RU2464324C1 - Cryogenic treatment method of austenitic steel - Google Patents

Cryogenic treatment method of austenitic steel Download PDF

Info

Publication number
RU2464324C1
RU2464324C1 RU2011136887/02A RU2011136887A RU2464324C1 RU 2464324 C1 RU2464324 C1 RU 2464324C1 RU 2011136887/02 A RU2011136887/02 A RU 2011136887/02A RU 2011136887 A RU2011136887 A RU 2011136887A RU 2464324 C1 RU2464324 C1 RU 2464324C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
nickel
molybdenum
temperature tempering
deformation
Prior art date
Application number
RU2011136887/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Христофорович Шахпазов (RU)
Евгений Христофорович Шахпазов
Владимир Александрович Углов (RU)
Владимир Александрович Углов
Александр Маркович Глезер (RU)
Александр Маркович Глезер
Олег Петрович Жуков (RU)
Олег Петрович Жуков
Виктор Васильевич Русаненко (RU)
Виктор Васильевич Русаненко
Елена Николаевна Блинова (RU)
Елена Николаевна Блинова
Алексей Дмитриевич Клиппенштейн (RU)
Алексей Дмитриевич Клиппенштейн
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина")
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 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России), Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority to RU2011136887/02A priority Critical patent/RU2464324C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2464324C1 publication Critical patent/RU2464324C1/en

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: austenitic steel containing the following component ratio, wt %, is made: carbon 0.01-0.20, chrome 12.0-16.0, nickel 11.0-15.0, aluminium 0.2-2.7, molybdenum 1.5-2.5, manganese up to 0.3, titanium up to 0.3, silicon up to 0.3, copper up to 0.2, sulphur up to 0.03, phosphorus up to 0.03, iron and inevitable impurities are the rest when the following conditions are met: sum of nickel and molybdenum is equal to 13.0-16.5, ratio of aluminium and nickel is equal to 0.018-0.18; steel hardening is performed; plastic deformation is performed at cryogenic temperatures at several stages; low-temperature tempering is performed after each stage; high-temperature tempering and ultrasound treatment is performed in the range of operating frequencies f=26-27 kHz.
EFFECT: increasing yield strength and magnetic properties.
2 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к способам деформационной и ультразвуковой обработки высокопрочных аустенитных сталей с мартенситным и диффузионным превращениями при криогенных температурах, и может быть использовано, например, при изготовлении высоконагруженных деталей в машиностроении и энергомашиностроении, прецизионных деталей в приборостоении.The invention relates to the field of ferrous metallurgy, and more particularly to methods of deformation and ultrasound treatment of high-strength austenitic steels with martensitic and diffusion transformations at cryogenic temperatures, and can be used, for example, in the manufacture of highly loaded parts in mechanical engineering and power engineering, precision parts in instrumentation.

Известен способ деформационной обработки сталей, включающий закалку, пластическую деформацию при жидком азоте и отпуск (Патент РФ №2049126, C21/D 9/22 05.02.1993 г.). Основными недостатками указанного способа являются низкие прочностные характеристики обработанных сталей и высокие внутренние микронапряжения.A known method of deformation processing of steels, including hardening, plastic deformation with liquid nitrogen and tempering (RF Patent No. 2049126, C21 / D 9/22 02/05/1993). The main disadvantages of this method are the low strength characteristics of the treated steels and high internal microstresses.

Прототипом заявленного изобретения по технической сущности является способ криогенно-деформационной обработки стали, включающий закалку, пластическую деформацию в несколько стадий при температуре жидкого азота, низкотемпературный отпуск после каждой стадии и высокотемпературный отпуск на заключительной стадии обработки заготовок из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,01-0,20; хром 13,0-18,0; никель 5,0-10,0; ванадий 3,0-6,0; молибден 3,0-6,0; марганец 3,0-6,0; титан 0,1-2,0; алюминий до 0,3; кремний до 0,3; медь до 0,2; сера до 0,03; фосфор до 0,03; железо и неизбежные примеси остальное; при выполнении условия: сумма ванадия и молибдена равна 7,0-11,0, сумма никеля и марганца равна 9,0-15,0 (Патент РФ №2394922, C21D 8/00 20.07.2010 г.). Применение данного способа приводит к повышению прочности и эксплуатационной надежности коррозионно-стойкой стали. Недостатками данного изобретения являются относительно невысокий предел текучести сталей и низкая намагниченность насыщения.The prototype of the claimed invention in technical essence is a method of cryogenic-deformation processing of steel, including hardening, plastic deformation in several stages at a temperature of liquid nitrogen, low-temperature tempering after each stage and high-temperature tempering at the final stage of processing steel billets containing components in the following ratio, wt %: carbon 0.01-0.20; chrome 13.0-18.0; nickel 5.0-10.0; vanadium 3.0-6.0; molybdenum 3.0-6.0; manganese 3.0-6.0; titanium 0.1-2.0; aluminum up to 0.3; silicon up to 0.3; copper up to 0.2; sulfur up to 0.03; phosphorus up to 0.03; iron and inevitable impurities rest; when the condition is met: the sum of vanadium and molybdenum is 7.0-11.0, the sum of nickel and manganese is 9.0-15.0 (RF Patent No. 2394922, C21D 8/00 07/20/2010). The application of this method leads to increased strength and operational reliability of corrosion-resistant steel. The disadvantages of this invention are the relatively low yield strength of steels and low saturation magnetization.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение аустенитных сталей с высокими значениями предела текучести и намагниченности насыщения при сохранении удовлетворительной стойкости к охрупчиванию.The technical result of the invention is the production of austenitic steels with high values of yield strength and saturation magnetization while maintaining a satisfactory resistance to embrittlement.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе деформационной обработки стали, включающем закалку, пластическую деформацию при криогенных температурах в несколько стадий, низкотемпературный отпуск после каждой стадии и высокотемпературный отпуск, отличающемся тем, что обрабатывают сталь, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас.%:The specified technical result is achieved by the fact that in the method of deformation processing of steel, including hardening, plastic deformation at cryogenic temperatures in several stages, low-temperature tempering after each stage and high-temperature tempering, characterized in that they process steel containing components in the following ratio, wt.% :

УглеродCarbon 0,01-0,200.01-0.20 ХромChromium 12,0-16,012.0-16.0 НикельNickel 11,0-15,011.0-15.0 АлюминийAluminum 0,2-2,70.2-2.7 МолибденMolybdenum 1,5-2,51.5-2.5 МарганецManganese до 0,3up to 0.3 ТитанTitanium до 0,3up to 0.3 КремнийSilicon до 0,3up to 0.3 МедьCopper до 0,2up to 0.2 СераSulfur до 0,03up to 0.03 ФосфорPhosphorus до 0,03up to 0.03 Железо и неизбежныеIron and the Inevitable примесиimpurities остальноеrest

при выполнении условия: сумма никеля и молибдена равна 13,0-16,5; отношение алюминия и никеля равно 0,018-0,18,when the condition is met: the sum of nickel and molybdenum is 13.0-16.5; the ratio of aluminum and nickel is 0.018-0.18,

после высокотемпературного отпуска проводят ультразвуковую обработку стали в диапазоне рабочих частот f=26-27 кГц.after high-temperature tempering, ultrasonic treatment of steel is carried out in the operating frequency range f = 26-27 kHz.

Отличительными признаками предлагаемого способа от прототипа являются:Distinctive features of the proposed method from the prototype are:

- выплавка хромоникелевой аустенитной стали заданного химического состава: содержание никеля 11,0-15,0%; содержание молибдена 1,5-2,5%; сумма никеля и молибдена равна 13,0-16,5;- smelting of chromium-nickel austenitic steel of a given chemical composition: nickel content of 11.0-15.0%; the molybdenum content is 1.5-2.5%; the sum of nickel and molybdenum is 13.0-16.5;

- отношение алюминия и никеля равно 0,018-0,18;- the ratio of aluminum and nickel is 0.018-0.18;

- проведение после высокотемпературного отпуска ультразвуковой обработки в диапазоне рабочих частот f=26-27 кГц.- carrying out after high-temperature tempering ultrasonic processing in the range of operating frequencies f = 26-27 kHz.

Эти отличительные признаки в совокупности с оптимальным химическим составом аустенитной стали позволяют получить нанокристаллические стали с высокими значениями предела текучести и намагниченности насыщения.These distinctive features, together with the optimal chemical composition of austenitic steel, make it possible to obtain nanocrystalline steels with high values of yield strength and saturation magnetization.

Химический состав стали выбран после детальных экспериментов по криогенной деформации аустенитных сталей с различным содержанием легирующих элементов. Содержание углерода в интервале 0,01-0,20% обеспечивает карбидное упрочнение при термической обработке стали. При более низком содержании углерода образование карбидов не происходит, при более высоком - наблюдается снижение пластичности стали. Содержание никеля находится в интервале 11,0-15,0% при условии, что сумма никеля и молибдена равна 13,0-16,5%, обеспечивает формирование частиц упрочняющих интерметаллидных нанофаз в мартенсите при криогенной деформации и последующем отпуске, что способствует повышению твердости. При содержании никеля и молибдена за пределами указанных интервалов данный эффект не наблюдается. При содержании никеля менее 11,0% образуется недостаточное количество аустенита и последующего превращения в мартенсит при отпуске, необходимого для обеспечения пластических свойств стали. При содержании никеля более 15,0% структура стали состоит из стабилизированного аустенита, который при криогенной деформации не превращается в мартенсит, что не позволяет получать высокие прочностные свойства. Алюминий вводится в сталь в количестве 0,2-2,7% для обеспечения выделения упрочняющих интерметаллидных фаз при высокотемпературном отпуске. При содержании алюминия менее 0,2% объемная доля интерметаллидов при высоком отпуске мала и упрочнение неэффективно. При содержании алюминия более 2,7% наблюдается снижение пластичности и охрупчивание стали. Молибден является поверхностно-активным элементом и вводится в сталь в количестве 1,5-2,5% для повышения пластичности стали. При легировании стали молибденом в количестве менее 1,5% эффект не наблюдается. При его содержании более 2,5% происходит образование труднорастворимых соединений типа µ-фазы, что требует проведение закалки после нагрева до весьма высоких температур 1200-1250°С. Отношение алюминия и никеля в составе стали равно 0,018-0,18, что приводит к образованию достаточного количества интерметаллидов при отпуске и достижению требуемого уровня прочности. При отношении алюминия и никеля менее 0,018% объемная доля упрочняющих интерметаллидных фаз на основе Ni и Al (типа NiAl) недостаточна для получения высокой намагниченности насыщения стали. Легирование стали алюминием и никелем в соотношении более 0,18% приводит к снижению стойкости к замедленному хрупкому разрушению и уменьшению срока службы деталей и изделий из обработанной аустенитной стали.The chemical composition of the steel was selected after detailed experiments on cryogenic deformation of austenitic steels with different alloying elements. The carbon content in the range of 0.01-0.20% provides carbide hardening during heat treatment of steel. At a lower carbon content, carbide formation does not occur; at a higher carbon content, a decrease in the ductility of steel is observed. The nickel content is in the range of 11.0-15.0%, provided that the sum of nickel and molybdenum is 13.0-16.5%, provides the formation of particles of reinforcing intermetallic nanophases in martensite during cryogenic deformation and subsequent tempering, which increases hardness . When the content of Nickel and molybdenum outside the specified intervals, this effect is not observed. When the nickel content is less than 11.0%, insufficient austenite is formed and subsequently converted to martensite during tempering necessary to ensure the plastic properties of the steel. With a nickel content of more than 15.0%, the steel structure consists of stabilized austenite, which does not turn into martensite during cryogenic deformation, which does not allow to obtain high strength properties. Aluminum is introduced into steel in an amount of 0.2-2.7% to ensure the release of hardening intermetallic phases during high temperature tempering. When the aluminum content is less than 0.2%, the volume fraction of intermetallic compounds at high tempering is small and hardening is ineffective. When the aluminum content is more than 2.7%, a decrease in ductility and embrittlement of steel is observed. Molybdenum is a surface-active element and is introduced into steel in an amount of 1.5-2.5% to increase the ductility of steel. When alloying steel with molybdenum in an amount of less than 1.5%, the effect is not observed. When its content is more than 2.5%, the formation of sparingly soluble compounds of the μ-phase type occurs, which requires quenching after heating to very high temperatures of 1200-1250 ° C. The ratio of aluminum and nickel in the composition of the steel is 0.018-0.18, which leads to the formation of a sufficient amount of intermetallic compounds during tempering and to achieve the required level of strength. When the ratio of aluminum and nickel is less than 0.018%, the volume fraction of the hardening intermetallic phases based on Ni and Al (type NiAl) is insufficient to obtain a high saturation magnetization of steel. Alloying steel with aluminum and nickel in a ratio of more than 0.18% leads to a decrease in resistance to delayed brittle fracture and a decrease in the service life of parts and products made of processed austenitic steel.

Химический состав стали по изобретению обеспечивает наиболее интенсивное формирование в аустенитной матрице нанокристаллической структуры в процессе деформации при криогенных температурах. Как следствие, именно такой состав приводит к наиболее заметному упрочнению стали, имеющей после деформации двухфазную аустенитно-мартенситную структуру. Наличие исходной аустенитной фазы обеспечивает достаточную пластичность сплава, хотя размер фрагментов аустенита также находится в нанометрическом диапазоне. Предлагаемый химический состав, как показали проведенные исследования, обеспечивает также выделение при высокотемпературном отпуске нанокристаллических интерметаллидных фаз, что приводит к дополнительному нанофазному упрочнению. Выделение интерметаллидов происходит в стали и без деформационной обработки, однако после криогенной деформационной обработки дисперсность и объемная доля частиц фаз увеличивается, что приводит к повышению предела текучести и намагниченности насыщения.The chemical composition of the steel according to the invention provides the most intensive formation of a nanocrystalline structure in the austenitic matrix during deformation at cryogenic temperatures. As a result, just such a composition leads to the most noticeable hardening of steel, which after deformation has a two-phase austenitic-martensitic structure. The presence of the initial austenitic phase provides sufficient ductility of the alloy, although the size of the austenite fragments is also in the nanometric range. The proposed chemical composition, as shown by the studies, also ensures the release of nanocrystalline intermetallic phases during high-temperature tempering, which leads to additional nanophase hardening. The precipitation of intermetallic compounds occurs in steel without deformation processing, however, after cryogenic deformation processing, the dispersion and volume fraction of phase particles increase, which leads to an increase in the yield strength and saturation magnetization.

Пластическая деформация стали при криогенных температурах обеспечивает формирование нанокристаллической структуры, что приводит к значительному повышению прочностных и магнитных характеристик (а именно предела текучести и намагниченности насыщения). Деформация проводится по крайней мере в две стадии в сочетании с низкотемпературным отпуском, так как это позволяет избежать снижения пластичности и повышения внутренних микронапряжений.Plastic deformation of steel at cryogenic temperatures provides the formation of a nanocrystalline structure, which leads to a significant increase in strength and magnetic characteristics (namely, yield strength and saturation magnetization). Deformation is carried out in at least two stages in combination with low-temperature tempering, as this avoids a decrease in ductility and an increase in internal microstresses.

Проведение низкотемпературного отпуска после каждой стадии деформации является обязательной операцией, так как обеспечивает значительное снятие внутренних микронапряжений, вызванных деформационной обработкой, и способствует повышению срока службы деталей из аустенитной стали.Carrying out low-temperature tempering after each stage of deformation is a mandatory operation, as it provides a significant removal of internal microstresses caused by deformation processing, and helps to increase the service life of parts made of austenitic steel.

При высокотемпературном отпуске происходит выделение дисперсных интерметаллидных фаз, что приводит к дополнительному нанофазному упрочнению и повышению предела текучести после обработки стали по предложенному способу.During high-temperature tempering, dispersed intermetallic phases are released, which leads to additional nanophase hardening and an increase in the yield strength after steel processing according to the proposed method.

Проведение после высокотемпературного отпуска ультразвуковой обработки (УЗО) в диапазоне рабочих частот f=26-27 кГц способствует повышению физико-механических свойств аустенитной стали. В процессе ультразвуковой обработки в сталях возникают ультразвуковые напряжения. Действие ультразвука приводит к образованию в объеме материала дополнительного количества α-мартенсита (10-12%). Дополнительное γ→α-превращение, связанное с ультразвуковой деформацией, наблюдается в основном в микрообластях с повышенным уровнем напряжений (дефекты упаковки, пересечение двойников). При этом «ультразвуковой» мартенсит в этих участках отличается более высокой степенью дисперсности, чем мартенсит «криогенный», что способствует повышению магнитных свойств стали. При этом наблюдается увеличение намагниченности насыщения материала, что является важной характеристикой для магнитно-полутвердых и магнитно-твердых материалов. Применение УЗО с частотой менее 26 кГц не приводит к повышению свойств стали. После обработки ультразвуком с частотой более 27 кГц происходит снижение пластичности и наблюдается охрупчивание стали.After ultrasonic treatment (RCD) after high-temperature tempering, in the operating frequency range f = 26–27 kHz, the physicomechanical properties of austenitic steel are improved. In the process of ultrasonic treatment in the steel, ultrasonic stresses occur. The action of ultrasound leads to the formation in the volume of the material of an additional amount of α-martensite (10-12%). The additional γ → α transformation associated with ultrasonic deformation is observed mainly in microregions with an increased level of stresses (stacking faults, twin intersection). Moreover, “ultrasonic” martensite in these areas is characterized by a higher degree of dispersion than martensite “cryogenic”, which contributes to an increase in the magnetic properties of steel. In this case, an increase in the saturation magnetization of the material is observed, which is an important characteristic for magnetically semi-solid and magnetically solid materials. The use of RCDs with a frequency of less than 26 kHz does not increase the properties of steel. After sonication with a frequency of more than 27 kHz, a decrease in ductility occurs and embrittlement of steel is observed.

Эффективность применения данного изобретения показана на следующих вариантах способа обработки.The effectiveness of the application of this invention is shown in the following variants of the processing method.

Способ обработки №1. Плавку аустенитной стали с химическим составом, мас.%: 0,05 С, 12,5 Cr, 12,2 Ni, 0,7 Al, 1,7 Mo, 0,2 Mn, 0,2 Ti,, 0,15 Si, 0,1 Cu, 0,003 S, 0,01 P, ∑Cr+Ni=24,7; отношение Al/Ni=0,057 (остальное - железо и неизбежные примеси), выплавляли вакуумно-индукционным способом, проводили гомогенизацию и зачистку слитков, слитки ковали при температуре 1050-950°С на пруток квадратного сечения. Пруток (квадрат 12 мм) подвергали закалке от 1000°С на воздухе, проводили деформацию с помощью прокатки при температуре жидкого азота - 196°С за два прохода (в две стадии) с суммарной степенью деформации ε=50% (с 12 до 6,0 мм), после каждого прохода осуществляли низкотемпературный отпуск при температуре 200°С в течение 1 ч, проводили высокотемпературный отпуск при температуре 520°С в течение 2 ч, образцы подвергали ультразвуковой обработке (УЗО) с рабочей частотой f=26,3 кГц. В таблице 1 приведены данные рентгенографического исследования стали после обработки по предлагаемому способу. Результаты определения механических и магнитных свойств образцов из стали, обработанной по предлагаемому способу, приведены в таблице 2, п.1.The processing method No. 1. Melting of austenitic steel with a chemical composition, wt.%: 0.05 C, 12.5 Cr, 12.2 Ni, 0.7 Al, 1.7 Mo, 0.2 Mn, 0.2 Ti, 0.15 Si, 0.1 Cu, 0.003 S, 0.01 P, ∑Cr + Ni = 24.7; Al / Ni ratio = 0.057 (the rest is iron and inevitable impurities), smelted by vacuum induction, homogenization and stripping of the ingots was carried out, the ingots were forged at a temperature of 1050-950 ° C per square bar. The bar (12 mm square) was quenched from 1000 ° С in air, deformation was carried out by rolling at a liquid nitrogen temperature of 196 ° С in two passes (in two stages) with a total degree of deformation ε = 50% (from 12 to 6, 0 mm), after each pass, low-temperature tempering was carried out at a temperature of 200 ° С for 1 h, high-temperature tempering was carried out at a temperature of 520 ° С for 2 h, the samples were subjected to ultrasonic treatment (RCD) with an operating frequency of f = 26.3 kHz. Table 1 shows the data of x-ray examination of steel after processing by the proposed method. The results of determining the mechanical and magnetic properties of samples of steel processed by the proposed method are shown in table 2, p. 1.

Способ обработки №2. Плавку аустенитной стали с химическим составом, мас.%: 0,13 С, 16,0 Cr, 13,5 Ni, 1,9 Al, 1,8 Mo, 0,2 Mn, 0,2 Ti, 0,15 Si, 0,1 Cu, 0,01 S, 0,01 P, ∑Cr+Ni=29,5; отношение Al/Ni=0,140 (остальное - железо и неизбежные примеси), выплавляли вакуумно-индукционным способом, проводили гомогенизацию и зачистку слитков, слитки ковали при температуре 1050-950°С на пруток квадратного сечения. Пруток (квадрат 12 мм) подвергали закалке от 1000°С на воздухе, проводили деформацию с помощью прокатки при температуре жидкого азота -196°С за три прохода (в три стадии) с суммарной степенью деформации ε=60% (с 12 мм до 5,2 мм), после каждого прохода осуществляли низкий отпуск при температуре 250°С в течение 1 ч, проводили высокотемпературный отпуск при температуре 500°С в течение 2 ч, образцы подвергали ультразвуковой обработке (УЗО) с рабочей частотой f=26,8 кГц. Результаты испытания образцов из стали, обработанной по предлагаемому способу с помощью прокатки и ультразвуковой обработки, приведены в таблице 2, п.2.The processing method No. 2. Melting austenitic steel with a chemical composition, wt.%: 0.13 C, 16.0 Cr, 13.5 Ni, 1.9 Al, 1.8 Mo, 0.2 Mn, 0.2 Ti, 0.15 Si , 0.1 Cu, 0.01 S, 0.01 P, ∑Cr + Ni = 29.5; Al / Ni ratio = 0.140 (the rest is iron and inevitable impurities), smelted by the vacuum induction method, the ingots were homogenized and cleaned, the ingots were forged at a temperature of 1050–950 ° C onto a square bar. The bar (12 mm square) was quenched from 1000 ° С in air, deformation was carried out by rolling at a liquid nitrogen temperature of -196 ° С in three passes (in three stages) with a total degree of deformation ε = 60% (from 12 mm to 5 , 2 mm), after each pass, low tempering was carried out at a temperature of 250 ° С for 1 h, high-temperature tempering was carried out at a temperature of 500 ° С for 2 h, the samples were subjected to ultrasonic treatment (RCD) with an operating frequency of f = 26.8 kHz . The test results of samples of steel processed by the proposed method using rolling and ultrasonic treatment are shown in table 2, p. 2.

Проведено изучение связи изменений структуры, механических и магнитных свойств предложенной стали после криогенной деформации и ультразвуковой обработки.The connection between changes in the structure, mechanical and magnetic properties of the proposed steel after cryogenic deformation and ultrasonic treatment is studied.

Электронно-микроскопическое исследование предложенной стали показало, что после криогенной деформации в структуре наблюдаются нанокристаллы мартенсита и аустенита размером до 100 нм, а после высокотемпературного отпуска при 500-520°С, 2 ч - дополнительно и частицы интерметаллидной нанофазы NiAl размером до 20 нм. Они выделяются, главным образом, на межфазных границах и внутри фрагментов аустенитных и мартенситных кристаллов. В совокупности появление в структуре трех нанокристаллических фаз различной природы приводит к существенному возрастанию предела текучнсти при сохранении удовлетворительной пластичности стали. Применение УЗО способствует увеличению объемной доли мартенсита и степени его дисперсности, что обеспечивает дополнительное упрочнение и повышение магнитных свойств.An electron microscopic study of the proposed steel showed that after cryogenic deformation, martensite and austenite nanocrystals up to 100 nm in size are observed in the structure, and after high-temperature tempering at 500-520 ° С, 2 h, additionally, NiAl intermetallic nanophase particles up to 20 nm in size are observed. They stand out mainly at interphase boundaries and inside fragments of austenitic and martensitic crystals. In total, the appearance of three nanocrystalline phases of different nature in the structure leads to a substantial increase in the yield strength while maintaining a satisfactory ductility of steel. The use of RCDs increases the volume fraction of martensite and its degree of dispersion, which provides additional hardening and an increase in magnetic properties.

В таблице 1 приведены данные рентгенографического анализа предложенной стали после деформации 50%. Видно, что в структуре появилось значительное количество мартенсита (более 30%). Таким образом, после пластической деформации при температуре жидкого азота -196°С (криогенной температуре) формируется двухфазная нанокристаллическая аустенитно-мартенситная структура, в которой после высокотемпературного отпуска выделяются упрочняющие интерметаллидные фазы. После УЗО количество мартенсита увеличивается, что приводит к повышению прочностных и магнитных свойств.Table 1 shows the data of x-ray analysis of the proposed steel after deformation of 50%. It is seen that a significant amount of martensite appeared in the structure (more than 30%). Thus, after plastic deformation at a liquid nitrogen temperature of -196 ° С (cryogenic temperature), a two-phase nanocrystalline austenitic-martensitic structure is formed in which hardening intermetallic phases are released after high-temperature tempering. After RCD, the amount of martensite increases, which leads to an increase in strength and magnetic properties.

Проведено сравнение механических и магнитных свойств предложенной стали и стали, обработанной по прототипу и имеющей соответствующий химический состав, который включает закалку от 1050°С, деформацию методом прокатки при температуре жидкого азота в 2 стадии со степенью обжатия до ε=50%, отпуск при 200°С, 1 ч и при 530°С, 2 ч. Результаты испытаний образцов из аустенитной стали, обработанной по прототипу, приведены в таблице 2, п.3.The comparison of the mechanical and magnetic properties of the proposed steel and steel machined according to the prototype and having the appropriate chemical composition, which includes hardening from 1050 ° C, deformation by rolling at a temperature of liquid nitrogen in 2 stages with a reduction ratio of up to ε = 50%, tempering at 200 ° C, 1 h and at 530 ° C, 2 h. The test results of samples of austenitic steel treated according to the prototype are shown in table 2, p. 3.

Полученные результаты (табл.2) свидетельствуют о том, что обработка аустенитной стали по предлагаемому способу в сравнении с прототипом позволяет повысить предел текучести на 100-130 МПа и намагниченности насыщения на 40-50%, при сохранении удовлетворительной пластичности. Обработка по предлагаемому способу увеличивает эксплуатационную надежность и срок службы деталей и изделий из аустенитной стали после криогенной обработки.The results obtained (table 2) indicate that the treatment of austenitic steel according to the proposed method in comparison with the prototype allows to increase the yield strength by 100-130 MPa and saturation magnetization by 40-50%, while maintaining satisfactory ductility. Processing by the proposed method increases the operational reliability and service life of parts and products from austenitic steel after cryogenic processing.

Таблица 1Table 1 Количество аустенита и мартенсита в структуре аустенитной стали, изготовленной и обработанной по предлагаемому способу, и аустенитной стали, обработанной по прототипу.The amount of austenite and martensite in the structure of austenitic steel manufactured and processed by the proposed method, and austenitic steel processed according to the prototype. No. Способ обработкиProcessing method % об. γ-фазы% vol. γ phase % об. α-фазы% vol. α phase β(222) γ-фазыβ (222) γ-phases β(220) α-фазыβ (220) α phase 1one По предлагаемому способуAccording to the proposed method 66.0±0.266.0 ± 0.2 34.0±0.234.0 ± 0.2 28,028.0 49,049.0 22 63.5±0.263.5 ± 0.2 36.5±0.236.5 ± 0.2 29,029.0 48,048.0 33 По прототипуAccording to the prototype 67.5±0.267.5 ± 0.2 32.5±0,232.5 ± 0.2 33,033.0 52,052.0 Примечание:Note: γ-фаза - аустенит, α-фаза - мартенсит.γ-phase - austenite, α-phase - martensite.

Таблица 2table 2 Механические и магнитные свойства аустенитной стали, изготовленной и обработанной по предлагаемому способу, и аустенитной стали, обработанной по прототипу.The mechanical and magnetic properties of austenitic steel manufactured and processed by the proposed method, and austenitic steel processed by the prototype. No. Способ обработкиProcessing method Механические свойстваMechanical properties Магнитные свойстваMagnetic properties σв, МПаσ in , MPa σ0,2, МПаσ 0.2 , MPa δ, %δ,% HRCHRC HC, кА/мH C , kA / m Bmax, ТлB max , T 1one По предлагаемому способуAccording to the proposed method 22002200 19001900 99 6969 8,98.9 0,950.95 22 22102210 19301930 99 6969 9,39.3 0,970.97 33 По прототипуAccording to the prototype 22002200 18001800 99 6969 5,25.2 0,550.55 Примечание:Note: σВ - предел прочности, σ0,2 - предел текучести, δ - относительное удлинение, HRC твердость по Роквеллу, НС - коэрцитивная сила, Bmax - намагниченность насыщения.σ B is the tensile strength, σ 0.2 is the yield strength, δ is the elongation, HRC is Rockwell hardness, H C is the coercive force, B max is the saturation magnetization.

Claims (1)

Способ криогенной обработки аустенитной стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%:
углерод 0,01-0,20 хром 12,0-16,0 никель 11,0-15,0 алюминий 0,2-2,7 молибден 1,5-2,5 марганец до 0,3 титан до 0,3 кремний до 0,3 медь до 0,2 сера до 0,03 фосфор до 0,03 железо и неизбежные примеси остальное

при выполнении условий: сумма никеля и молибдена равна 13,0-16,5, а отношение алюминия и никеля равно 0,018-0,18,
включающий закалку, пластическую деформацию при криогенных температурах в несколько стадий низкотемпературный отпуск стали после каждой стадии и высокотемпературный отпуск, при этом после высокотемпературного отпуска проводят ультразвуковую обработку в диапазоне рабочих частот f=26-27 кГц.
The method of cryogenic treatment of austenitic steel containing components in the following ratio, wt.%:
carbon 0.01-0.20 chromium 12.0-16.0 nickel 11.0-15.0 aluminum 0.2-2.7 molybdenum 1.5-2.5 manganese up to 0.3 titanium up to 0.3 silicon up to 0.3 copper up to 0.2 sulfur up to 0.03 phosphorus up to 0.03 iron and inevitable impurities rest

when the conditions are met: the sum of nickel and molybdenum is 13.0-16.5, and the ratio of aluminum and nickel is 0.018-0.18,
including hardening, plastic deformation at cryogenic temperatures in several stages, low-temperature tempering of steel after each stage and high-temperature tempering, while after high-temperature tempering, ultrasonic treatment is performed in the operating frequency range f = 26-27 kHz.
RU2011136887/02A 2011-09-07 2011-09-07 Cryogenic treatment method of austenitic steel RU2464324C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011136887/02A RU2464324C1 (en) 2011-09-07 2011-09-07 Cryogenic treatment method of austenitic steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011136887/02A RU2464324C1 (en) 2011-09-07 2011-09-07 Cryogenic treatment method of austenitic steel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2464324C1 true RU2464324C1 (en) 2012-10-20

Family

ID=47145400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011136887/02A RU2464324C1 (en) 2011-09-07 2011-09-07 Cryogenic treatment method of austenitic steel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2464324C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2610096C1 (en) * 2015-07-27 2017-02-07 Общество с ограниченной ответственностью "Аквамодуль" Austenitic and austenitic-ferritic steel processing method

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2194773C2 (en) * 2000-08-01 2002-12-20 Институт физики металлов Уральского отделения РАН Method of steel articles working
RU2287592C1 (en) * 2005-07-28 2006-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" Method for thermomechanical strengthening of austenite stainless steels
RU2365633C1 (en) * 2008-06-24 2009-08-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") Method of cryogenic-deformation processing of steel
US7699946B2 (en) * 2005-09-07 2010-04-20 Los Alamos National Security, Llc Preparation of nanostructured materials having improved ductility
RU2394922C1 (en) * 2009-10-23 2010-07-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") Procedure for cryogen-deformative treatment of steel
RU2422541C1 (en) * 2010-02-24 2011-06-27 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Procedure for complex cryogenic-deformation treatment of steel
US7967927B2 (en) * 2001-02-09 2011-06-28 QuesTek Innovations, LLC Nanocarbide precipitation strengthened ultrahigh-strength, corrosion resistant, structural steels

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2194773C2 (en) * 2000-08-01 2002-12-20 Институт физики металлов Уральского отделения РАН Method of steel articles working
US7967927B2 (en) * 2001-02-09 2011-06-28 QuesTek Innovations, LLC Nanocarbide precipitation strengthened ultrahigh-strength, corrosion resistant, structural steels
RU2287592C1 (en) * 2005-07-28 2006-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" Method for thermomechanical strengthening of austenite stainless steels
US7699946B2 (en) * 2005-09-07 2010-04-20 Los Alamos National Security, Llc Preparation of nanostructured materials having improved ductility
RU2365633C1 (en) * 2008-06-24 2009-08-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") Method of cryogenic-deformation processing of steel
RU2394922C1 (en) * 2009-10-23 2010-07-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") Procedure for cryogen-deformative treatment of steel
RU2422541C1 (en) * 2010-02-24 2011-06-27 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Procedure for complex cryogenic-deformation treatment of steel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2610096C1 (en) * 2015-07-27 2017-02-07 Общество с ограниченной ответственностью "Аквамодуль" Austenitic and austenitic-ferritic steel processing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rezaee et al. Production of nano/ultrafine grained AISI 201L stainless steel through advanced thermo-mechanical treatment
EP2468911B1 (en) Hot pressed member, steel sheet for hot pressed member, and method for producing hot pressed member
WO2011111872A1 (en) High-strength steel and high-strength bolt with excellent resistance to delayed fracture, and manufacturing method therefor
US9777355B2 (en) Process for producing precipitation strengthening martensitic steel
TWI776050B (en) A steel wire, a method for manufacturing the same, and method for manufacturing a spring or medical wire products
CN106636908B (en) A kind of nanometer of bainite spring steel and preparation method thereof
Hoseiny et al. Comparison of the microstructures in continuous-cooled and quench-tempered pre-hardened mould steels
WO2007004707A1 (en) Steel for mechanical structure excelling in strength, ductility and toughness and process for producing the same
RU2394922C1 (en) Procedure for cryogen-deformative treatment of steel
RU2365633C1 (en) Method of cryogenic-deformation processing of steel
Gramlich et al. Tempering and intercritical annealing of air‐hardening 4 wt% medium manganese steels
Abbasi et al. Improvement of mechanical properties of Cr-Ni-Mo-Cu-Ti stainless steel with addition of vanadium
KR20190075378A (en) High-strength wire rod and steel with excellent hydrogen retardation resistance and manufacturing the same
Pan et al. Effects of silicon additions on the mechanical properties and microstructure of high speed steels
Tariq et al. Effect of cyclic aging on mechanical properties and microstructure of maraging steel 250
RU2422541C1 (en) Procedure for complex cryogenic-deformation treatment of steel
Astudillo A et al. Comparative study of the mechanical and tribological properties of a Hadfield and a Fermanal steel
RU2464324C1 (en) Cryogenic treatment method of austenitic steel
RU2451754C1 (en) Method for high-strength austenitic steel processing
Maity et al. Ultrahigh strength steel: development of mechanical properties through controlled cooling
El-Shennawy et al. Heat treatment effect on micro–alloyed low carbon steel with different Boron content
Lee et al. The influence of niobium and aging treatment in the 18% Ni maraging steel
JP6455128B2 (en) Perlite rail and manufacturing method thereof
JP6205960B2 (en) Steel for bearing
Chenna Krishna et al. Effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of 12Cr–10Ni–0.25 Ti–0.7 Mo stainless steel

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20131025

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20160804

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180908

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210615