моментов. На фиг.5а, 5б и 5в представлены примеры микроструктуры образца эвтектоидной стали, формирующейся после выдержки при 745°С около 3 мин и последующей закалки в воду (увеличение ×30000). На фиг.6а представлены рентгенограммы закаленного от температуры 1100°C образца, и на фиг.6б - рентгенограммы закаленного от температуры 745°С после выдержки при этой температуре около 3 мин образца, где пунктиром показано разложение наблюдаемого профиля линии {110} на составляющие компоненты. На фиг.7а и 7б представлены примеры микроструктуры образца эвтектоидной стали, нагретого до 745°C, выдержанного при этой температуре 2 мин 55 с и охлажденного в воде. На фиг.8а и 8б представлены примеры микроструктуры образца эвтектоидной стали, нагретого до 1010°C, охлажденного в хлорной соли с температурой 745°С до температуры соли и затем охлажденного в воде. На фиг.9 представлена микроструктура образца эвтектоидной стали, нагретого до температуры 1005°C, охлажденного на воздухе до температуры 745°С, охлажденного в расплаве селитры с температурой 443°C в течение 10 с и затем охлажденного в воде. На фиг.10 представлена микроструктура образца эвтектоидной стали, нагретого до температуры 745°C, выдержанного при этой температуре в течение 3 минут, охлажденного в расплаве селитры с температурой 443°C в течение 10 с и затем охлажденного в воде.The method of heat treatment of products from iron-based alloys with a carbon content of up to 4.3% by weight is illustrated by examples of their implementation and graphic images. On figa presents the dependence of magnetic susceptibility on temperature, on figb - its fragment on an enlarged scale in the temperature range 740-800 ° C. Figure 2 shows the dependence of the coefficient of thermal expansion α (T) on temperature (arrows indicate the direction of temperature change). Figure 3 presents the change in the concentration of carbon in carbide Fe 3 C X depending on the temperature. Figure 4 shows the dependence of the exchange energy J 0 on the tetragonal strain s / a for the volume per atom V = 11.00А 3 (curve 1), 11.44А 3 (curve 2), 12.00 А 3 (curve 3), where the negative values correspond to the preferences of ferromagnetic, and positive ones correspond to antiferromagnetic ordering of moments. On figa, 5b and 5c presents examples of the microstructure of a sample of eutectoid steel, formed after exposure at 745 ° C for about 3 minutes and subsequent quenching in water (magnification × 30000). On figa presents x-ray hardened from a temperature of 1100 ° C of the sample, and on figb - x-ray hardened from a temperature of 745 ° C after exposure at this temperature for about 3 minutes, where the dashed line shows the decomposition of the observed line profile {110} into components . On figa and 7b presents examples of the microstructure of a sample of eutectoid steel, heated to 745 ° C, aged at this temperature for 2 min 55 s and cooled in water. On figa and 8b presents examples of the microstructure of a sample of eutectoid steel, heated to 1010 ° C, cooled in chlorine salt with a temperature of 745 ° C to the temperature of the salt and then cooled in water. Figure 9 shows the microstructure of a sample of eutectoid steel heated to a temperature of 1005 ° C, cooled in air to a temperature of 745 ° C, cooled in a molten saltpeter with a temperature of 443 ° C for 10 s and then cooled in water. Figure 10 shows the microstructure of a sample of eutectoid steel heated to a temperature of 745 ° C, maintained at this temperature for 3 minutes, cooled in a molten saltpeter with a temperature of 443 ° C for 10 s and then cooled in water.

Пример 1. В самом общем виде первый способ термической обработки изделий из сплавов на основе железа с содержанием углерода до 4,3% по массе (п.1 формулы изобретения) реализовывался следующим образом.Example 1. In its most general form, the first method of heat treatment of products from iron-based alloys with a carbon content of up to 4.3% by weight (claim 1 of the claims) was implemented as follows.

Изделие (заготовку) нагревали до температур, обеспечивающих формирование заданной доли аустенита, достаточной для получения в заданном структурном состоянии заданных долей перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур. Если заданное конечное структурное состояние не должно содержать долю исходной структуры, имевшейся в изделии из сплава до начала термической обработки, то доля аустенита в нагретом изделии составит 100%, в противном случае - 100% за вычетом доли исходной структуры.The product (billet) was heated to temperatures ensuring the formation of a given fraction of austenite sufficient to obtain, in a given structural state, specified fractions of perlite of varying degrees of dispersion and / or quenching structures. If the specified final structural state should not contain a fraction of the initial structure that was in the alloy product before the start of heat treatment, then the fraction of austenite in the heated product will be 100%, otherwise 100% minus the fraction of the initial structure.

Затем осуществляли снижение температуры изделия по заранее экспериментально или расчетно определенным режимам, обеспечивающим формирование заданной доли областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, с последующим получением в них заданной доли маринита и последующее охлаждение по режимам, обеспечивающим формирование заданного структурного состояния с получением в нем перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур.Then, the temperature of the product was reduced according to previously experimentally or computationally defined modes, ensuring the formation of a predetermined fraction of austenite regions with a chemical composition close to eutectoid, followed by obtaining a predetermined fraction of marinite in them and subsequent cooling according to the regimes providing the formation of a given structural state with perlite of varying degrees of dispersion and / or quenching structures.

При осуществлении способа с использованием экспериментального определения режимов, обеспечивающих получение маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, сначала для каждого сплава определяли условия существования маринита.When implementing the method using the experimental determination of the regimes ensuring the production of marinite from areas of austenite with a chemical composition close to eutectoid, the conditions for the existence of marinite were first determined for each alloy.

Для этого образцы, представляющие собой круглые прутки диаметром 6,5-8 мм и длиной 500-800 мм, нагревались до температуры 1050°С, которая заведомо находилась выше температуры существования маринита и обеспечивала формирование аустенита с объемной долей 100%. При этой температуре образцы выдерживали порядка 15 минут, а затем охлаждали до температур из интервала 815-500°C с шагом 15°C, обеспечивая выдержку при указанных температурах от 0 до 600 с, и осуществляли закалку.For this, the samples, representing round rods with a diameter of 6.5-8 mm and a length of 500-800 mm, were heated to a temperature of 1050 ° C, which was obviously higher than the temperature of existence of marinite and ensured the formation of austenite with a volume fraction of 100%. At this temperature, the samples were kept for about 15 minutes, and then cooled to temperatures from the interval 815-500 ° C in increments of 15 ° C, providing exposure at the indicated temperatures from 0 to 600 s, and quenched.

При проведении указанных воздействий записывали кривую зависимости температуры от времени с термопары, зачеканенной в образец на глубину 1/2 радиуса прутка. Для записи кривых охлаждения использовалась известная техника, например модуль аналогового ввода для подключения термопар ADAM 6018. Закаленные образцы исследовались известными методами, в частности дифракционными (рентгено- и нейтронография). По результатам исследования делали вывод о факте существования в образце маринита, при этом о наличии в образце до проведения закалки маринита судили по наличию рутита в образце, закаленном от фиксированных температур при различных временах выдержки при них.During these actions, a temperature-time curve was recorded from a thermocouple hammered into the sample to a depth of 1/2 of the radius of the rod. To record the cooling curves, a well-known technique was used, for example, an analog input module for connecting ADAM 6018 thermocouples. Hardened samples were studied by known methods, in particular, diffraction methods (X-ray and neutron diffraction). Based on the results of the study, a conclusion was drawn about the existence of marinite in the sample, while the presence of marinite in the sample was judged by the presence of rutite in the sample, quenched from fixed temperatures at various holding times.

На основании указанных экспериментов определяли температурно-временные условия реализации в сплаве маринита.Based on these experiments, the temperature-time conditions for the realization of marinite in the alloy were determined.

При расчетном определении режимов снижения температуры, обеспечивающих получение маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, задавали температурный интервал реализации маринита, удовлетворяющий условиямWhen calculating the determination of temperature reduction regimes ensuring the production of marinite from areas of austenite with a chemical composition close to eutectoid, the temperature range for the implementation of marinite was set, satisfying the conditions

Figure 00000016
Figure 00000016

где

Figure 00000017
- температура локального ферромагнитного упорядочения в аустените вблизи атома углерода, определяемая методом квантого-механического расчета, TTEX - температура, выбираемая с учетом технологических ограничений, и выбирали скорость охлаждения, при которой зависимость температуры охлаждения от времени T(t) удовлетворяет условию T(t)<Θ(t), где зависимость Θ(t) определена линиями начала перлитного и бейнитного превращений на термокинетической диаграмме.Where
Figure 00000017
is the temperature of local ferromagnetic ordering in austenite near the carbon atom, determined by the method of quantum-mechanical calculation, T TEX is the temperature chosen taking into account technological limitations, and the cooling rate was chosen at which the dependence of the cooling temperature on time T (t) satisfies the condition T (t ) <Θ (t), where the dependence Θ (t) is determined by the lines of the beginning of pearlitic and bainitic transformations on the thermokinetic diagram.

Режимы снижения температуры от реализованного маринита, приводящие к образованию заданного количества перлита требуемой степени дисперсности в заданном конечном структурном состоянии, осуществляли или опытным путем, проводя закалку экспериментальных образцов и последующее определение их структурного состояния, или расчетно.The regimes of temperature reduction from the realized marinite, leading to the formation of a given amount of perlite of the required degree of dispersion in a given final structural state, were carried out either experimentally, by quenching the experimental samples and subsequent determination of their structural state, or by calculation.

При экспериментальном определении режимов охлаждения, приводящих к образованию заданного количества перлита требуемой степени дисперсности в заданном структурном состоянии, проводили закалку экспериментальных образцов от температур 745-440°С и определяли их структурное состояние. Для этого экспериментальные образцы, представляющие собой цилиндры диаметром 8 мм и длиной 500 мм с зачеканенными на глубину 2 мм термопарами, охлаждали от температур 745-500°C на воздухе или в расплаве селитры с температурой 440°С и проводили закалку от различных температур (730-440°C), определенных по показаниям термопары. Структурное состояние закаленных образцов определяли металлографическими и дифракционными методами.In the experimental determination of the cooling regimes leading to the formation of a given amount of perlite of the required degree of dispersion in a given structural state, the experimental samples were quenched from temperatures of 745-440 ° C and their structural state was determined. For this, the experimental samples, which are cylinders with a diameter of 8 mm and a length of 500 mm, with thermocouples milled to a depth of 2 mm, were cooled from temperatures of 745-500 ° C in air or in a saltpeter melt with a temperature of 440 ° C and quenched from various temperatures (730 -440 ° C) as measured by thermocouple. The structural state of quenched samples was determined by metallographic and diffraction methods.

Полученные экспериментально кривые охлаждения использовали для определения термокинетических констант, позволяющих производить расчеты режимов охлаждения изделий произвольной формы в различных охлаждающих средах. Определение значений термокинетических констант осуществляли, добиваясь совпадения экспериментальных зависимостей температуры от времени с зависимостями, полученными в результате решения системы уравнений, включающей в себя уравнение теплопроводностиExperimentally obtained cooling curves were used to determine the thermokinetic constants, allowing calculations of the cooling regimes of products of arbitrary shape in various cooling media. The determination of thermokinetic constants was carried out, ensuring that the experimental temperature dependences of time coincide with the dependences obtained by solving a system of equations that includes the heat equation

Figure 00000018
Figure 00000018

где оператор

Figure 00000004
имеет размерность м-1, r - радиус-вектор точки, в которой производятся вычисления, ρ - плотность, измеряемая в кг/м3, qi - удельная энтальпия образования i-й фазы, измеряемая в Дж/кг, fi(r, t, T) - безразмерная массовая доля фазы i в окрестности точки r в момент времени t при температуре T,
Figure 00000019
- поток тепла, измеряемый в Дж/(м2·с), H(r, t, T) - распределение энтальпии, измеряемой в Дж/м3, по объему образца,where is the operator
Figure 00000004
has the dimension m -1 , r is the radius vector of the point at which the calculations are made, ρ is the density measured in kg / m 3 , q i is the specific enthalpy of formation of the i-th phase, measured in J / kg, f i (r , t, T) is the dimensionless mass fraction of phase i in the vicinity of point r at time t at temperature T,
Figure 00000019
is the heat flux measured in J / (m 2 · s), H (r, t, T) is the distribution of the enthalpy measured in J / m 3 over the volume of the sample,

уравнение сохранения энергииenergy conservation equation

Figure 00000020
Figure 00000020

где

Figure 00000021
- удельная теплоемкость фазы i при постоянном давлении от температуры, измеряемая в Дж/(кг·К),Where
Figure 00000021
- the specific heat of phase i at constant pressure versus temperature, measured in J / (kg · K),

и кинетическое уравнениеand kinetic equation

Figure 00000022
Figure 00000022

где Mik(T, fk(τ), (t-τ)) - функциональная зависимость, определяющая скорость изменения со временем t массовой доли fi фазы i, определяемая для каждого фазового превращения, и проведением с использованием указанных уравнений и найденных термокинетических констант расчета зависимости потока тепла от времени по поверхности изделия, обеспечивающей траекторию изменения температуры во времени, приводящую к формированию заданного структурного состояния.where M ik (T, f k (τ), (t-τ)) is a functional dependence that determines the rate of change with time t of the mass fraction f i of phase i, determined for each phase transformation, and using the above equations and found thermokinetic constants for calculating the dependence of the heat flux on time over the surface of the product, providing a trajectory of temperature change over time, leading to the formation of a given structural state.

На основании полученных данных реализовывался способ термической обработки изделий из сплавов на основе железа для получения изделий с заданным структурным состоянием. Для этого сначала осуществляли нагрев заготовки до температур, обеспечивающих формирование аустенита. После этого заготовку охлаждали по режимам, обеспечивающим получение маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному. Затем осуществляли дальнейшее охлаждение изделия из сплава по режимам, обеспечивающим формирование заданной доли перлита требуемой степени дисперсности и/или закалочных структур.Based on the data obtained, a method of heat treatment of products from iron-based alloys was implemented to obtain products with a given structural state. To do this, first, the workpiece was heated to temperatures ensuring the formation of austenite. After that, the preform was cooled according to the regimes ensuring the production of marinite from areas of austenite with a chemical composition close to eutectoid. Then, further cooling of the alloy product was carried out according to the regimes ensuring the formation of a given fraction of perlite of the required degree of dispersion and / or quenching structures.

Таким образом, в результате подбора экспериментальным и/или расчетным путем условий формирования (реализации) маринита и соответствующих режимов (траекторий) последующего охлаждения можно получать изделия с заданным структурным состоянием с содержанием перлита требуемой степени дисперсности и/или закалочных структур.Thus, as a result of experimental and / or computational selection of the conditions for the formation (realization) of marinite and the corresponding modes (trajectories) of subsequent cooling, it is possible to obtain products with a given structural state with a perlite content of the required degree of dispersion and / or quenching structures.

В частных случаях реализации способа для обеспечения получения изделий с заданным структурным состоянием и требуемыми механическими свойствами и снижения технологических времен получения перлитной структуры целесообразно применять воздействие на обрабатываемое изделие или заготовку магнитным полем, подвергать пластической деформации и осуществлять снижение температуры, используя импульсное охлаждение с различными временами импульсов и пауз между ними.In special cases, the implementation of the method to ensure the production of products with a given structural state and the required mechanical properties and to reduce the technological times for producing a pearlite structure, it is advisable to apply a magnetic field to the workpiece or workpiece, subject it to plastic deformation and lower the temperature using pulse cooling with different pulse times and pauses between them.

Пример 2. Была поставлена задача получить для прутка диаметром 8 мм из стали марки 85, имеющей состав: 0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное структурное состояние: ~100% сорбита, за короткие технологические времена сорбитизации. Для этого заготовку нагревали до экспериментально установленной температуры 1005°C с формированием объемной доли аустенита ~100%.Example 2. The task was set to obtain for a bar with a diameter of 8 mm from steel grade 85, having the composition: 0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities, the following predetermined structural state: ~ 100% sorbitol, for short technological sorbitol times. For this, the preform was heated to an experimentally set temperature of 1005 ° C with the formation of a volume fraction of austenite of ~ 100%.

Для указанного химического состава максимально достигаемая объемная доля областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, составляет ~100%.For the indicated chemical composition, the maximum achievable volume fraction of austenite regions with a chemical composition close to eutectoid is ~ 100%.

С целью определения режимов, обеспечивающих получение маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, в соответствии с п.5 формулы изобретения определяли температурный интервал, в котором возможно формирование маринита, удовлетворяющий условиямIn order to determine the modes that ensure the production of marinite from austenite with a chemical composition close to eutectoid, in accordance with paragraph 5 of the claims, the temperature range was determined in which it is possible to form marinite that satisfies the conditions

Figure 00000023
Figure 00000023

где

Figure 00000017
- температура локального ферромагнитного упорядочения в аустените вблизи атома углерода определялась методом квантово-механического расчета и составила ~1100 K или 817°С, а TTEX выбрана равной 975 К или 702°C.Where
Figure 00000017
- the temperature of local ferromagnetic ordering in austenite near the carbon atom was determined by quantum mechanical calculation and amounted to ~ 1100 K or 817 ° C, and T TEX was chosen equal to 975 K or 702 ° C.

Для уточнения режимов формирования маринита, определенных расчетным путем, экспериментально получали кривые охлаждения на воздухе от указанных температур нагрева (~1005°С). Экспериментальные образцы представляли собой круглые прутки диаметром 6,5-8 мм и длиной 500-800 мм. Кривые охлаждения записывались с термопары, зачеканенной в образец на глубину 1/2 радиуса прутка. Для записи кривых охлаждения использовался модуль аналогового ввода для подключения термопар АСАМ 6018. В процессе охлаждения на воздухе образцы подвергались закалке от различных температур из диапазона 700-820°С (с шагом 10°C). После чего образцы исследовались различными известными методами. В образцах, закаленных от 730 до 760°С, наблюдались структурные особенности, свойственные рутиту: ОЦТ области с аномально низкой тетрагональностью (около 0,5%) и твердостью ~750 HV. Следовательно, в исследуемой области температур при осуществлении указанных условий охлаждения в образцах из стали 85 реализовывался маринит. Как показал эксперимент, чтобы реализовать ~100% маринита, необходимо осуществить охлаждение на воздухе до температур 740-750°C.To clarify the modes of formation of marinite determined by calculation, experimentally obtained cooling curves in air from the indicated heating temperatures (~ 1005 ° C). The experimental samples were round rods with a diameter of 6.5-8 mm and a length of 500-800 mm. Cooling curves were recorded from a thermocouple hammered into the sample to a depth of 1/2 of the radius of the rod. To record the cooling curves, we used an analog input module for connecting ASAM 6018 thermocouples. During cooling in air, the samples were quenched from various temperatures from the range of 700–820 ° С (in increments of 10 ° C). After which the samples were investigated by various known methods. In the samples quenched from 730 to 760 ° C, structural features characteristic of rutite were observed: bct regions with anomalously low tetragonality (about 0.5%) and hardness of ~ 750 HV. Consequently, in the studied temperature range, under the indicated cooling conditions, marinite was realized in samples of steel 85. As the experiment showed, in order to realize ~ 100% marinite, it is necessary to carry out cooling in air to temperatures of 740-750 ° C.

Зная условия формирования маринита, осуществляли определение кинетики образования заданного конечного структурного состояния при выбранном для модельного эксперимента режиме охлаждения.Knowing the conditions for the formation of marinite, we determined the kinetics of the formation of a given final structural state under the cooling mode selected for the model experiment.

Для этого в модельном образце, представляющем собой цилиндр диаметром 8 мм и длиной 500 мм из стали марки 85, имеющей состав: 0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси, по показаниям зачеканенной на глубину 2 мм термопары фиксировали изменение его температуры при охлаждении на воздухе от температуры 745°С.For this, in a model sample, which is a cylinder with a diameter of 8 mm and a length of 500 mm from steel grade 85, having the composition: 0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest of Fe and uncontrolled impurities, according to the readings of a thermocouple chased to a depth of 2 mm, recorded a change in its temperature upon cooling in air from a temperature of 745 ° C.

Используя экспериментально полученную зависимость температуры образца от времени, расчетным путем определяли коэффициенты расчетной модели, характеризующие материал и процесс теплообмена (теплофизические и кинетические константы).Using the experimentally obtained time dependence of the sample temperature, the coefficients of the calculation model characterizing the material and heat transfer process (thermophysical and kinetic constants) were determined by calculation.

Расчет осуществляли следующим образом. Для перехода из маринита в перлит справедлива следующая функциональная зависимость, определяющая скорость изменения со временем безразмерной массовой доли перлита:The calculation was carried out as follows. For the transition from marinite to perlite, the following functional dependence is valid, which determines the rate of change with time of the dimensionless mass fraction of perlite:

Figure 00000024
Figure 00000024

Здесь: k11×ΔT0 Here: k 1 = c 1 × ΔT 0

k2=c2×ΔTΔT01/3 k 2 = c 2 × ΔTΔT 0 1/3

k3=c2×ΔTΔT01/3 k 3 = c 2 × ΔTΔT 0 1/3

ΔТ, измеряемая в градусах Кельвина, - отклонение температуры от температуры фазового равновесия, ΔТ0, K - отклонение температуры от температуры фазового равновесия в момент начала фазового превращения, с1 (имеющая размерность K-1) и c2 (измеряемая в K-4/3) - кинетические константы.ΔТ, measured in degrees Kelvin, is the deviation of the temperature from the temperature of phase equilibrium, ΔТ 0 , K is the deviation of the temperature from the temperature of phase equilibrium at the beginning of the phase transformation, with 1 (having dimension K -1 ) and c 2 (measured in K -4 / 3 ) - kinetic constants.

После перехода к конечно-разностной форме уравнение сохранения энергии для ячейки разностной сетки будет иметь вид:After the transition to the finite-difference form, the energy conservation equation for the cell of the difference grid will look like:

Figure 00000025
Figure 00000025

где cm (Дж/кг·К) - теплоемкость маринита, cп (Дж/кг·К) - теплоемкость перлита, m0 (кг) - масса ячейки конечно-разностной сетки, q (Дж/кг) - тепловой эффект фазового превращения, Q (Дж) - приток тепла снаружи, данные без штриха и со штрихом относятся к начальному и конечному временам соответственно.where c m (J / kg · K) is the heat capacity of marinite, c p (J / kg · K) is the heat capacity of perlite, m 0 (kg) is the mass of the finite difference mesh, q (J / kg) is the thermal effect of the phase transformations, Q (J) is the influx of heat from the outside, the data without a stroke and with a stroke refer to the start and end times, respectively.

Уравнение теплопроводности определяет кондуктивный приток тепла, измеряемый в Дж/м2·с через поверхность ячейки конечно-разностной сетки:The heat equation determines the conductive heat influx, measured in J / m 2 · s through the cell surface of the finite-difference grid:

Figure 00000026
Figure 00000026

где λ - коэффициент теплопроводности в (Дж/м·с·К) (справочное значение), dT/dr - градиент температуры по радиусу образца.where λ is the thermal conductivity coefficient in (J / m · s · K) (reference value), dT / dr is the temperature gradient along the radius of the sample.

При охлаждении на воздухе модельного образца с температурой более 600°С можно считать тепловой поток на поверхности чисто радиационным, при котором граничные условия на поверхности образца задает закон Стефана-Больцмана:When a model sample with a temperature of more than 600 ° C is cooled in air, the heat flux on the surface can be considered purely radiative, in which the boundary conditions on the surface of the sample are determined by the Stefan-Boltzmann law:

Qs=ε·σ·Т4,Q s = ε · σ · T 4 ,

где ε, равный 0,8 - безразмерный коэффициент черноты стали, σ - постоянная Больцмана, имеющая размерность Дж/м2·с·K4, T - температура поверхности образца.where ε equal to 0.8 is the dimensionless blackness coefficient of steel, σ is the Boltzmann constant, having a dimension of J / m 2 · s · K 4 , T is the temperature of the surface of the sample.

Коэффициенты расчетной модели, определяемые из условия совпадения экспериментальной и рассчитанной зависимостей температуры модельного образца от времени, приведены в таблице 1.The coefficients of the calculation model, determined from the condition that the experimental and calculated dependences of the temperature of the model sample on time are given in table 1.

Таблица 1Table 1 ПараметрParameter Эксп. №1Exp. No. 1 Эксп. №2Exp. Number 2 Критическая температура, °CCritical temperature ° C 755755 752752 Тепловой эффект превращения, Дж/кгThe thermal effect of the conversion, j / kg 8·104 8 · 10 4 7.7·104 7.7 · 10 4 Инкубационный период превращения, сThe incubation period of transformation, with 2424 2626 Кинетические константы:Kinetic constants: c1 c 1 10-7 10 -7 10-7 10 -7 c2 c 2 3.3·10-4 3.3 · 10 -4 3.5·10-4 3.5 · 10 -4 Удельная теплоемкость модельного образца, Дж/кг*градSpecific heat of the model sample, J / kg * deg До фазового перехода (при температуре 737°C)Before phase transition (at a temperature of 737 ° C) 630630 630630 После фазового перехода (при температуре 617°C)After a phase transition (at a temperature of 617 ° C) 700700 660660

Затем с использованием полученных коэффициентов рассчитывали зависимости температуры от времени при охлаждении образца от температуры 745°C в расплаве селитры. Расчет производили для различных температур расплава селитры с использованием справочных значений коэффициентов теплоотдачи. В результате была выбрана температура расплава 443°C, как обеспечивающая наиболее полное протекание превращения (образование мелкодисперсной перлитной структуры) за время 10 с. Затем осуществляли быстрое охлаждение в воде (закалку).Then, using the obtained coefficients, the dependences of temperature on time were calculated during cooling of the sample from a temperature of 745 ° C in a saltpeter melt. The calculation was made for various temperatures of the molten saltpeter using reference values of the heat transfer coefficients. As a result, the melt temperature of 443 ° C was chosen as providing the most complete transformation (formation of a finely dispersed pearlite structure) during 10 s. Then carried out rapid cooling in water (quenching).

Таким образом, было установлено, что в температурном интервале от 1005 до 745°С необходимо осуществлять охлаждение на воздухе, затем осуществлять охлаждение в расплаве селитры с температурой 443°С в течение не менее 10 секунд, а последующее охлаждение до комнатной температуры вести со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей охлаждению в воде. После этого заготовку из стали марки 85 в виде прутка нагревали до температуры выше 1005°С и осуществляли ее охлаждение по указанным траекториям. Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели расплава селитры с температурой 443°С и технической воды. Время сорбитизации в технологическом цикле в результате этого составило 10 с. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показали, что объемная доля сорбита составляет ~100%, что соответствует заданному конечному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that in the temperature range from 1005 to 745 ° C, it is necessary to carry out cooling in air, then to carry out cooling in the melt of nitrate with a temperature of 443 ° C for at least 10 seconds, and subsequent cooling to room temperature with a decrease rate surface temperature 90-110 deg / s, corresponding to cooling in water. After that, a blank of steel of grade 85 in the form of a rod was heated to a temperature above 1005 ° C and its cooling was carried out along the indicated trajectories. Cooling was carried out using a saltpeter melt with a temperature of 443 ° C and industrial water for this purpose. The sorbitization time in the technological cycle as a result of this was 10 s. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the billet cooled to room temperature showed that the volume fraction of sorbitol is ~ 100%, which corresponds to a given final structural state. The required technical result is achieved.

Пример 3. Была поставлена задача получить для прутка диаметром 8 мм из стали марки 85, имеющей состав: 0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное структурное состояние: ~80% сорбита за короткие технологические времена сорбитизации и ~20% закалочных структур (мартенсита). Для этого заготовку нагревали до экспериментально установленной температуры 1005°С с формированием объемной доли аустенита ~100%.Example 3. The task was set to obtain for a bar with a diameter of 8 mm from steel grade 85, having the composition: 0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities, the following specified structural state: ~ 80% sorbitol for short technological sorbitol times and ~ 20% quenching structures (martensite). For this, the preform was heated to an experimentally set temperature of 1005 ° С with the formation of a volume fraction of austenite of ~ 100%.

Для определения режимов реализации заданной доли маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, экспериментальным путем получали кривые охлаждения на воздухе от указанной температуры нагрева. Образцы представляли собой круглые прутки диаметром 6,5-8 мм и длиной 500-800 мм. Кривые охлаждения записывались с термопары, зачеканенной в образец на глубину 1/2 радиуса прутка. Для записи кривых охлаждения использовался модуль аналогового ввода для подключения термопар ADAM 6018. В процессе охлаждения на воздухе образцы подвергались закалке от различных температур из диапазона 700-820°C (с шагом 10°С). После чего образцы исследовались различными известными методами. В образцах, закаленных от 730 до 760°C, наблюдались структурные особенности, свойственные рутиту: ОЦТ области с аномально низкой тетрагональностью (около 0,5%) и твердостью ~750 HV. Следовательно, в исследуемой области температур при осуществлении указанных условий охлаждения в стали 85 реализовывался маринит. Как показал эксперимент, чтобы реализовать ~80% маринита, необходимо осуществить охлаждение на воздухе до температуры ~750°С.To determine the modes of realization of a given fraction of marinite from areas of austenite with a chemical composition close to eutectoid, experimentally obtained cooling curves in air from the specified heating temperature. The samples were round rods with a diameter of 6.5-8 mm and a length of 500-800 mm. Cooling curves were recorded from a thermocouple hammered into the sample to a depth of 1/2 of the radius of the rod. To record the cooling curves, we used an analog input module for connecting ADAM 6018 thermocouples. During cooling in air, the samples were quenched from various temperatures from the range of 700–820 ° C (in increments of 10 ° C). After which the samples were investigated by various known methods. In the samples quenched from 730 to 760 ° C, structural features characteristic of rutite were observed: bct regions with anomalously low tetragonality (about 0.5%) and hardness of ~ 750 HV. Therefore, in the studied temperature range under the indicated cooling conditions, marinite was realized in steel 85. As the experiment showed, in order to realize ~ 80% of marinite, it is necessary to carry out cooling in air to a temperature of ~ 750 ° C.

Зная условия формирования маринита, осуществляли экспериментальное определение кинетики образования заданного конечного структурного состояния. Для этого в указанных образцах по показаниям зачеканенной на глубину 2 мм термопары фиксировали изменение их температуры при охлаждении в расплаве селитры с температурой 440°C от температуры 750°C. Используя экспериментально полученную зависимость температуры образца от времени, проводили закалку образцов в воде от различных температур с момента начала проявления на кривой охлаждения свидетельств тепловыделений, связанных с протеканием перлитного превращения (прибл. 610-620°C) с последующим определением их структурного состояния. В результате эксперимента было установлено, что для формирования ~80% перлита (сорбита) необходимо обеспечить пребывание образцов в расплаве селитры в течение 7 с и последующую закалку в воде. В непревращенном в сорбит объеме образца (~20%) формировалась закалочная структура (мартенсит).Knowing the conditions for the formation of marinite, we carried out the experimental determination of the kinetics of the formation of a given final structural state. For this purpose, in the indicated samples, according to the readings of a thermocouple chased to a depth of 2 mm, a change in their temperature was recorded upon cooling in the molten saltpeter with a temperature of 440 ° C from a temperature of 750 ° C. Using the experimentally obtained time dependence of the temperature of the sample, the samples were quenched in water as a function of various temperatures from the moment of the onset of evidence of heat release on the cooling curve associated with the pearlite transformation (approx. 610-620 ° C) with subsequent determination of their structural state. As a result of the experiment, it was found that for the formation of ~ 80% perlite (sorbitol), it is necessary to ensure that the samples stay in the saltpeter melt for 7 s and subsequent quenching in water. In the sample volume that was not transformed into sorbitol (~ 20%), a quenching structure (martensite) was formed.

Таким образом, было установлено, что в температурном интервале от 1005 до 750°C необходимо осуществлять охлаждение на воздухе, затем осуществлять охлаждение в расплаве селитры с температурой 443°C в течение 7 секунд, а последующее охлаждение до комнатной температуры вести со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей охлаждению в воде. После этого заготовку из стали марки 85 в виде прутка нагревали до температуры выше 1005°C и осуществляли ее охлаждение по указанным траекториям. Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели расплава селитры с температурой 443°C и технической воды. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показали, что объемная доля сорбита составляет ~80%, а объемная доля закалочных структур (мартенсита) ~20%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that in the temperature range from 1005 to 750 ° C, it is necessary to carry out cooling in air, then to carry out cooling in the melt of nitrate with a temperature of 443 ° C for 7 seconds, and subsequent cooling to room temperature with a rate of decrease in surface temperature 90-110 deg / s, corresponding to cooling in water. After that, the billet made of steel of grade 85 in the form of a rod was heated to a temperature above 1005 ° C and its cooling was carried out along the indicated trajectories. Cooling was carried out using a saltpeter melt with a temperature of 443 ° C and industrial water for this purpose. Metallographic analysis and diffraction studies of the sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of sorbitol is ~ 80%, and the volume fraction of quenching structures (martensite) is ~ 20%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 4. Была поставлена задача получить для прутка диаметром 8 мм из стали марки 85, имеющей состав: 0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное структурное состояние: ~100% рутита. Для этого заготовку нагревали до экспериментально установленной температуры 1005°C с формированием объемной доли аустенита ~100%.Example 4. The task was set to obtain for a bar with a diameter of 8 mm from steel grade 85, having the composition: 0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities, the following predetermined structural state: ~ 100% rutite. For this, the preform was heated to an experimentally set temperature of 1005 ° C with the formation of a volume fraction of austenite of ~ 100%.

Для указанного химического состава максимально достигаемая объемная доля областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, составляет 400%.For the indicated chemical composition, the maximum achievable volume fraction of austenite regions with a chemical composition close to eutectoid is 400%.

Режимы, обеспечивающие в стали указанного химического состава реализацию заданной доли маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, определялись сначала расчетным путем, а затем уточнялись по экспериментальной методике, как это описано в примере 2, для охлаждения в расплаве солей состава 41% KCl, 37% NaCl, 22% BaCl с температурой 740°C. Как показал эксперимент, чтобы реализовать ~100% маринита, необходимо осуществить охлаждение в указанной среде до температуры расплава.The modes that ensure the specified fraction of marinite from austenite regions with a chemical composition close to eutectoid in the steel of the specified chemical composition were determined first by calculation, and then refined by the experimental method, as described in Example 2, for cooling salts with a composition of 41% in the melt KCl, 37% NaCl, 22% BaCl with a temperature of 740 ° C. As the experiment showed, in order to realize ~ 100% marinite, it is necessary to carry out cooling in the indicated medium to the melt temperature.

Зная условия формирования маринита, осуществляли закалку образца от определенных выше температур, обеспечивая формирование рутита.Knowing the conditions for the formation of marinite, the sample was quenched from the temperatures determined above, ensuring the formation of rutite.

Таким образом, было установлено, что в температурном интервале от 1005 до 740°C необходимо осуществлять охлаждение в расплаве солей состава 41% KCl, 37% NаCl, 22% ВаCl с температурой 740°C до температуры расплава солей, а последующее охлаждение до комнатной температуры вести со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей охлаждению в воде. После этого заготовку из стали марки 85 в виде прутка нагревали до температуры выше 1005°C и осуществляли ее охлаждение по указанным траекториям. Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели расплава солей указанного состава с температурой около 740°C и технической воды. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показал, что объемная доля рутита составляет ~100%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that in the temperature range from 1005 to 740 ° C it is necessary to carry out cooling in a melt of salts with a composition of 41% KCl, 37% NaCl, 22% BaCl with a temperature of 740 ° C to a temperature of the molten salt, and subsequent cooling to room temperature lead at a rate of surface temperature reduction of 90-110 deg / s, corresponding to cooling in water. After that, the billet made of steel of grade 85 in the form of a rod was heated to a temperature above 1005 ° C and its cooling was carried out along the indicated trajectories. Cooling was carried out using for this purpose a molten salt of the specified composition with a temperature of about 740 ° C and industrial water. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of rutite is ~ 100%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 5. Была поставлена задача получить для прутка диаметром 8 мм из стали марки 85, имеющей состав: 0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное структурное состояние: ~100% сорбита, за технологические времена сорбитизации, не превышающие 5 с. Для этого заготовку нагревали до экспериментально установленной температуры 1005°C с формированием объемной доли аустенита ~100%.Example 5. The task was set to obtain for a bar with a diameter of 8 mm from steel grade 85, having the composition: 0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest of Fe and uncontrolled impurities, the following specified structural state: ~ 100% sorbitol, for technological sorbitol times not exceeding 5 s. For this, the preform was heated to an experimentally set temperature of 1005 ° C with the formation of a volume fraction of austenite of ~ 100%.

Для указанного химического состава максимально достигаемая объемная доля областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, составляет ~100%.For the indicated chemical composition, the maximum achievable volume fraction of austenite regions with a chemical composition close to eutectoid is ~ 100%.

Режимы снижения температуры, обеспечивающие реализацию в указанном сплаве заданной доли маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, определялись сначала расчетным путем, а затем уточнялись по экспериментальной методике, как это описано в примере 2. Как показал эксперимент, чтобы реализовать ~100% маринита, необходимо осуществить охлаждение на воздухе до температур 740-750°C.The temperature reduction regimes that ensure that the specified fraction of marinite from the austenite regions with a chemical composition close to eutectoid in the specified alloy is realized were determined first by calculation and then refined by the experimental method, as described in Example 2. As shown by the experiment, to realize ~ 100 % marinite, it is necessary to carry out cooling in air to temperatures of 740-750 ° C.

После реализации маринита охлаждение осуществляли импульсно однократным водным импульсом длительностью 0,2 с. Импульс такой длительности обеспечивал максимальное снижение температуры поверхности и не приводил к образованию закалочных структур в заданном структурном состоянии. После этого импульсное охлаждение прекращали и переходили к монотонному охлаждению в расплаве селитры с температурой 443°C. Время протекания перлитного превращения в указанном способе составило около 4 с. Затем осуществляли быстрое охлаждение в воде (закалку).After the implementation of marinite, cooling was carried out by a pulse with a single water pulse of 0.2 s duration. An impulse of such a duration ensured a maximum decrease in surface temperature and did not lead to the formation of quenching structures in a given structural state. After that, pulsed cooling was stopped and switched to monotonous cooling in a molten saltpeter with a temperature of 443 ° C. The flow time of the pearlite transformation in the specified method was about 4 s. Then carried out rapid cooling in water (quenching).

Таким образом, было установлено, что в температурном интервале от 1005 до 745°С необходимо осуществлять охлаждение на воздухе, затем осуществлять охлаждение однократным водным импульсом продолжительностью 0,2с с последующим охлаждением в расплаве селитры с температурой 443°С в течение не менее 4 секунд, а дальнейшее охлаждение до комнатной температуры вести со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей охлаждению в воде. После этого заготовку из стали марки 85 в виде прутка нагревали до температуры выше 1005°C и осуществляли ее охлаждение по указанным траекториям. Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели расплава селитры с температурой 443°C и технической воды. Время сорбитизации в технологическом цикле в результате этого составило 4 с. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показали, что объемная доля сорбита составляет ~100%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that in the temperature range from 1005 to 745 ° C, it is necessary to carry out cooling in air, then to perform cooling with a single water pulse of 0.2 s duration, followed by cooling in a molten saltpeter with a temperature of 443 ° C for at least 4 seconds, and further cooling to room temperature should be carried out at a rate of surface temperature decrease of 90-110 deg / s, corresponding to cooling in water. After that, the billet made of steel of grade 85 in the form of a rod was heated to a temperature above 1005 ° C and its cooling was carried out along the indicated trajectories. Cooling was carried out using a saltpeter melt with a temperature of 443 ° C and industrial water for this purpose. The sorbitization time in the technological cycle as a result of this was 4 s. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of sorbitol is ~ 100%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 6. Была поставлена задача получить для прутка диаметром 8 мм из стали марки 85, имеющей состав: 0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное структурное состояние: ~100% сорбита, за технологические времена сорбитизации, не превышающие 3 с. Для этого заготовку нагревали до экспериментально установленной температуры 1005°С с формированием объемной доли аустенита ~100%.Example 6. The task was set to obtain for a bar with a diameter of 8 mm from steel grade 85, having the composition: 0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest of Fe and uncontrolled impurities, the following specified structural state: ~ 100% sorbitol, for technological sorbitol times not exceeding 3 s. For this, the preform was heated to an experimentally set temperature of 1005 ° С with the formation of a volume fraction of austenite of ~ 100%.

Для указанного химического состава максимально достигаемая объемная доля областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, составляет ~100%.For the indicated chemical composition, the maximum achievable volume fraction of austenite regions with a chemical composition close to eutectoid is ~ 100%.

Режимы снижения температуры, обеспечивающие реализацию в указанном сплаве заданной доли маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, определялись по экспериментальной методике, указанной в примере 3. Как показал эксперимент, чтобы реализовать ~100% маринита, необходимо осуществить охлаждение на воздухе до температур 740-750°C.The temperature reduction regimes ensuring the implementation of the specified fraction of marinite in the specified alloy from austenite regions with a chemical composition close to eutectoid were determined by the experimental method specified in Example 3. As shown by the experiment, in order to realize ~ 100% marinite, it is necessary to cool in air to temperatures 740-750 ° C.

После реализации маринита образец стали указанного химического состава подвергали пластической деформации при величине относительной деформации поверхностного слоя 23% и скорости деформации 0,2 с-1 при температурах деформирования tKфер±50°C, где tKфер, °С - температура точки Кюри феррита, при температуре 745°C в данном случае. Дальнейшее охлаждение осуществлялось в расплаве селитры с температурой 443°C. Время протекания перлитного превращения в указанном способе составило около 3 с. Затем осуществляли быстрое охлаждение в воде (закалку).After the implementation of marinite, a steel sample of the specified chemical composition was subjected to plastic deformation at a relative deformation of the surface layer of 23% and a strain rate of 0.2 s -1 at deformation temperatures of t Kfer ± 50 ° C, where t Kfer , ° C is the temperature of the Curie point of ferrite, at a temperature of 745 ° C in this case. Further cooling was carried out in a saltpeter melt with a temperature of 443 ° C. The flow time of the pearlite transformation in the specified method was about 3 s. Then carried out rapid cooling in water (quenching).

Таким образом, было установлено, что в температурном интервале от 1005 до 745°С необходимо осуществлять охлаждение на воздухе, затем осуществлять пластическую деформацию образца при величине относительной деформации поверхностного слоя 23% и скорости деформации 0,2 с-1 при температуре 745°C и последующее охлаждение в расплаве селитры с температурой 443°C в течение не менее 3 секунд, а дальнейшее охлаждение до комнатной температуры вести со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей охлаждению в воде. После этого заготовку из стали марки 85 в виде прутка нагревали до температуры выше 1005°C, подвергали охлаждению на воздухе до температуры 745°C, осуществляли ее деформацию при этой температуре и охлаждение по указанным траекториям. Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели расплава селитры с температурой 443°C и технической воды. Время сорбитизации в технологическом цикле в результате этого составило 3 с. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показал, что объемная доля сорбита составляет ~100%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that in the temperature range from 1005 to 745 ° C, it is necessary to carry out cooling in air, then plastic deformation of the sample is carried out at a relative strain of the surface layer of 23% and a strain rate of 0.2 s -1 at a temperature of 745 ° C and subsequent cooling in the molten saltpeter with a temperature of 443 ° C for at least 3 seconds, and further cooling to room temperature with a rate of decrease in surface temperature of 90-110 deg / s, corresponding to cooling in water. After that, a bar made of steel of grade 85 in the form of a rod was heated to a temperature above 1005 ° C, subjected to cooling in air to a temperature of 745 ° C, its deformation was carried out at this temperature, and cooling along the indicated trajectories. Cooling was carried out using a saltpeter melt with a temperature of 443 ° C and industrial water for this purpose. The sorbitization time in the technological cycle as a result of this was 3 s. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of sorbitol is ~ 100%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 7. Была поставлена задача получить для прутка диаметром 8 мм из стали марки 85, имеющей состав: 0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное структурное состояние: ~100% сорбита, за технологические времена сорбитизации, не превышающие 2 с. Для этого заготовку нагревали до экспериментально установленной температуры 1005°С с формированием объемной доли аустенита ~100%.Example 7. The task was set to obtain for a bar with a diameter of 8 mm from steel grade 85, having the composition: 0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest of Fe and uncontrolled impurities, the following specified structural state: ~ 100% sorbitol, for technological sorbitol times not exceeding 2 s. For this, the preform was heated to an experimentally set temperature of 1005 ° С with the formation of a volume fraction of austenite of ~ 100%.

Для указанного химического состава максимально достигаемая объемная доля областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, составляет ~100%.For the indicated chemical composition, the maximum achievable volume fraction of austenite regions with a chemical composition close to eutectoid is ~ 100%.

Режимы, обеспечивающие в стали указанного химического состава реализацию заданной доли маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, определялись по экспериментальной методике, указанной в примере 3. Как показал эксперимент, чтобы реализовать ~100% маринита, необходимо осуществить охлаждение на воздухе до температур 740-750°C.The modes that ensure the specified fraction of marinite from austenite regions with a chemical composition close to eutectoid in the steel of the indicated chemical composition were determined by the experimental method specified in Example 3. As shown by the experiment, in order to realize ~ 100% of marinite, it is necessary to cool in air to temperatures 740-750 ° C.

После реализации маринита образец стали указанного химического состава сначала подвергали пластической деформации при величине относительной деформации поверхностного слоя 23% и скорости деформации 0,2 с-1 при температурах деформирования tKфер±50°C, где tKфер, °C - температура точки Кюри феррита, при температуре 745°C в данном случае, а затем осуществляли импульсное охлаждение однократным водным импульсом длительностью 0,2 с. Импульс такой длительности обеспечивал максимальное снижение температуры поверхности и не приводил к образованию закалочных структур в заданном структурном состоянии. После этого импульсное охлаждение прекращали и переходили к монотонному охлаждению в расплаве селитры с температурой 443°C. Время протекания перлитного превращения в указанном способе составило 1 с. Затем осуществляли быстрое охлаждение в воде (закалку).After the implementation of marinite, a steel sample of the indicated chemical composition was first subjected to plastic deformation at a relative deformation of the surface layer of 23% and a strain rate of 0.2 s -1 at deformation temperatures of t Kfer ± 50 ° C, where t Kfer , ° C is the temperature of the Curie point of ferrite , at a temperature of 745 ° C in this case, and then pulsed cooling was performed with a single water pulse of 0.2 s duration. An impulse of such a duration ensured a maximum decrease in surface temperature and did not lead to the formation of quenching structures in a given structural state. After that, pulsed cooling was stopped and switched to monotonous cooling in a molten saltpeter with a temperature of 443 ° C. The flow time of pearlite transformation in the specified method was 1 s. Then carried out rapid cooling in water (quenching).

Таким образом, было установлено, что в температурном интервале от 1005 до 745°C необходимо осуществлять охлаждение на воздухе, затем осуществлять пластическую деформацию образца при величине относительной деформации поверхностного слоя 23% и скорости деформации 0,2 с-1 при температуре 745°C, затем осуществлять охлаждение однократным водным импульсом продолжительностью 0,2 с с последующим охлаждением в расплаве селитры с температурой 443°C в течение 1 секунды, а дальнейшее охлаждение до комнатной температуры вести со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей охлаждению в воде. После этого заготовку из стали марки 85 в виде прутка нагревали до температуры выше 1005°C, подвергали охлаждению на воздухе до температуры 745°C, осуществляли ее деформацию при этой температуре и охлаждение по указанным траекториям. Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели расплава селитры с температурой 443°C и технической воды. Время сорбитизации в технологическом цикле в результате этого составило 1 с. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показал, что объемная доля сорбита составляет ~100%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that in the temperature range from 1005 to 745 ° C, it is necessary to carry out cooling in air, then plastic deformation of the sample is carried out at a relative strain of the surface layer of 23% and a strain rate of 0.2 s -1 at a temperature of 745 ° C, then carry out cooling with a single water pulse of 0.2 s duration, followed by cooling in the molten saltpeter with a temperature of 443 ° C for 1 second, and further cooling to room temperature with a rate of temperature decrease s surface 90-110 deg / s, corresponding to cooling in water. After that, a bar made of steel of grade 85 in the form of a rod was heated to a temperature above 1005 ° C, subjected to cooling in air to a temperature of 745 ° C, its deformation was carried out at this temperature, and cooling along the indicated trajectories. Cooling was carried out using a saltpeter melt with a temperature of 443 ° C and industrial water for this purpose. The sorbitization time in the technological cycle as a result of this was 1 s. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of sorbitol is ~ 100%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 8. Была поставлена задача получить для прутка диаметром 8 мм из стали марки 85, имеющей состав: 0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное структурное состояние: ~100% рутита. Для этого заготовку нагревали до экспериментально установленной температуры 1005°C с формированием объемной доли аустенита ~100%.Example 8. The task was set to obtain for a bar with a diameter of 8 mm from steel grade 85, having the composition: 0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities, the following predetermined structural state: ~ 100% rutite. For this, the preform was heated to an experimentally set temperature of 1005 ° C with the formation of a volume fraction of austenite of ~ 100%.

Для указанного химического состава максимально достигаемая объемная доля областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, составляет ~100%.For the indicated chemical composition, the maximum achievable volume fraction of austenite regions with a chemical composition close to eutectoid is ~ 100%.

Режимы, обеспечивающие в стали указанного химического состава реализацию заданной доли маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, определялись сначала расчетным путем, а затем уточнялись по экспериментальной методике, как это описано в примере 2, но после нагрева заготовки до температур, обеспечивающих формирование в ней требуемой доли аустенита, заготовку подвергали воздействию магнитным полем.The modes that ensure the specified fraction of marinite from austenite regions with a chemical composition close to eutectoid in the steel of the specified chemical composition were determined first by calculation, and then refined by the experimental method, as described in example 2, but after heating the workpiece to temperatures ensuring the formation of the required fraction of austenite in it, the workpiece was exposed to a magnetic field.

Для этого заготовку, нагретую до температуры 1005°С, помещали в соленоид, внутри которого создавалось постоянное магнитное поле напряженностью 0,5 Т, и подвергали охлаждению на воздухе. В результате воздействия магнитного поля стимулировалось формирование маринита. Охлаждение до температуры 800°C оказалось достаточным для реализации ~100% маринита.For this, the preform heated to a temperature of 1005 ° C was placed in a solenoid inside which a constant magnetic field of 0.5 T was created and subjected to cooling in air. As a result of the magnetic field, the formation of marinitis was stimulated. Cooling to a temperature of 800 ° C was sufficient to realize ~ 100% marinite.

Зная условия формирования маринита, осуществляли закалку образца от определенных выше температур, обеспечивая формирование рутита.Knowing the conditions for the formation of marinite, the sample was quenched from the temperatures determined above, ensuring the formation of rutite.

Таким образом, было установлено, что во время охлаждения в температурном интервале от 1005 до 800°C заготовку необходимо подвергать воздействию постоянного магнитного поля, а затем осуществлять охлаждение до комнатной температуры со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей охлаждению в воде. После этого заготовку из стали марки 85 в виде прутка нагревали до температуры выше 1005°C, осуществляли ее охлаждение на воздухе в условиях приложения магнитного поля напряженностью 0,5 Т и последующее быстрое охлаждение (закалку). Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели технической воды. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показал, что объемная доля рутита составляет ~100%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that during cooling in the temperature range from 1005 to 800 ° C, the workpiece must be exposed to a constant magnetic field, and then cooling to room temperature with a surface temperature reduction rate of 90-110 deg / s, corresponding to cooling in water . After that, a bar made of steel of grade 85 in the form of a rod was heated to a temperature above 1005 ° C, it was cooled in air under the application of a magnetic field of 0.5 T and subsequent rapid cooling (quenching). Cooling was carried out using industrial water for this purpose. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of rutite is ~ 100%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 9. В самом общем виде второй способ термической обработки изделий из сплавов на основе железа с содержанием углерода до 4,3% по массе (п.22 формулы изобретения) реализовывался следующим образом.Example 9. In its most general form, the second method of heat treatment of products from iron-based alloys with a carbon content of up to 4.3% by weight (claim 22 of the claims) was implemented as follows.

Сначала осуществляли выявление экспериментальным или расчетным путем режимов реализации маринита в процессе нагрева сплава, затем изделие (заготовку) нагревали с обеспечением формирования маринита. После чего проводили охлаждение по режимам, обеспечивающим формирование заданного структурного состояния с заданной долей перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур.First, experimentally or by calculation, the modes of implementation of marinite were identified in the process of heating the alloy, then the product (billet) was heated to ensure the formation of marinite. After that, cooling was carried out according to the regimes ensuring the formation of a given structural state with a given fraction of perlite of varying degrees of dispersion and / or quenching structures.

При осуществлении способа с использованием экспериментального определения режимов, обеспечивающих получение маринита, сначала для каждого сплава определяли условия его формирования.When implementing the method using the experimental determination of the modes that ensure the production of marinite, first, for each alloy, the conditions for its formation were determined.

Для этого образцы, представляющие собой круглые прутки диаметром 6,5-8 мм и длиной 500-800 мм, нагревали до температур из интервала 500-800°C с шагом 15°C, обеспечивая выдержку при указанных температурах от 0 до 600 с, и осуществляли закалку.For this, the samples, which are round rods with a diameter of 6.5-8 mm and a length of 500-800 mm, were heated to temperatures from the interval 500-800 ° C in increments of 15 ° C, providing exposure at the indicated temperatures from 0 to 600 s, and hardened.

При проведении указанных воздействий записывали кривую зависимости температуры от времени с термопары, зачеканенной в образец на глубину 1/2 радиуса прутка. Для записи кривых охлаждения использовалась известная техника, например модуль аналогового ввода для подключения термопар ADAM 6018. Закаленные образцы исследовались известными методами, в частности дифракционными (рентгено- и нейтронография). По результатам исследования делали вывод о факте существования в образце маринита, при этом о наличии в образце до проведения закалки маринита судили по наличию рутита в образце, закаленном от фиксированных температур при различных временах выдержки при них.During these actions, a temperature-time curve was recorded from a thermocouple hammered into the sample to a depth of 1/2 of the radius of the rod. To record the cooling curves, a well-known technique was used, for example, an analog input module for connecting ADAM 6018 thermocouples. Hardened samples were studied by known methods, in particular, diffraction methods (X-ray and neutron diffraction). Based on the results of the study, a conclusion was drawn about the existence of marinite in the sample, while the presence of marinite in the sample was judged by the presence of rutite in the sample, quenched from fixed temperatures at various holding times.

На основании указанных экспериментов определяли температурно-временные условия реализации в сплаве маринита.Based on these experiments, the temperature-time conditions for the realization of marinite in the alloy were determined.

При расчетном определении режимов, обеспечивающих реализацию маринита, задавали диапазон температур нагрева, удовлетворяющий условиямWhen calculating the determination of the modes that ensure the implementation of marinite, we set the temperature range of the heating, satisfying

Figure 00000027
Figure 00000027

где

Figure 00000028
- температура локального ферромагнитного упорядочения в аустените вблизи атома углерода, определяемая методом квантого-механического расчета, Тх - эвтектоидная температура для сплава соответствующего химического состава, и задавали время выдержки t в секундах, необходимое для растворения заданной доли цементита fc, определяемое из уравненияWhere
Figure 00000028
is the temperature of the local ferromagnetic ordering in austenite near the carbon atom, determined by the method of quantum mechanical calculation, T x is the eutectoid temperature for the alloy of the corresponding chemical composition, and the exposure time t in seconds required to dissolve a given fraction of cementite f c determined from the equation

fc=1,05fC0ехр(-ktn),f c = 1.05 f C0 exp (-kt n ),

где fC0 - безразмерная доля цементита в начальный момент времени, 4>n>3 - степенной показатель, k - параметр, определяющий скорость растворения цементита в сплаве соответствующего химического состава при температуре Т в с-n.where f C0 is the dimensionless fraction of cementite at the initial instant of time, 4>n> 3 is a power exponent, k is a parameter that determines the dissolution rate of cementite in an alloy of the corresponding chemical composition at a temperature T in s -n .

Режимы снижения температуры от реализованного маринита, приводящие к образованию заданного количества перлита требуемой степени дисперсности в заданном конечном структурном состоянии, осуществляли или опытным путем, проводя закалку экспериментальных образцов и последующее определение их структурного состояния, или расчетно.The regimes of temperature reduction from the realized marinite, leading to the formation of a given amount of perlite of the required degree of dispersion in a given final structural state, were carried out either experimentally, by quenching the experimental samples and subsequent determination of their structural state, or by calculation.

При экспериментальном определении режимов охлаждения, приводящих к образованию заданного количества перлита требуемой степени дисперсности в заданном структурном состоянии, проводили закалку экспериментальных образцов от температур 745-440°C и определяли их структурное состояние. Для этого экспериментальные образцы, представляющие собой цилиндры диаметром 8 мм и длиной 500 мм с зачеканенными на глубину 2 мм термопарами, охлаждали от температур 745-500°С на воздухе или в расплаве селитры с температурой 440°С и проводили закалку от различных температур (730-440°C), определенных по показаниям термопары. Структурное состояние закаленных образцов определяли металлографическими и дифракционными методами.In the experimental determination of the cooling regimes leading to the formation of a given amount of perlite of the required degree of dispersion in a given structural state, the experimental samples were quenched from temperatures of 745–440 ° C and their structural state was determined. To do this, experimental samples, which are cylinders with a diameter of 8 mm and a length of 500 mm, with thermocouples milled to a depth of 2 mm, were cooled from temperatures of 745-500 ° С in air or in a saltpeter melt with a temperature of 440 ° С and quenched from various temperatures (730 -440 ° C) as measured by thermocouple. The structural state of quenched samples was determined by metallographic and diffraction methods.

Полученные экспериментально кривые охлаждения использовали для определения термокинетических констант, позволяющих производить расчеты режимов охлаждения изделий произвольной формы в различных охлаждающих средах. Определение значений термокинетических констант осуществляли, добиваясь совпадения экспериментальных зависимостей температуры от времени с зависимостями, полученными в результате решения системы уравнений, включающей в себя уравнение теплопроводностиExperimentally obtained cooling curves were used to determine the thermokinetic constants, allowing calculations of the cooling regimes of products of arbitrary shape in various cooling media. The determination of thermokinetic constants was carried out, ensuring that the experimental temperature dependences of time coincide with the dependences obtained by solving a system of equations that includes the heat equation

Figure 00000029
Figure 00000029

где оператор

Figure 00000004
имеет размерность м-1, r - радиус-вектор точки, в которой производятся вычисления, ρ - плотность, измеряемая в кг/м3, qi - удельная энтальпия образования i-й фазы, измеряемая в Дж/кг, fi(r, t, T) - безразмерная массовая доля фазы i в окрестности точки r в момент времени t при температуре Т,
Figure 00000030
- поток тепла, измеряемый в Дж/(м2·с), Н(r, t, T) - распределение энтальпии, измеряемой в Дж/м3, по объему образца,where is the operator
Figure 00000004
has the dimension m -1 , r is the radius vector of the point at which the calculations are made, ρ is the density measured in kg / m 3 , q i is the specific enthalpy of formation of the i-th phase, measured in J / kg, f i (r , t, T) is the dimensionless mass fraction of phase i in the vicinity of point r at time t at temperature T,
Figure 00000030
is the heat flux measured in J / (m 2 · s), N (r, t, T) is the distribution of the enthalpy measured in J / m 3 over the volume of the sample,

уравнение сохранения энергииenergy conservation equation

Figure 00000031
Figure 00000031

где

Figure 00000032
- удельная теплоемкость фазы i при постоянном давлении от температуры, измеряемая в Дж/(кг·К)Where
Figure 00000032
- specific heat of phase i at constant pressure versus temperature, measured in J / (kg · K)

и кинетическое уравнениеand kinetic equation

Figure 00000033
Figure 00000033

где Mik(T, fk(τ), (t-τ)) - функциональная зависимость, определяющая скорость изменения со временем t массовой доли fi фазы i, определяемая для каждого фазового превращения, и проведением с использованием указанных уравнений и найденных термокинетических констант расчета зависимости потока тепла от времени по поверхности изделия из сплава, обеспечивающей траекторию изменения температуры во времени, приводящую к формированию заданного структурного состояния.where M ik (T, f k (τ), (t-τ)) is a functional dependence that determines the rate of change with time t of the mass fraction f i of phase i, determined for each phase transformation, and using the above equations and found thermokinetic constants for calculating the dependence of the heat flux on time over the surface of an alloy product, providing a trajectory of temperature change over time, leading to the formation of a given structural state.

На основании полученных данных реализовывался способ термической обработки изделий из сплавов на основе железа для получения изделий с заданным структурным состоянием. Для этого сначала осуществляли нагрев заготовки с обеспечением формирования требуемой доли маринита. Затем осуществляли охлаждение изделия из сплава по режимам, обеспечивающим формирование заданной доли перлита требуемой степени дисперсности и/или закалочных структур.Based on the data obtained, a method of heat treatment of products from iron-based alloys was implemented to obtain products with a given structural state. To do this, first, the billet was heated to ensure the formation of the required fraction of marinite. Then, the alloy product was cooled according to the regimes ensuring the formation of a predetermined perlite fraction of the required degree of dispersion and / or quenching structures.

Таким образом, в результате подбора экспериментальным и/или расчетным путем условий формирования (реализации) маринита и соответствующих режимов (траекторий) последующего охлаждения можно получать изделия с заданным структурным состоянием с содержанием перлита требуемой степени дисперсности и/или закалочных структур.Thus, as a result of experimental and / or computational selection of the conditions for the formation (realization) of marinite and the corresponding modes (trajectories) of subsequent cooling, it is possible to obtain products with a given structural state with a perlite content of the required degree of dispersion and / or quenching structures.

В частных случаях реализации способа для обеспечения получения изделий с заданным структурным состоянием и требуемыми механическими свойствами и снижения технологических времен получения перлитной структуры целесообразно подвергать обрабатываемое изделие или заготовку пластической деформации и осуществлять снижение температуры, используя импульсное охлаждение с различными временами импульсов и пауз между ними.In special cases, the implementation of the method to ensure the receipt of products with a given structural state and the required mechanical properties and to reduce technological times for producing a pearlite structure, it is advisable to subject the workpiece or preform to plastic deformation and lower the temperature using pulse cooling with different pulse times and pauses between them.

Пример 10. Была поставлена задача получить для прутка диаметром 8 мм из стали марки 85, имеющей состав: 0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное структурное состояние: ~100% сорбита, за короткие технологические времена сорбитизации.Example 10. The task was set to obtain for a bar with a diameter of 8 mm from steel grade 85, having the composition: 0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities, the following predetermined structural state: ~ 100% sorbitol, for short technological sorbitol times.

Для этого заготовку нагревали до температуры, определенной в соответствии с п.26 формулы изобретения и удовлетворяющей условиямFor this, the preform was heated to a temperature determined in accordance with paragraph 26 of the claims and satisfying the conditions

Figure 00000034
Figure 00000034

где

Figure 00000035
- температура локального ферромагнитного упорядочения в аустените вблизи атома углерода определялась методом квантово-механического расчета и составила ~1100 K или 817°C, а температура ТX для стали эвтектоидного состава равна 1010 K или 727°C. При температуре нагрева из указанного интервала производили выдержку заготовки в течение времени t, необходимого для растворения 100% цементита, определяемого из уравненияWhere
Figure 00000035
- the temperature of local ferromagnetic ordering in austenite near the carbon atom was determined by quantum mechanical calculation and amounted to ~ 1100 K or 817 ° C, and the temperature T X for eutectoid steel was 1010 K or 727 ° C. At a heating temperature from the specified interval, the workpiece was aged for a time t necessary to dissolve 100% cementite, determined from the equation

1=1,05ехр(-6*10-10t3,5),1 = 1.05 exp (-6 * 10 -10 t 3.5 ),

которое для стали указанного химического состава составило ~3 мин.which for steel of the indicated chemical composition was ~ 3 min.

Для уточнения режимов формирования маринита, определенных расчетным путем, проводили следующий эксперимент. Образцы, представляющие собой круглые прутки диаметром 6,5-8 мм и длиной 500-800 мм, нагревали до различных температур в диапазоне от 720 до 820°С (с шагом 10°С), выдерживали при этих температурах в течение от 1 до 10 мин с шагом 10 с и подвергали закалке в воде. После чего образцы исследовались различными известными методами. В образцах, закаленных от температуры нагрева 730-760°C и времени выдержки при них 2 мин 30 с - 3 мин, наблюдались структурные особенности, свойственные рутиту: ОЦТ области с аномально низкой тетрагональностью (около 0,5%) и твердостью ~750 HV. Следовательно, в исследуемой области температур при осуществлении соответствующих термокинетических условий в образцах из стали 85 реализовывался маринит. Как показал эксперимент, чтобы реализовать ~100% маринита необходимо при температуре ~745°C обеспечить выдержку ~3 мин.To clarify the modes of formation of marinite determined by calculation, the following experiment was carried out. Samples, representing round rods with a diameter of 6.5-8 mm and a length of 500-800 mm, were heated to various temperatures in the range from 720 to 820 ° C (in increments of 10 ° C), kept at these temperatures for 1 to 10 min in increments of 10 s and quenched in water. After which the samples were investigated by various known methods. In the samples quenched from a heating temperature of 730–760 ° C and holding time for 2 min 30 s – 3 min, structural features characteristic of rutite were observed: bct regions with anomalously low tetragonality (about 0.5%) and hardness of ~ 750 HV . Therefore, in the studied temperature range, when the corresponding thermokinetic conditions were fulfilled, marinite was realized in samples of steel 85. As the experiment showed, in order to realize ~ 100% marinite, it is necessary at a temperature of ~ 745 ° C to provide a holding time of ~ 3 min.

Зная условия формирования маринита, осуществляли определение кинетики образования заданного структурного состояния, как это указано в примере 2.Knowing the conditions for the formation of marinite, we carried out the determination of the kinetics of the formation of a given structural state, as indicated in example 2.

Таким образом, было установлено, что необходимо осуществлять нагрев образца стали указанного химического состава до температуры 745°С и обеспечить выдержку при этой температуре в течение ~3 мин, а затем осуществлять охлаждение в расплаве селитры с температурой 443°C в течение не менее 10 секунд, а последующее охлаждение до комнатной температуры вести со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей охлаждению в воде. После этого заготовку из стали марки 85 в виде прутка нагревали до указанной температуры, дали выдержку при этой температуре и осуществляли ее охлаждение по указанным траекториям. Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели расплава селитры с температурой 443°C и технической воды. Время сорбитизации в технологическом цикле в результате этого составило 10 с. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показали, что объемная доля сорбита составляет ~100%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that it was necessary to heat a steel sample of the specified chemical composition to a temperature of 745 ° C and ensure exposure at this temperature for ~ 3 min, and then to cool in a molten saltpeter with a temperature of 443 ° C for at least 10 seconds and subsequent cooling to room temperature should be carried out at a rate of surface temperature decrease of 90-110 deg / s, corresponding to cooling in water. After that, the billet made of steel of grade 85 in the form of a rod was heated to the indicated temperature, held at this temperature, and it was cooled along the indicated paths. Cooling was carried out using a saltpeter melt with a temperature of 443 ° C and industrial water for this purpose. The sorbitization time in the technological cycle as a result of this was 10 s. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of sorbitol is ~ 100%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 11. Была поставлена задача получить для прутка диаметром 8 мм из стали марки 85, имеющей состав: 0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное конечное структурное состояние: ~50% сорбита, за короткие технологические времена сорбитизации, ~50% закалочных структур (рутита).Example 11. The task was set to obtain for a bar with a diameter of 8 mm from steel grade 85, having the composition: 0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities, the following specified final structural state: ~ 50% sorbitol, for short technological sorbitol times, ~ 50% quenching structures (rutite).

Для определения режимов реализации маринита для стали указанного химического состава экспериментальным путем образцы нагревали до различных температур в диапазоне от 700 до 800°C (с шагом 10°С), выдерживали при этих температурах в течение от 1 до 10 мин с шагом 10 с и подвергали закалке в воде. После чего образцы исследовались различными известными методами. В образцах, закаленных от температуры нагрева 720-740°C и времени выдержки при них 2 мин 30 с - 3 мин, наблюдались структурные особенности, свойственные рутиту: ОЦТ области с аномально низкой тетрагональностью (около 0,5%) и твердостью ~750 HV. Следовательно, в исследуемой области температур при осуществлении соответствующих термокинетических условий в стали 85 реализовывался маринит. Как показал эксперимент, чтобы реализовать ~100% маринита, необходимо при температуре ~730°C обеспечить выдержку ~2 мин 50 с.To determine the implementation modes of marinite for steel of the specified chemical composition experimentally, the samples were heated to various temperatures in the range from 700 to 800 ° C (in increments of 10 ° C), kept at these temperatures for 1 to 10 minutes in increments of 10 s, and subjected quenching in water. After which the samples were investigated by various known methods. In the samples quenched from the heating temperature of 720–740 ° C and the exposure time therewith 2 min 30 s – 3 min, structural features characteristic of rutite were observed: bct regions with anomalously low tetragonality (about 0.5%) and hardness of ~ 750 HV . Therefore, in the studied temperature range, when the corresponding thermokinetic conditions were met, marinite was realized in steel 85. As the experiment showed, in order to realize ~ 100% marinite, it is necessary at a temperature of ~ 730 ° C to provide a shutter speed of ~ 2 min 50 s.

Зная условия формирования маринита, осуществляли экспериментальное определение кинетики образования заданного конечного структурного состояния по методике, указанной в примере 3. В результате эксперимента было установлено, что для формирования ~50% перлита (сорбита) необходимо обеспечить пребывание образцов в расплаве селитры в течение 6 с и последующую закалку в воде. В не превращенном в сорбит объеме образца (~50%) наблюдались структурные особенности, свойственные рутиту: ОЦТ области с аномально низкой тетрагональностью (около 0,5%) и твердостью ~750 HV.Knowing the conditions for the formation of marinite, we carried out an experimental determination of the kinetics of the formation of a given final structural state according to the method described in Example 3. As a result of the experiment, it was found that for the formation of ~ 50% perlite (sorbitol) it is necessary to ensure that the samples stay in the nitrate melt for 6 s and subsequent quenching in water. In the sample volume that was not transformed into sorbitol (~ 50%), the structural features characteristic of rutite were observed: bct regions with abnormally low tetragonality (about 0.5%) and hardness of ~ 750 HV.

Таким образом, было установлено, что необходимо осуществлять нагрев образца стали указанного химического состава до температуры 730°C и обеспечить выдержку при этой температуре в течение ~2 мин 50 с, затем осуществлять охлаждение в расплаве селитры с температурой 443°C в течение 6 секунд, а последующее охлаждение до комнатной температуры вести со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей закалке в воде. После этого заготовку из стали марки 85 в виде прутка нагревали до указанной температуры, давали выдержку при этой температуре и осуществляли ее охлаждение по указанным траекториям. Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели расплава селитры с температурой 443°C и технической воды. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показали, что объемная доля сорбита составляет ~50%, а объемная доля закалочных структур (рутита) ~50%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that it was necessary to heat a steel sample of the specified chemical composition to a temperature of 730 ° C and provide holding at this temperature for ~ 2 min 50 s, then to cool in a molten nitrate with a temperature of 443 ° C for 6 seconds, and subsequent cooling to room temperature should be carried out at a rate of surface temperature decrease of 90-110 deg / s, corresponding to quenching in water. After that, the billet made of steel of grade 85 in the form of a rod was heated to the indicated temperature, held at this temperature, and it was cooled along the indicated paths. Cooling was carried out using a saltpeter melt with a temperature of 443 ° C and industrial water for this purpose. Metallographic analysis and diffraction studies of the sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of sorbitol is ~ 50%, and the volume fraction of quenching structures (rutite) is ~ 50%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 12. Была поставлена задача получить для прутка диаметром 8 мм из стали марки 85, имеющей состав: 0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное структурное состояние: ~100% рутита.Example 12. The task was set to obtain for a bar with a diameter of 8 mm from steel grade 85, having the composition: 0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest is Fe and uncontrolled impurities, the following predetermined structural state: ~ 100% rutite.

Режимы, обеспечивающие в стали указанного химического состава реализацию маринита, определялись сначала расчетным путем, а затем уточнялись по экспериментальной методике, как это описано в примере 10.The modes that ensure the implementation of marinite in steel of the specified chemical composition were determined first by calculation, and then refined by an experimental method, as described in example 10.

Зная условия реализации маринита, осуществляли закалку образца от температуры нагрева, равной 745-750°С, и выдержке при этой температуре в течение 2 мин 45 с, обеспечивая формирование рутита.Knowing the conditions for the implementation of marinite, the sample was quenched from a heating temperature of 745–750 ° C and held at this temperature for 2 min 45 s, ensuring the formation of rutite.

Таким образом, было установлено, что необходимо осуществлять нагрев образца стали указанного химического состава до температуры 745-750°C и обеспечить выдержку при этой температуре в течение 2 мин 45 с, а последующее охлаждение до комнатной температуры вести со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей охлаждению в воде. После этого заготовку из стали марки 85 в виде прутка нагревали до указанной температуры, давали выдержку при этой температуре и осуществляли ее быстрое охлаждение (закалку). Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели технической воды. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показал, что объемная доля рутита составляет ~100%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that it was necessary to heat a steel sample of the specified chemical composition to a temperature of 745-750 ° C and provide exposure at this temperature for 2 minutes 45 s, and then cool it to room temperature with a rate of decrease in surface temperature of 90-110 deg / s, corresponding to cooling in water. After that, a billet made of steel of grade 85 in the form of a rod was heated to the indicated temperature, held at this temperature, and it was quickly cooled (quenched). Cooling was carried out using industrial water for this purpose. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of rutite is ~ 100%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 13. Была поставлена задача получить для прутка диаметром 8 мм из стали марки 85, имеющей состав: 0,84% C; 0,59% Mn; 0,025% S; 0,24% Si; 0,012% P; 0,07% Cr; 0,08% Ni; 0,0075% Al; 0,05% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное структурное состояние: ~100% сорбита; за технологические времена сорбитизации, не превышающие 2 с.Example 13. The task was set to obtain for a bar with a diameter of 8 mm from steel grade 85, having the composition: 0.84% C; 0.59% Mn; 0.025% S; 0.24% Si; 0.012% P; 0.07% Cr; 0.08% Ni; 0.0075% Al; 0.05% Cu; the rest of Fe and uncontrolled impurities, the following specified structural state: ~ 100% sorbitol; for technological sorbitization times not exceeding 2 s.

Режимы, обеспечивающие в стали указанного химического состава реализацию маринита, определялись по экспериментальной методике, указанной в примере 11. Как показал эксперимент, чтобы реализовать ~100% маринита, необходимо при температуре ~745°C обеспечить выдержку ~3 мин.The conditions that ensure the realization of marinite in steel of the indicated chemical composition were determined by the experimental method described in Example 11. As the experiment showed, to realize ~ 100% marinite, it is necessary to provide a holding time of ~ 3 min at a temperature of ~ 745 ° C.

После реализации маринита образец стали указанного химического состава сначала подвергали пластической деформации при величине относительной деформации поверхностного слоя 23% и скорости деформации 0,2 с-1 при температурах деформирования tKфер±50°C, где tKфер, °C - температура точки Кюри феррита, при температуре 745°C в данном случае, а затем осуществляли импульсное охлаждение однократным водным импульсом длительностью 0,2 с. Импульс такой длительности обеспечивал максимальное снижение температуры поверхности и не приводил к образованию закалочных структур в заданном структурном состоянии. После этого импульсное охлаждение прекращали и переходили к монотонному охлаждению в расплаве селитры с температурой 443°С. Время протекания перлитного превращения в указанном способе составило 1 с. Затем осуществляли быстрое охлаждение в воде (закалку).After the implementation of marinite, a steel sample of the indicated chemical composition was first subjected to plastic deformation at a relative deformation of the surface layer of 23% and a strain rate of 0.2 s -1 at deformation temperatures of t Kfer ± 50 ° C, where t Kfer , ° C is the temperature of the Curie point of ferrite , at a temperature of 745 ° C in this case, and then pulsed cooling was performed with a single water pulse of 0.2 s duration. An impulse of such a duration ensured a maximum decrease in surface temperature and did not lead to the formation of quenching structures in a given structural state. After that, pulsed cooling was stopped and switched to monotonous cooling in a saltpeter melt with a temperature of 443 ° С. The flow time of pearlite transformation in the specified method was 1 s. Then carried out rapid cooling in water (quenching).

Таким образом, было установлено, что необходимо осуществлять нагрев образца стали указанного химического состава до температуры 745°C и обеспечить выдержку при этой температуре в течение ~3 мин, в течение или после которой осуществлять пластическую деформацию образца при величине относительной деформации поверхностного слоя 23% и скорости деформации 0,2 с-1 при температуре 745°C, затем осуществлять охлаждение однократным водным импульсом продолжительностью 0,2 с с последующим охлаждением в расплаве селитры с температурой 443°C в течение 1 секунды, а дальнейшее охлаждение до комнатной температуры вести со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей охлаждению в воде. После этого заготовку из стали марки 85 в виде прутка нагревали до указанной температуры, давали выдержку при этой температуре, осуществляли ее деформацию и охлаждение по указанным траекториям. Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели расплава селитры с температурой 443°C и технической воды. Время сорбитизации в технологическом цикле в результате этого составило 1 с. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показали, что объемная доля сорбита составляет ~100%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that it is necessary to heat a steel sample of the specified chemical composition to a temperature of 745 ° C and ensure exposure at this temperature for ~ 3 min, during or after which plastic deformation of the sample is carried out at a relative strain of the surface layer of 23% and the strain rate of 0.2 s -1 at a temperature of 745 ° C, then carry out cooling with a single water pulse of 0.2 s duration followed by cooling in the molten saltpeter with a temperature of 443 ° C for 1 second dy, and further cooling to room temperature should be carried out at a rate of surface temperature decrease of 90-110 deg / s, corresponding to cooling in water. After that, a billet of steel of grade 85 in the form of a rod was heated to the indicated temperature, held at this temperature, its deformation and cooling were carried out along the indicated paths. Cooling was carried out using a saltpeter melt with a temperature of 443 ° C and industrial water for this purpose. The sorbitization time in the technological cycle as a result of this was 1 s. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of sorbitol is ~ 100%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 14. Была поставлена задача получить для пластины размерами 8×30×150 мм из сплава железа с углеродом, имеющего состав: 3,62% C; 0,01% Si; 0,01% Mn; 0,002% S; 0,004% P; 0,01% Cr; 0,05% Ni; 0,005% Cu; 0,024% Al; 0,039% Ti; 0,0015% Mo, остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное структурное состояние: ~15% рутита, ~85% ледебурита и цементита. Для этого заготовку нагревали до экспериментально установленной температуры 810°C и обеспечивали выдержку ~3 мин, когда образовалось ~15% аустенита.Example 14. The task was set to obtain for a plate measuring 8 × 30 × 150 mm from an alloy of iron with carbon, having the composition: 3.62% C; 0.01% Si; 0.01% Mn; 0.002% S; 0.004% P; 0.01% Cr; 0.05% Ni; 0.005% Cu; 0.024% Al; 0.039% Ti; 0.0015% Mo, the rest Fe and uncontrolled impurities, the following specified structural state: ~ 15% rutite, ~ 85% ledeburite and cementite. For this purpose, the preform was heated to an experimentally set temperature of 810 ° C and a holding time of ~ 3 min was ensured when ~ 15% of austenite formed.

Режимы снижения температуры, обеспечивающие реализацию в указанном сплаве заданной доли маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, определялись по указанной в примере 3 экспериментальной методике. Как показал эксперимент, чтобы реализовать ~15% маринита, необходимо осуществить охлаждение на воздухе до температуры 720°C.The temperature reduction regimes ensuring the implementation in the specified alloy of a given fraction of marinite from austenite regions with a chemical composition close to eutectoid were determined by the experimental method specified in Example 3. As the experiment showed, in order to realize ~ 15% of marinite, it is necessary to carry out cooling in air to a temperature of 720 ° C.

Зная условия формирования маринита, осуществляли закалку образца от определенных выше температур, обеспечивая формирование рутита.Knowing the conditions for the formation of marinite, the sample was quenched from the temperatures determined above, ensuring the formation of rutite.

Таким образом, было установлено, что в температурном интервале от 810 до 720°C необходимо осуществлять охлаждение на воздухе, а дальнейшее охлаждение до комнатной температуры вести со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей охлаждению в воде. После этого заготовку из сплава указанного химического состава в виде пластины нагревали до температуры 810°C и обеспечивали выдержку ~3 мин, подвергали охлаждению на воздухе до температуры 720°С и осуществляли ее быстрое охлаждение (закалку). Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели технической воды. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показал, что объемная доля рутита составляет ~15%, а объемная доля ледебурита и цементита ~85%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that in the temperature range from 810 to 720 ° C it is necessary to carry out cooling in air, and further cooling to room temperature should be carried out at a rate of surface temperature decrease of 90-110 deg / s, corresponding to cooling in water. After that, a billet of an alloy of the indicated chemical composition in the form of a plate was heated to a temperature of 810 ° C and held for ~ 3 min, subjected to cooling in air to a temperature of 720 ° C, and its rapid cooling (quenching) was performed. Cooling was carried out using industrial water for this purpose. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of rutite is ~ 15%, and the volume fraction of ledeburite and cementite is ~ 85%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 15. Была поставлена задача получить для пластины размерами 8×30×150 мм из сплава железа с углеродом, имеющего состав: 2,47% C; 0,02% Si; 0,023% Mn; 0,003% S; 0,001% P; 0,005% Cr; 0,02% Ni; 0,002% Cu; 0,035% Al, остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное конечное структурное состояние: ~55% рутита, ~45% ледебурита и цементита.Example 15. The task was set to obtain for a plate measuring 8 × 30 × 150 mm from an alloy of iron with carbon, having the composition: 2.47% C; 0.02% Si; 0.023% Mn; 0.003% S; 0.001% P; 0.005% Cr; 0.02% Ni; 0.002% Cu; 0.035% Al, the rest Fe and uncontrolled impurities, the following specified final structural state: ~ 55% rutite, ~ 45% ledeburite and cementite.

Режимы, обеспечивающие в сплаве указанного химического состава реализацию маринита, определялись по указанной в примере 11 экспериментальной методике. Как показал эксперимент, чтобы реализовать ~50% маринита, необходимо при температуре ~750°С обеспечить выдержку ~4 мин.Modes that ensure the implementation of marinite in the alloy of the indicated chemical composition were determined by the experimental procedure specified in Example 11. As the experiment showed, in order to realize ~ 50% of marinite, it is necessary at a temperature of ~ 750 ° С to provide a holding time of ~ 4 min.

Зная условия формирования маринита, осуществляли закалку образца от определенных выше температур, обеспечивая формирование рутита.Knowing the conditions for the formation of marinite, the sample was quenched from the temperatures determined above, ensuring the formation of rutite.

Таким образом, было установлено, что необходимо осуществлять нагрев образца сплава указанного химического состава до температуры ~750°С и обеспечить выдержку при этой температуре в течение ~4 мин, а последующее охлаждение до комнатной температуры вести со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей закалке в воде. После этого заготовку из сплава указанного химического состава в виде пластины нагревали до указанной температуры, давали выдержку при этой температуре и осуществляли ее быстрое охлаждение (закалку). Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели технической воды. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показал, что объемная доля рутита составляет ~55%, а объемная доля ледебурита и цементита ~45%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that it is necessary to heat a sample of an alloy of the specified chemical composition to a temperature of ~ 750 ° C and ensure exposure at this temperature for ~ 4 min, and then cool it to room temperature with a rate of surface temperature decrease of 90-110 deg / c, corresponding to quenching in water. After that, a billet made of an alloy of the indicated chemical composition in the form of a plate was heated to the indicated temperature, held at this temperature, and it was quickly cooled (quenched). Cooling was carried out using industrial water for this purpose. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of rutite is ~ 55%, and the volume fraction of ledeburite and cementite is ~ 45%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 16. Была поставлена задача из слитка цилиндрической формы диаметром 50 мм и высотой 20 мм получить пластину размерами 8×30×150 мм из стали, имеющей состав: 1,76% C; 0,035% Si; 0,01% Mn; 0,009% S; 0,013% P; 0,01% Cr; 0,04% Ni; 0,09% Cu; 0,004% Al; 0,015% V, остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное конечное структурное состояние: ~85% рутита, ~15% цементита.Example 16. The task was set of an ingot of cylindrical shape with a diameter of 50 mm and a height of 20 mm to obtain a plate with dimensions of 8 × 30 × 150 mm from steel having the composition: 1.76% C; 0.035% Si; 0.01% Mn; 0.009% S; 0.013% P; 0.01% Cr; 0.04% Ni; 0.09% Cu; 0.004% Al; 0.015% V, the rest Fe and uncontrolled impurities, the following specified final structural state: ~ 85% rutite, ~ 15% cementite.

Режимы, обеспечивающие в стали указанного химического состава реализацию маринита, определялись сначала расчетным путем, а затем уточнялись по указанной в примере 10 экспериментальной методике. Как показал эксперимент, чтобы реализовать в слитке ~70% маринита, необходимо при температуре его поверхности ~770°C обеспечить выдержку ~3 мин.The modes that ensure the implementation of marinite in steel of the specified chemical composition were determined first by calculation, and then refined by the experimental method specified in Example 10. As the experiment showed, in order to realize ~ 70% marinite in an ingot, it is necessary to provide a holding time of ~ 3 min at a surface temperature of ~ 770 ° C.

Затем слиток сплава указанного химического состава подвергали пластической деформации. В данном случае его ковали в температурном интервале 770-750°C, обеспечивая заготовке форму пластины указанного типоразмера.Then, the alloy ingot of the indicated chemical composition was subjected to plastic deformation. In this case, it was forged in the temperature range of 770-750 ° C, providing the workpiece with the shape of a plate of the specified size.

Зная условия формирования маринита, осуществляли закалку образца от определенных выше температур, обеспечивая формирование рутита.Knowing the conditions for the formation of marinite, the sample was quenched from the temperatures determined above, ensuring the formation of rutite.

Таким образом, было установлено, что необходимо осуществлять нагрев слитка стали указанного химического состава до температуры его поверхности ~770°C и обеспечить выдержку при этой температуре в течение ~3 мин, затем осуществлять пластическую деформацию слитка в температурном интервале 770-750°С до придания ему формы пластины размерами 8×30×150 мм, а последующее охлаждение до комнатной температуры вести со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей закалке в воде. После этого заготовку из сплава указанного химического состава в виде слитка цилиндрической формы диаметром 50 мм и высотой 20 мм нагревали до указанной температуры, давали выдержку при этой температуре, осуществляли деформацию в указанном интервале температур и быстрое охлаждение (закалку). Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели технической воды. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показали, что объемная доля рутита составляет ~85%, а объемная доля цементита ~15%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that it is necessary to heat an ingot of steel of the specified chemical composition to a surface temperature of ~ 770 ° C and provide exposure at this temperature for ~ 3 min, then plastic deformation of the ingot in the temperature range of 770-750 ° C before imparting it forms a plate with dimensions of 8 × 30 × 150 mm, and subsequent cooling to room temperature is carried out at a rate of surface temperature decrease of 90-110 deg / s, corresponding to water quenching. After that, an alloy billet of the indicated chemical composition in the form of an ingot of cylindrical shape with a diameter of 50 mm and a height of 20 mm was heated to the indicated temperature, held at this temperature, deformation was carried out in the indicated temperature range, and rapid cooling (quenching) was performed. Cooling was carried out using industrial water for this purpose. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of rutite is ~ 85% and the volume fraction of cementite is ~ 15%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 17. Была поставлена задача получить для пластины размерами 0,6×20×60 мм из стали марки 65Г, имеющей состав: 0,64% C; 0,26% Si; 0,96% Mn; 0,006% S; 0,018% P; 0,03% Cr; 0,03% Ni; 0,05% Cu; 0,01% As; 0,05 N; 0,047% Al; 0,001% Nb; 0,015% V; 0,005% Ti; 0,002% Mo, остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное структурное состояние: ~90% рутита; ~10% мартенсита. Для этого заготовку нагревали до экспериментально установленной температуры 980°C, когда произошло исчезновение феррита и цементита и образовалось ~100% аустенита.Example 17. The task was set to obtain for a plate measuring 0.6 × 20 × 60 mm from steel grade 65G, having the composition: 0.64% C; 0.26% Si; 0.96% Mn; 0.006% S; 0.018% P; 0.03% Cr; 0.03% Ni; 0.05% Cu; 0.01% As; 0.05 N; 0.047% Al; 0.001% Nb; 0.015% V; 0.005% Ti; 0.002% Mo, the rest Fe and uncontrolled impurities, the following specified structural state: ~ 90% rutite; ~ 10% martensite. For this, the preform was heated to an experimentally set temperature of 980 ° C, when ferrite and cementite disappeared and ~ 100% austenite formed.

Режимы, обеспечивающие в стали указанного химического состава реализацию маринита, определялись экспериментально. Для этого проводились эксперименты по охлаждению образцов пластин указанных размеров потоками сжатого воздуха, имеющего температуру 23°C, выпускаемого форсункой с диаметром выходного отверстия 6 мм под различным давлением в магистрали, до комнатной температуры. Шаг изменения давления составлял 0,3 атм из диапазона 2,5-8 атм. При этом фиксировалась средняя скорость охлаждения в температурном диапазоне 900-600°C. После чего образцы исследовались различными известными методами. В образцах, охлажденных в температурном диапазоне 900-600°C со средней скоростью 50-70 град/с и закаленных от 600°C в воде, наблюдались структурные особенности, свойственные рутиту: ОЦТ области с аномально низкой тетрагональностью (около 0,5%) и твердостью ~750 HV. Следовательно, при осуществлении указанных условий охлаждения в образцах из стали 65Г реализовывался маринит. Эксперименты показали, что если охлаждение от 600°C продолжать, используя те же параметры обдува и уставки агрегатов (давление в магистрали, диаметр сопла, скорость потока, температура воздуха), что и в диапазоне 900-600°C, средняя скорость охлаждения в котором составляла 50-70 град/с, то это обеспечит формирование ~90% рутита в конечном структурном состоянии.Modes that ensure the realization of marinite in steel of the indicated chemical composition were determined experimentally. For this, experiments were carried out to cool plate samples of the indicated sizes with compressed air flows at a temperature of 23 ° C, produced by a nozzle with an outlet diameter of 6 mm under various pressures in the line to room temperature. The pressure change step was 0.3 atm from the range of 2.5-8 atm. In this case, the average cooling rate was recorded in the temperature range of 900-600 ° C. After which the samples were investigated by various known methods. In the samples cooled in the temperature range 900-600 ° C with an average speed of 50-70 deg / s and quenched from 600 ° C in water, the structural features characteristic of rutite were observed: bct regions with an abnormally low tetragonality (about 0.5%) and hardness ~ 750 HV. Therefore, under the indicated cooling conditions, marinite was realized in 65G steel samples. The experiments showed that if cooling from 600 ° C is continued, using the same blowing parameters and unit settings (line pressure, nozzle diameter, flow rate, air temperature), as in the range 900-600 ° C, the average cooling rate in which was 50-70 deg / s, this will ensure the formation of ~ 90% of rutite in the final structural state.

Таким образом, было установлено, что в температурном интервале от 980°C до комнатной температуры необходимо осуществлять охлаждение потоками сжатого воздуха, имеющего температуру 23°C, выпускаемого под постоянным давлением в магистрали 4 атм, обеспечивая среднюю скорость охлаждения пластины 50-70 град/с в температурном диапазоне 900-600°C и дальнейшее охлаждение, используя те же параметры обдува. После этого заготовку из стали марки 65Г в виде пластины нагревали до температуры 980°C и осуществляли ее охлаждение сжатым воздухом с указанными параметрами обдува. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показал, что объемная доля рутита составляет ~90%, а объемная доля мартенсита ~10%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that in the temperature range from 980 ° C to room temperature, it is necessary to carry out cooling by streams of compressed air having a temperature of 23 ° C, discharged under constant pressure in the 4 atm line, providing an average plate cooling rate of 50-70 deg / s in the temperature range 900-600 ° C and further cooling using the same airflow parameters. After that, the workpiece made of 65G steel in the form of a plate was heated to a temperature of 980 ° C and it was cooled with compressed air with the indicated blowing parameters. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of rutite is ~ 90% and the volume fraction of martensite is ~ 10%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 18. Была поставлена задача получить для проволоки диаметром 1,0 мм из стали марки 80, имеющей состав: 0,82% C; 0,50% Mn; 0,002% S; 0,16% Si; 0,005% P; 0,02% Cr; 0,01% Ni; 0,002% Al; 0,01% Cu; остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное конечное структурное состояние: ~100% сорбита, за технологические времена сорбитизации, не превышающие 5 с.Example 18. The task was set to obtain for a wire with a diameter of 1.0 mm from steel grade 80, having the composition: 0.82% C; 0.50% Mn; 0.002% S; 0.16% Si; 0.005% P; 0.02% Cr; 0.01% Ni; 0.002% Al; 0.01% Cu; the rest of Fe and uncontrolled impurities, the following specified final structural state: ~ 100% sorbitol, for technological sorbitol times not exceeding 5 s.

Режимы, обеспечивающие в стали указанного химического состава реализацию маринита, определялись по указанной в примере 11 экспериментальной методике. Как показал эксперимент, чтобы реализовать ~100% маринита, необходимо нагреть заготовку до температуры ~740°C и обеспечить выдержку при ней в течение 45 с.Modes that ensure the implementation of marinite in steel of the specified chemical composition were determined according to the experimental procedure specified in Example 11. As the experiment showed, in order to realize ~ 100% of marinite, it is necessary to heat the workpiece to a temperature of ~ 740 ° C and ensure exposure at it for 45 s.

Зная условия формирования маринита, осуществляли определение кинетики образования заданного конечного структурного состояния по указанной в примере 3 экспериментальной методике. В результате эксперимента было установлено, что для формирования ~100% перлита (сорбита) необходимо обеспечить охлаждение проволоки диаметром 1,0 мм на воздухе. Время сорбитизации при этом составило около 4 с.Knowing the conditions for the formation of marinite, we carried out the determination of the kinetics of the formation of a given final structural state according to the experimental procedure indicated in Example 3. As a result of the experiment, it was found that for the formation of ~ 100% perlite (sorbitol), it is necessary to provide cooling of a wire with a diameter of 1.0 mm in air. The sorbitization time was about 4 s.

Таким образом, было установлено, что необходимо осуществлять нагрев образца стали указанного химического состава до температуры 740-750°C и обеспечить выдержку при этой температуре в течение 45 с, затем осуществлять охлаждение на воздухе. После этого проволоку диаметром 1,0 мм из стали марки 80 нагревали до указанной температуры, давали выдержку при этой температуре и осуществляли ее охлаждение на воздухе в течение не менее 4 с. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показали, что объемная доля сорбита составляет ~100%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that it is necessary to heat a steel sample of the specified chemical composition to a temperature of 740-750 ° C and provide exposure at this temperature for 45 s, then perform cooling in air. After that, a wire with a diameter of 1.0 mm from grade 80 steel was heated to the indicated temperature, held at this temperature, and it was cooled in air for at least 4 s. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of sorbitol is ~ 100%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Пример 19. Была поставлена задача из заготовки размерами 14,2×200×1320 мм получить полосу размерами 12,5×200×1500 мм из стали, имеющей состав: 0,21% C; 0,01% Si; 0,39% Mn; 0,032% S; 0,016% P; 0,08% Cr; 0,07% Ni; 0,06% Cu; 0,005% Al, остальное Fe и неконтролируемые примеси, следующее заданное конечное структурное состояние: ~15% рутита, ~85% феррита. Для этого заготовку нагревали до экспериментально установленной температуры 950°C, когда произошло исчезновение феррита и цементита и образовалось ~100% аустенита.Example 19. The task was posed from a workpiece with dimensions of 14.2 × 200 × 1320 mm to obtain a strip with dimensions of 12.5 × 200 × 1500 mm from steel having the composition: 0.21% C; 0.01% Si; 0.39% Mn; 0.032% S; 0.016% P; 0.08% Cr; 0.07% Ni; 0.06% Cu; 0.005% Al, the rest Fe and uncontrolled impurities, the following specified final structural state: ~ 15% rutite, ~ 85% ferrite. For this, the preform was heated to an experimentally set temperature of 950 ° C, when ferrite and cementite disappeared and ~ 100% austenite formed.

Режимы снижения температуры, обеспечивающие реализацию в указанном сплаве заданной доли маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, определялись по указанной в примере 3 экспериментальной методике. Как показал эксперимент, чтобы реализовать ~15% маринита, необходимо осуществить охлаждение образца стали указанного химического состава на воздухе до температуры 740°C, подвергнуть его импульсу пластической деформации при величине относительной деформации 6,34% при температурах деформирования 740-760°C; выдержке при этих температурах в течение 60 с и повторному импульсу деформирующего воздействия при величине относительной деформации 6%.The temperature reduction regimes ensuring the implementation in the specified alloy of a given fraction of marinite from austenite regions with a chemical composition close to eutectoid were determined by the experimental method specified in Example 3. As the experiment showed, in order to realize ~ 15% of marinite, it is necessary to cool a steel sample of the specified chemical composition in air to a temperature of 740 ° C, subject it to a plastic strain pulse at a relative strain of 6.34% at deformation temperatures of 740-760 ° C; holding at these temperatures for 60 s and a repeated pulse of the deforming effect at a relative strain of 6%.

Зная условия формирования маринита, осуществляли закалку образца от определенных выше температур, обеспечивая формирование рутита.Knowing the conditions for the formation of marinite, the sample was quenched from the temperatures determined above, ensuring the formation of rutite.

Таким образом, было установлено, что в температурном интервале от 950 до 740°C необходимо осуществлять охлаждение на воздухе, затем осуществлять импульс пластической деформации при величине относительной деформации 6,34% при температурах деформирования 740-760°C; выдержку при этих температурах в течение 60 с и повторный импульс деформирующего воздействия при величине относительной деформации 6,34%, а дальнейшее охлаждение до комнатной температуры вести со скоростью снижения температуры поверхности 90-110 град/с, соответствующей охлаждению в воде. После этого заготовку из стали указанного химического состава в виде полосы размерами 14,2×200×1320 мм нагревали до температуры 950°C, подвергали охлаждению на воздухе до температуры 740°C, прокатывали на лабораторном прокатном стане в указанном температурном интервале с абсолютным обжатием 0,9 мм, обеспечивая импульс пластической деформации требуемой степени, выдерживали при этих температурах в течение 60 с, осуществляли еще один проход с абсолютным обжатием 0,8 мм (повторный импульс деформации), обеспечивая достижение требуемого типоразмера полосы и быстрое охлаждение (закалку). Охлаждение осуществлялось с использованием для этой цели технической воды. Металлографический анализ и дифракционные исследования образца заготовки, охлажденного до комнатной температуры, показал, что объемная доля рутита составляет ~15%, а объемная доля феррита ~85%, что соответствует заданному структурному состоянию. Требуемый технический результат достигнут.Thus, it was found that in the temperature range from 950 to 740 ° C, it is necessary to carry out cooling in air, then to carry out an impulse of plastic deformation at a relative strain of 6.34% at deformation temperatures of 740-760 ° C; holding at these temperatures for 60 s and a repeated pulse of the deforming effect at a relative strain of 6.34%, and further cooling to room temperature should be carried out at a rate of surface temperature decrease of 90-110 deg / s, corresponding to cooling in water. After that, a steel billet of the specified chemical composition in the form of a strip measuring 14.2 × 200 × 1320 mm was heated to a temperature of 950 ° C, subjected to cooling in air to a temperature of 740 ° C, rolled in a laboratory rolling mill in the indicated temperature range with absolute compression 0 , 9 mm, providing an impulse of plastic deformation of the required degree, was held at these temperatures for 60 s, another pass was carried out with an absolute compression of 0.8 mm (repeated impulse of deformation), ensuring the achievement of the required floor size wasps and rapid cooling (hardening). Cooling was carried out using industrial water for this purpose. Metallographic analysis and diffraction studies of a sample of the workpiece cooled to room temperature showed that the volume fraction of rutite is ~ 15%, and the volume fraction of ferrite is ~ 85%, which corresponds to a given structural state. The required technical result is achieved.

Список литературыBibliography

1. RU 2044779.1. RU 2044779.

2. RU 2272080.2. RU 2272080.

3. RU 2266966.3. RU 2266966.

4. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. - М.: Наука, 1978.4. Kittel C. Introduction to solid state physics. - M.: Science, 1978.

5. Wasserman E.F., In: Ferromagnetic Materials, ed. by K.L.J. Buschow and E.P.Wohlfarth (North Holland, Amsterdam, 1990), vol.5, p.237.5. Wasserman E.F., In: Ferromagnetic Materials, ed. by K.L.J. Buschow and E.P. Wohlfarth (North Holland, Amsterdam, 1990), vol. 5, p. 237.

6. Rietveld H.M., J. Appl. Cryst. 1969. V.2. P.65.6. Rietveld H. M., J. Appl. Cryst. 1969. V.2. P.65.

7. Kohn W., Sham L.J., Phys Rev 1965, V.140, Р. А1133.7. Kohn W., Sham L.J., Phys Rev 1965, V. 140, P. A1133.

8. Kaufman L., Clougherty E.V., Weiss R.J., Acta Met 1963, V.11, P.323.8. Kaufman L., Clougherty E.V., Weiss R.J., Acta Met 1963, V.11, P.323.

9. M.Acet, H.Zahres, B.F.Wasserman, Phys. Rev. В, v.49, p.6012 (1994).9. M. Acet, H. Zahres, B. F. Wasserman, Phys. Rev. B, v. 49, p. 6012 (1994).

10. A.I.Liechtenstein, M.I.Katsnelson, V.Р.Antropov, and V.A.Gubanov, JMMM, V.67, P.65 (1987).10. A.I. Liechtenstein, M.I. Katsnelson, V.P. Antropov, and V.A. Gubanov, JMMM, V.67, P.65 (1987).

11. S.V.Okatov, A.R.Kuznetsov, Yu.N.Gornostyrev, V.N.Urtsev, M.I.Katsnelson, Phys. Rev. В, v.79, p.094111 (2009).11. S.V. Okatov, A.R. Kuznetsov, Yu.N. Gornostyrev, V.N. Urtsev, M.I. Katsnelson, Phys. Rev. B, v. 79, p.094111 (2009).

12. Boukhvalov D.W., Gornostyrev Yu.N., Katsnelson M.I., Lichtenstein A.I. // Phys. Rev. Lett. 2007. Vol.99. P.247205.12. Boukhvalov D.W., Gornostyrev Yu.N., Katsnelson M.I., Lichtenstein A.I. // Phys. Rev. Lett. 2007. Vol. 99. P.247205.

13. Курдюмов Г.В., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. М.: Наука, 1977.13. Kurdyumov G.V., Utevsky L.M., Entin R.I. Transformations in iron and steel. M .: Nauka, 1977.

14. Зюзин В.И., Терских С.А., Евтеев Е.А. Особенности сорбитизации катанки с прокатного нагрева и свойства проволоки из нее. Техническая информация. - Белорецк, 2001.14. Zyuzin V.I., Terskikh S.A., Evteev E.A. Features of sorbitization of wire rod from rolling heating and properties of wire from it. Technical information. - Beloretsk, 2001.

15. Алексеев Ю.Г, Кувалдин Н.А. Металлокорд для автомобильных шин. - М.: Металлургия, 1992.15. Alekseev Yu.G. Kuvaldin N.A. Metal cord for car tires. - M.: Metallurgy, 1992.

16. Урцев В.Н., Горностырев Ю.Н., Кацнельсон М.И., Шмаков А.В., Королев А.В., Дегтярев В.Н., Мокшин Е.Д., Воронин В.И. Взаимосвязь магнитных и решеточных степеней свободы в системе Fe-C. // Сталь. 2010. №7. С.101-106.16. Urtsev V.N., Gornostyrev Yu.N., Katsnelson M.I., Shmakov A.V., Korolev A.V., Degtyarev V.N., Mokshin E.D., Voronin V.I. Interrelation of magnetic and lattice degrees of freedom in the Fe-C system. // Steel. 2010. No. 7. S.101-106.

Claims (41)

1. Способ термической обработки изделий из сплавов на основе железа с содержанием углерода до 4,3% по массе, включающий нагрев, обеспечивающий формирование аустенита и последующее охлаждение по режимам, обеспечивающим формирование заданного структурного состояния, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют по режимам, обеспечивающим формирование в структуре сплава областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, с последующим формированием в них маринита, а заданное структурное состояние формируют с получением в нем перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур.1. The method of heat treatment of products from alloys based on iron with a carbon content of up to 4.3% by weight, including heating, which ensures the formation of austenite and subsequent cooling according to the modes, providing the formation of a given structural state, characterized in that the cooling is carried out according to the modes, providing the formation in the structure of the alloy of austenite regions with a chemical composition close to eutectoid, followed by the formation of marinite in them, and a predetermined structural state is formed with obtaining in m perlite different fineness and / or quenching structures. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют по режимам, обеспечивающим формирование в структуре сплава заданной доли областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, с последующим формированием в них заданной доли маринита.2. The method according to claim 1, characterized in that the cooling is carried out according to modes that ensure the formation in the structure of the alloy of a predetermined fraction of austenite regions with a chemical composition close to eutectoid, with the subsequent formation of a predetermined proportion of marinite in them. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что режимы, обеспечивающие формирование в структуре сплава заданной доли маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, определяют расчетным или экспериментальным путем.3. The method according to claim 2, characterized in that the modes that ensure the formation in the alloy structure of a given fraction of marinite from areas of austenite with a chemical composition close to eutectoid are determined by calculation or experimentally. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что заданное структурное состояние сплава формируют с получением в нем заданных долей перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур.4. The method according to claim 1, characterized in that the predetermined structural state of the alloy is formed to obtain specified proportions of perlite in it of varying degrees of dispersion and / or quenching structures. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что при расчетном определении режимов, обеспечивающих формирование маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, задают температурный интервал формирования маринита, удовлетворяющий условиям:
Figure 00000036
,
где
Figure 00000037
- температура локального ферромагнитного упорядочения в аустените вблизи атома углерода, определяемая методом квантово-механического расчета;
TTEX - температура, выбираемая с учетом технологических ограничений,
при этом выбирают скорость охлаждения, при которой зависимость температуры охлаждения от времени Т(t) удовлетворяет условию Т(t)<Θ(t), где зависимость Θ(t) определена линиями начала перлитного и бейнитного превращений на термокинетической диаграмме.
5. The method according to claim 3, characterized in that in the calculated determination of the modes that ensure the formation of marinite from areas of austenite with a chemical composition close to eutectoid, set the temperature range for the formation of marinite, satisfying the conditions:
Figure 00000036
,
Where
Figure 00000037
- the temperature of local ferromagnetic ordering in austenite near the carbon atom, determined by the method of quantum mechanical calculation;
T TEX - temperature selected taking into account technological limitations,
in this case, the cooling rate is selected at which the dependence of the cooling temperature on time T (t) satisfies the condition T (t) <Θ (t), where the dependence Θ (t) is determined by the start lines of the pearlite and bainitic transformations on the thermokinetic diagram.
6. Способ по п.3, отличающийся тем, что при определении режимов экспериментальным путем, обеспечивающих формирование маринита из областей аустенита с химическим составом, близким к эвтектоидному, проводят закалку образцов от фиксированных температур при различном времени выдержки, а факт получения маринита устанавливают по наличию в закаленном образце рутита.6. The method according to claim 3, characterized in that when determining the modes experimentally, ensuring the formation of marinite from areas of austenite with a chemical composition close to eutectoid, the samples are quenched from fixed temperatures at different exposure times, and the fact of obtaining marinite is established by the presence of in a hardened rutite sample. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что наличие рутита устанавливают дифракционными методами.7. The method according to claim 6, characterized in that the presence of rutite is established by diffraction methods. 8. Способ по п.4, отличающийся тем, что режим охлаждения, приводящий к образованию заданного количества перлита в заданном структурном состоянии, определяют посредством закалки экспериментальных образцов с последующим определением их структурного состояния.8. The method according to claim 4, characterized in that the cooling mode, leading to the formation of a given amount of perlite in a given structural state, is determined by quenching the experimental samples with subsequent determination of their structural state. 9. Способ по п.1, или 2, или 4, отличающийся тем, что режим охлаждения, приводящий к образованию заданного структурного состояния определяют путем измерения температуры в выбранных точках объема модельного образца сплава простой формы при охлаждении со скоростями, приводящими к получению требуемого структурного состояния в образце из сплава, и определения значений термокинетических констант, обеспечивающих при известных тепловых потоках на поверхности образца совпадение зависимостей температуры от времени, полученной в ходе модельного эксперимента и в результате решения системы уравнений, включающей в себя:
уравнение теплопроводности:
Figure 00000038
,
где оператор
Figure 00000004
имеет размерность м-1;
r - радиус-вектор точки, в которой производятся вычисления;
ρ - плотность, кг/м3;
qi - удельная энтальпия образования i-й фазы, Дж/кг;
fi(r,t,Т) - безразмерная массовая доля фазы i в окрестности точки r в момент времени t при температуре Т;
Figure 00000005
- поток тепла, Дж/(м2·с);
Н(r,t,Т) - распределение энтальпии по объему образца, Дж/м3,
уравнение сохранения энергии:
Figure 00000039
,
где
Figure 00000007
- удельная теплоемкость фазы i при постоянном давлении от температуры, Дж/(кг·К),
кинетическое уравнение:
Figure 00000040
,
где Mik(Т,fk(τ),(t-τ)) - функциональная зависимость, определяющая скорость изменения со временем t массовой доли fi фазы i, определяемая для каждого фазового превращения,
и проведения с использованием указанных уравнений и найденных термокинетических констант расчета зависимости потока тепла от времени по поверхности изделия из сплава, обеспечивающей траекторию изменения температуры во времени, приводящую к формированию заданного структурного состояния.
9. The method according to claim 1, or 2, or 4, characterized in that the cooling mode leading to the formation of a given structural state is determined by measuring the temperature at selected points in the volume of the model sample of an alloy of simple form during cooling at speeds leading to the desired structural state in the alloy sample, and determination of the values of thermokinetic constants, which ensure, at known heat fluxes on the surface of the sample, the temperature dependences on time obtained during the model ksperimenta and by solving the system of equations, which includes:
heat equation:
Figure 00000038
,
where is the operator
Figure 00000004
has a dimension of m -1 ;
r is the radius vector of the point at which the calculations are made;
ρ is the density, kg / m 3 ;
q i is the specific enthalpy of formation of the i-th phase, J / kg;
f i (r, t, Т) is the dimensionless mass fraction of phase i in the vicinity of point r at time t at temperature T;
Figure 00000005
- heat flux, J / (m 2 · s);
N (r, t, T) is the distribution of enthalpy over the volume of the sample, J / m 3 ,
energy conservation equation:
Figure 00000039
,
Where
Figure 00000007
- specific heat of phase i at constant pressure on temperature, J / (kg · K),
kinetic equation:
Figure 00000040
,
where M ik (Т, f k (τ), (t-τ)) is a functional dependence that determines the rate of change with time t of the mass fraction f i of phase i, determined for each phase transformation,
and using the above equations and the found thermokinetic constants to calculate the dependence of the heat flux on time over the surface of the alloy product, providing a trajectory of temperature change over time, leading to the formation of a given structural state.
10. Способ по п.4, отличающийся тем, что после формирования маринита, охлаждение осуществляют по режимам, приводящим к формированию задаваемых долей фаз феррита и карбидов железа в заданном структурном состоянии без образования закалочных структур или с образованием их в долях, не превышающих заданные.10. The method according to claim 4, characterized in that after the formation of marinite, cooling is carried out according to the modes leading to the formation of the specified fractions of the phases of ferrite and iron carbides in a given structural state without the formation of quenching structures or with the formation of them in fractions not exceeding the specified ones. 11. Способ по п.4, отличающийся тем, что после формирования заданной доли перлита охлаждение изделий из сплава осуществляют со скоростями, достаточными для подавления диффузионных превращений.11. The method according to claim 4, characterized in that after the formation of a given fraction of perlite, the cooling of alloy products is carried out at speeds sufficient to suppress diffusion transformations. 12. Способ по п.1, или 10, или 11, отличающийся тем, что осуществляют импульсное охлаждение.12. The method according to claim 1, or 10, or 11, characterized in that carry out pulse cooling. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют с импульсами, которые чередуют с паузами, длительности которых выбирают достаточными для задаваемого снижения разности между максимальными и минимальными значениями температуры по сечению изделий из сплава.13. The method according to p. 12, characterized in that the cooling is carried out with pulses that alternate with pauses, the duration of which is selected sufficient for a given reduction of the difference between the maximum and minimum temperature values over the cross section of alloy products. 14. Способ по п.12, отличающийся тем, что длительность каждого из импульсов охлаждения выбирают таким образом, чтобы они не приводили к образованию закалочных структур в заданном структурном состоянии.14. The method according to p. 12, characterized in that the duration of each of the cooling pulses is chosen so that they do not lead to the formation of quenching structures in a given structural state. 15. Способ по п.12, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют с импульсами, при этом один из импульсов охлаждения выбирают обеспечивающим максимальное снижение температуры поверхности изделий из сплава без образования закалочных структур в заданном структурном состоянии.15. The method according to p. 12, characterized in that the cooling is carried out with pulses, while one of the cooling pulses is selected to provide the maximum reduction in surface temperature of alloy products without the formation of quenching structures in a given structural state. 16. Способ по п.4, отличающийся тем, что после формирования в структуре сплава заданной доли аустенита, достаточной для получения в заданном структурном состоянии заданных долей перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур, снижение температуры, требуемое для формирования маринита, осуществляют импульсным охлаждением.16. The method according to claim 4, characterized in that after the formation of a predetermined austenite fraction in the alloy structure, sufficient to obtain specified perlite fractions of varying degrees of dispersion and / or quenching structures in a given structural state, the temperature reduction required for the formation of marinite is carried out by a pulse cooling. 17. Способ по п.12, отличающийся тем, что после достижения долей фаз феррита и карбидов железа, обеспечивающих в дальнейшем получение заданного структурного состояния, импульсное охлаждение прекращают и переходят к монотонному охлаждению и/или изотермической выдержке.17. The method according to p. 12, characterized in that after reaching the fractions of the phases of ferrite and iron carbides, which further provide a given structural state, impulse cooling is stopped and transitions to monotonic cooling and / or isothermal aging. 18. Способ по п.1, отличающийся тем, что после нагрева изделий из сплава до температур, обеспечивающих формирование в структуре сплава заданной доли аустенита, изделия из сплава подвергают пластической деформации.18. The method according to claim 1, characterized in that after heating the alloy products to temperatures ensuring the formation of a predetermined austenite fraction in the alloy structure, the alloy products are subjected to plastic deformation. 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что пластическую деформацию изделий из сплава осуществляют или завершают при температурах tKфер±50°С, где tKфер - температура Кюри феррита, °C.19. The method according to p. 18, characterized in that the plastic deformation of the alloy products is carried out or completed at temperatures t Kfer ± 50 ° C, where t Kfer is the Curie temperature of ferrite, ° C. 20. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе формирования маринита на изделия из сплава воздействуют постоянным или импульсным магнитным полем.20. The method according to claim 1, characterized in that in the process of the formation of marinite, alloy products are exposed to a constant or pulsed magnetic field. 21. Способ по п.1, отличающийся тем, что для охлаждения используют воду или водосодержащие среды.21. The method according to claim 1, characterized in that for cooling use water or aqueous media. 22. Способ термической обработки изделий из сплавов на основе железа с содержанием углерода до 4,3% по массе, включающий нагрев и последующее охлаждение по режимам, обеспечивающим формирование заданного структурного состояния, отличающийся тем, что нагрев осуществляют по режимам, обеспечивающим формирование в структуре сплава маринита, а заданное структурное состояние формируют с получением в нем перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур.22. The method of heat treatment of products from iron-based alloys with a carbon content of up to 4.3% by weight, including heating and subsequent cooling according to the modes that provide the formation of a given structural state, characterized in that the heating is carried out according to modes that ensure the formation in the alloy structure marinite, and a given structural state is formed to produce perlite in it of varying degrees of dispersion and / or quenching structures. 23. Способ по п.22, отличающийся тем, что нагрев осуществляют по режимам, обеспечивающим формирование в структуре сплава заданной доли маринита.23. The method according to p. 22, characterized in that the heating is carried out according to modes that ensure the formation in the structure of the alloy of a given fraction of marinite. 24. Способ по п.23, отличающийся тем, что режимы, обеспечивающие формирование в структуре сплава заданной доли маринита, определяют расчетным или экспериментальным путем.24. The method according to item 23, wherein the modes that ensure the formation in the structure of the alloy of a given fraction of marinite, determined by calculation or experimentally. 25. Способ по п.22, отличающийся тем, что заданное структурное состояние формируют с получением в нем заданных долей перлита различной степени дисперсности и/или закалочных структур.25. The method according to p. 22, characterized in that a predetermined structural state is formed with obtaining specified fractions of perlite in it of varying degrees of dispersion and / or quenching structures. 26. Способ по п.24, отличающийся тем, что при определении расчетным путем режимов, обеспечивающих формирование маринита, задают диапазон температур нагрева, удовлетворяющий условиям:
Figure 00000009
,
где
Figure 00000010
- температура локального ферромагнитного упорядочения в аустените вблизи атома углерода, определяемая методом квантово-механического расчета;
Тх - эвтектоидная температура для сплава соответствующего химического состава,
и время выдержки t в секундах, необходимое для растворения заданной доли цементита fc, определяемое из уравнения:
fc=1,05fC0exp(-ktn),
где fC0 - безразмерная доля цементита в начальный момент времени,
4>n>3 - степенной показатель;
k - параметр, определяющий скорость растворения цементита в сплаве соответствующего химического состава при температуре Т, с-n.
26. The method according to paragraph 24, characterized in that when determining by calculation the modes that ensure the formation of marinite, set the temperature range of the heating, satisfying the conditions:
Figure 00000009
,
Where
Figure 00000010
- the temperature of local ferromagnetic ordering in austenite near the carbon atom, determined by the method of quantum mechanical calculation;
T x - eutectoid temperature for the alloy of the corresponding chemical composition,
and the exposure time t in seconds required to dissolve a given fraction of cementite f c , determined from the equation:
f c = 1.05 f C0 exp (-kt n ),
where f C0 is the dimensionless fraction of cementite at the initial instant of time,
4>n> 3 is a power exponent;
k is a parameter that determines the rate of dissolution of cementite in an alloy of the corresponding chemical composition at a temperature T, s -n .
27. Способ по п.24, отличающийся тем, что при определении экспериментальным путем режимов, обеспечивающих формирование в структуре сплава маринита, проводят закалку образцов от фиксированных температур при различном времени выдержки при них, а факт получения маринита устанавливают по наличию в закаленном образце рутита.27. The method according to p. 24, characterized in that when experimentally determining the modes that ensure the formation of marinite in the alloy structure, the samples are quenched from fixed temperatures at different exposure times, and the fact of obtaining marinite is established by the presence of rutite in the quenched sample. 28. Способ по п.27, отличающийся тем, что наличие рутита устанавливают дифракционными методами.28. The method according to item 27, wherein the presence of rutite is established by diffraction methods. 29. Способ по п.25, отличающийся тем, что режим охлаждения, приводящий к образованию заданного количества перлита в заданном структурном состоянии, определяют посредством закалки экспериментальных образцов с последующим определением их структурного состояния.29. The method according A.25, characterized in that the cooling mode, leading to the formation of a given amount of perlite in a given structural state, is determined by quenching the experimental samples with subsequent determination of their structural state. 30. Способ по п.22, или 23, или 25, отличающийся тем, что режим охлаждения, приводящий к образованию заданного структурного состояния, определяют путем измерения температуры в выбранных точках объема модельного образца сплава простой формы при охлаждении со скоростями, приводящими к получению требуемого структурного состояния в образце из сплава, и определения значений термокинетических констант, обеспечивающих при известных тепловых потоках на поверхности образца совпадение зависимостей температуры от времени, полученной в ходе модельного эксперимента и в результате решения системы уравнений, включающей в себя:
уравнение теплопроводности:
Figure 00000003
,
где оператор
Figure 00000004
имеет размерность м-1;
r - радиус-вектор точки, в которой производятся вычисления;
ρ - плотность, кг/м3;
qi - удельная энтальпия образования i-й фазы, Дж/кг;
fi(r,t,Т) - безразмерная массовая доля фазы i в окрестности точки r в момент времени t при температуре Т;
Figure 00000012
- поток тепла, Дж/(м2·с);
Н(r,t,T) - распределение энтальпии по объему образца, Дж/м3,
уравнение сохранения энергии:
Figure 00000039
,
где
Figure 00000007
- удельная теплоемкость фазы i при постоянном давлении от температуры, Дж/(кг·К),
кинетическое уравнение:
Figure 00000040
,
где Mik(T,fk(τ),(t-τ)) - функциональная зависимость, определяющая скорость изменения со временем t массовой доли fi фазы i, определяемая для каждого фазового превращения,
и проведения с использованием указанных уравнений и найденных термокинетических констант расчета зависимости потока тепла от времени по поверхности изделия из сплава, обеспечивающей траекторию изменения температуры во времени, приводящую к формированию заданного структурного состояния.
30. The method according to p. 22, or 23, or 25, characterized in that the cooling mode leading to the formation of a given structural state is determined by measuring the temperature at selected points in the volume of the model alloy sample of simple form during cooling at speeds leading to the desired the structural state in the alloy sample, and determining the values of thermokinetic constants, which ensure, at known heat fluxes on the surface of the sample, the temperature dependences of the time obtained during the simulation about the experiment and by solving the system of equations, which includes:
heat equation:
Figure 00000003
,
where is the operator
Figure 00000004
has a dimension of m -1 ;
r is the radius vector of the point at which the calculations are made;
ρ is the density, kg / m 3 ;
q i is the specific enthalpy of formation of the i-th phase, J / kg;
f i (r, t, Т) is the dimensionless mass fraction of phase i in the vicinity of point r at time t at temperature T;
Figure 00000012
- heat flux, J / (m 2 · s);
N (r, t, T) is the distribution of enthalpy over the volume of the sample, J / m 3 ,
energy conservation equation:
Figure 00000039
,
Where
Figure 00000007
- specific heat of phase i at constant pressure on temperature, J / (kg · K),
kinetic equation:
Figure 00000040
,
where M ik (T, f k (τ), (t-τ)) is a functional dependence that determines the rate of change with time t of the mass fraction f i of phase i, determined for each phase transformation,
and using the above equations and the found thermokinetic constants to calculate the dependence of the heat flux on time over the surface of the alloy product, providing a trajectory of temperature change over time, leading to the formation of a given structural state.
31. Способ по п.25, отличающийся тем, что после формирования маринита охлаждение осуществляют по режимам, приводящим к формированию задаваемых долей фаз феррита и карбидов железа в заданном структурном состоянии без образования закалочных структур или с образованием их в долях, не превышающих заданные.31. The method according A.25, characterized in that after the formation of marinite, cooling is carried out according to the regimes leading to the formation of specified fractions of the phases of ferrite and iron carbides in a given structural state without the formation of quenching structures or with the formation of them in fractions not exceeding specified. 32. Способ по п.25, отличающийся тем, что после формирования заданной доли перлита охлаждение изделий из сплава осуществляют со скоростями, достаточными для подавления диффузионных превращений.32. The method according A.25, characterized in that after the formation of a given fraction of perlite, the cooling of alloy products is carried out at speeds sufficient to suppress diffusion transformations. 33. Способ по п.22, или 31, или 32, отличающийся тем, что осуществляют импульсное охлаждение.33. The method according to item 22, or 31, or 32, characterized in that the pulse cooling is carried out. 34. Способ по п.33, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют с импульсами, которые чередуют с паузами, длительности которых выбирают достаточными для задаваемого снижения разности между максимальными и минимальными значениями температуры по сечению изделий из сплава.34. The method according to p. 33, characterized in that the cooling is carried out with pulses that alternate with pauses, the duration of which is selected sufficient for a given reduction of the difference between the maximum and minimum values of temperature over the cross section of alloy products. 35. Способ по п.33, отличающийся тем, что длительность каждого из импульсов охлаждения выбирают таким образом, чтобы они не приводили к образованию закалочных структур в заданном структурном состоянии.35. The method according to p. 33, characterized in that the duration of each of the cooling pulses is chosen so that they do not lead to the formation of quenching structures in a given structural state. 36. Способ по п.33, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют с импульсами, при этом один из импульсов охлаждения выбирают обеспечивающим максимальное снижение температуры поверхности изделия из сплава без образования закалочных структур в заданном структурном состоянии.36. The method according to p. 33, characterized in that the cooling is carried out with pulses, while one of the cooling pulses is selected to provide the maximum reduction in the surface temperature of the alloy product without the formation of quenching structures in a given structural state. 37. Способ по п.33, отличающийся тем, что после достижения долей фаз феррита и карбидов железа, обеспечивающих в дальнейшем получение заданного структурного состояния, импульсное охлаждение прекращают и переходят к монотонному охлаждению и/или изотермической выдержке.37. The method according to p. 33, characterized in that after reaching the fractions of the phases of ferrite and iron carbides, which further provide a given structural state, impulse cooling is stopped and transferred to monotonic cooling and / or isothermal aging. 38. Способ по п.22, отличающийся тем, что изделия из сплава при нагреве до или в процессе формирования маринита подвергают пластической деформации.38. The method according to item 22, wherein the alloy products are subjected to plastic deformation when heated to or during the formation of marinite. 39. Способ по п.22, отличающийся тем, что изделия из сплава после формирования маринита подвергают пластической деформации.39. The method according to item 22, wherein the alloy products after the formation of marinite are subjected to plastic deformation. 40. Способ по п.38 или 39, отличающийся тем, что пластическую деформацию изделий из сплава осуществляют или завершают при температурах tКфер±50°С, где tКфер - температура Кюри феррита, °C.40. The method according to § 38 or 39, characterized in that the plastic deformation of the alloy products is carried out or completed at temperatures t Kfer ± 50 ° C, where t Kfer is the Curie temperature of ferrite, ° C. 41. Способ по п.22, отличающийся тем, что для охлаждения используют воду или водосодержащие среды. 41. The method according to item 22, wherein the use of water or aqueous media for cooling.
RU2010133286/02A 2010-08-10 2010-08-10 Method of metal structure alloy thermal treatment RU2447163C1 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010133286/02A RU2447163C1 (en) 2010-08-10 2010-08-10 Method of metal structure alloy thermal treatment
EP11816683.4A EP2604706A1 (en) 2010-08-10 2011-08-08 Method for thermal processing of articles consisting of alloys on the basis of iron (variants)
PCT/RU2011/000595 WO2012021090A1 (en) 2010-08-10 2011-08-08 Method for thermal processing of articles consisting of alloys on the basis of iron (variants)
KR1020137006100A KR20140050570A (en) 2010-08-10 2011-08-08 Method for thermal processing of articles consisting of alloys on the basis of iron (variants)
EA201300083A EA022014B1 (en) 2010-08-10 2011-08-08 Method for thermal processing of articles consisting of alloys on the basis of iron (variants)
US13/767,212 US20130153090A1 (en) 2010-08-10 2013-02-14 Method for thermal treatment of articles from iron-based alloys (variants)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010133286/02A RU2447163C1 (en) 2010-08-10 2010-08-10 Method of metal structure alloy thermal treatment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010133286A RU2010133286A (en) 2012-02-20
RU2447163C1 true RU2447163C1 (en) 2012-04-10

Family

ID=45567859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010133286/02A RU2447163C1 (en) 2010-08-10 2010-08-10 Method of metal structure alloy thermal treatment

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2604706A1 (en)
KR (1) KR20140050570A (en)
EA (1) EA022014B1 (en)
RU (1) RU2447163C1 (en)
WO (1) WO2012021090A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2655458C1 (en) * 2017-06-02 2018-05-28 Антон Владимирович Шмаков Method for determining a specific thermal effect of phase transformation

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3055802B1 (en) * 2013-10-10 2023-12-06 Oerlikon Metco (US) Inc. Methods of selecting material compositions and designing materials having a target property
EP3426806B1 (en) * 2016-03-10 2024-05-15 Tata Steel Limited A method for heat treating an iron-carbon alloy
CN115069985B (en) * 2022-06-16 2024-09-27 襄阳聚力新材料科技有限公司 Casting process and casting material for producing martensitic wear-resistant cast iron
CN115537505A (en) * 2022-11-18 2022-12-30 太原科技大学 Method for accelerating precipitation speed of copper-rich phase of copper-containing steel by electric pulse

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU834154A1 (en) * 1977-12-13 1981-05-30 Донецкий Ордена Трудового Красногознамени Политехнический Институт Method of producing leaf spring strip
SU1724698A1 (en) * 1989-10-12 1992-04-07 Институт проблем литья АН УССР Method of heat treatment of steel sheets
RU2186859C2 (en) * 2000-01-18 2002-08-10 Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение Method of hardening of articles from steels and alloys
RU2235792C2 (en) * 1998-12-19 2004-09-10 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Method for manufacture of steel sheet (versions) and steel sheet
RU2256705C1 (en) * 2004-01-26 2005-07-20 Открытое акционерное общество "ТРУБОДЕТАЛЬ" Method of thermal treatment of items
RU2348701C2 (en) * 2007-04-23 2009-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Method of structural steel thermal treatment

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57134514A (en) * 1981-02-12 1982-08-19 Kawasaki Steel Corp Production of high-tensile steel of superior low- temperature toughness and weldability
RU2044779C1 (en) 1992-06-05 1995-09-27 Производственное объединение "Ижсталь" Method of preliminary heat treatment of medium and large rolled sections
RU2201460C2 (en) * 2000-05-04 2003-03-27 Республиканское унитарное предприятие "Минский тракторный завод" Method of high-quality treatment of articles and device for realization of this method
DE10137596A1 (en) 2001-08-01 2003-02-13 Sms Demag Ag Cooling workpieces, especially profile rolled products, made from rail steel comprises guiding the workpieces through a cooling path composed of cooling modules with independently adjustable cooling parameters
DE10148305A1 (en) 2001-09-29 2003-04-24 Sms Meer Gmbh Process and plant for the thermal treatment of rails

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU834154A1 (en) * 1977-12-13 1981-05-30 Донецкий Ордена Трудового Красногознамени Политехнический Институт Method of producing leaf spring strip
SU1724698A1 (en) * 1989-10-12 1992-04-07 Институт проблем литья АН УССР Method of heat treatment of steel sheets
RU2235792C2 (en) * 1998-12-19 2004-09-10 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Method for manufacture of steel sheet (versions) and steel sheet
RU2186859C2 (en) * 2000-01-18 2002-08-10 Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение Method of hardening of articles from steels and alloys
RU2256705C1 (en) * 2004-01-26 2005-07-20 Открытое акционерное общество "ТРУБОДЕТАЛЬ" Method of thermal treatment of items
RU2348701C2 (en) * 2007-04-23 2009-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Method of structural steel thermal treatment

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Металловедение и термическая обработка, №7, 2010, с.101-106. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2655458C1 (en) * 2017-06-02 2018-05-28 Антон Владимирович Шмаков Method for determining a specific thermal effect of phase transformation

Also Published As

Publication number Publication date
EP2604706A1 (en) 2013-06-19
RU2010133286A (en) 2012-02-20
EA201300083A1 (en) 2013-06-28
WO2012021090A1 (en) 2012-02-16
EA022014B1 (en) 2015-10-30
KR20140050570A (en) 2014-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. A low-alloy high-carbon martensite steel with 2.6 GPa tensile strength and good ductility
Nasiri et al. Thermal mechanisms of grain refinement in steels: a review
Berns et al. High interstitial stainless austenitic steels
Furuhara et al. Control of cementite precipitation in lath martensite by rapid heating and tempering
Halfa Recent trends in producing ultrafine grained steels
Gao et al. Martensite transformation kinetics in 9Cr–1.7 W–0.4 Mo–Co ferritic steel
RU2447163C1 (en) Method of metal structure alloy thermal treatment
Li et al. Mechanical behaviour and microstructure of Fe-20/27Mn–4Al-0.3 C low magnetic steel at room and cryogenic temperatures
Deng et al. Extending the boundaries of mechanical properties of Ti-Nb low-carbon steel via combination of ultrafast cooling and deformation during austenite-to-ferrite transformation
Celada-Casero et al. Microstructural mechanisms controlling the mechanical behaviour of ultrafine grained martensite/austenite microstructures in a metastable stainless steel
Mondal et al. Isothermal transformation kinetics, microstructure and mechanical properties of a carbide free bainitic steel
Cheng et al. Microstructure and dynamic mechanical behavior of wire-arc additive manufactured high-strength steel
Li et al. A simultaneously improved strength and ductility on carbide free bainite steel via novel ausrolling and twinning process based on SFE controlling
US10066278B2 (en) Development of nanostructure austempered ductile iron with dual phase microstructure
Rong et al. Influence of cold rolling on the stability of retained austenite and mechanical properties of a Cu bearing low carbon low manganese steel
Xie et al. Microstructure and mechanical properties of a Ti-microalloyed low-carbon stainless steel treated by quenching-partitioning-tempering process
Todaka et al. Formation of surface nanocrystalline structure in steels by shot peening and role of strain gradient on grain refinement by deformation
Liu et al. Pearlitic transformations in an ultrafine-grained hypereutectoid steel
Umemoto et al. Formation and annealing behavior of nanocrystalline steels produced by ball drop test
US20130153090A1 (en) Method for thermal treatment of articles from iron-based alloys (variants)
Bae et al. Effects of austenite conditioning on austenite/ferrite phase transformation of HSLA steel
Dossett et al. Introduction to steel heat treatment
RU2519719C1 (en) Production of hot-rolled stock from microalloyed steels
Jurci et al. Effect of Sub-Zero Treatment Temperatures on Hardness, Flexural Strength, and Fracture Toughness of Vanadis 6 Ledeburitic Die Steel
Asadi Influence of the hot rolling process on the mechanical behavior of dual phase steels