RU2481406C2 - Способ термической обработки стали - Google Patents
Способ термической обработки стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2481406C2 RU2481406C2 RU2011113652/02A RU2011113652A RU2481406C2 RU 2481406 C2 RU2481406 C2 RU 2481406C2 RU 2011113652/02 A RU2011113652/02 A RU 2011113652/02A RU 2011113652 A RU2011113652 A RU 2011113652A RU 2481406 C2 RU2481406 C2 RU 2481406C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heating
- heat treatment
- steel
- cycles
- cooling
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к термической обработке доэвтектоидных низколегированных сталей и может быть преимущественно использовано при термической обработке сталей типа 20Г-20ГЛ. Для повышения механических свойств стали осуществляют термоциклирование с нагревом и охлаждением и отпуск, при этом термической обработке подвергают низколегированные стали, содержащие, мас.%: 0,15-0,25 С и 1,2-1,5 Mn, термоциклирование ведут с нагревом до температуры аустенитизации 930°С и ускоренным охлаждением со скоростью 0,2-0,8 град./с, причем в первом цикле нагрев изделий проводят вместе с печью и ускоренно охлаждают, в промежуточных циклах нагрев ведут ускоренно со скоростью 50-70 град./мин в печи, нагретой до 930°С, с выдержкой до 10 минут, исключающей полную гомогенизацию аустенита, и ускоренно охлаждают до 400°С, а в последнем цикле охлаждают до комнатной температуры, при этом количество циклов составляет до 5, а отпуск проводят при 400°С в течение 2 часов. 2 табл., 3 ил.
Description
Изобретение относится к термической обработке доэвтектоидных низколегированных сталей и может быть преимущественно использовано при термической обработке сталей типа 20Г-20ГЛ.
Известен способ термической (термоциклической) обработки сталей [1], включающий многократный нагрев выше AC3 и охлаждение ниже AC1 до температур 590-610°С. Недостатком способа является невысокий уровень прочностных свойств низкоуглеродистых сталей.
Наиболее близким к предлагаемому является способ термоциклической обработки сталей типа 20, 20Л и 20ФЛ [2], включающий трехкратную обработку с ускоренным нагревом до температуры аустенитизации 900°С, гомогенизацией аустенита при этой температуре и охлаждением до температуры ниже AC1 со скоростью 5 град/с. Способ обеспечивает измельчение ферритно-перлитной структуры до d=5-11 мкм, повышение прочностных свойств, пластичности и особенно хладостойкости сталей (до - 40°С). Однако способ не позволяет реализовать возможности более значительного повышения всего уровня механических свойств.
Задачей изобретения является создание в стали дисперсной структуры, состоящей из феррита, перлита и зернистого бейнита, обладающего микрокомпозиционной субструктурой.
Технический эффект - получение комплекса высоких и стабильных механических свойств стали (предела текучести, предела прочности, пластичности и ударной вязкости).
Это достигается тем, что способ термической обработки доэвтектоидных сталей, включающий термоциклирование с нагревом и охлаждением и отпуск, отличается тем, что термической обработке подвергают низколегированные стали, содержащие 0,15-0,25% С и 1,2-1,5% Mn, термоциклирование осуществляют с нагревом до температуры аустенитизации 930°С и ускоренным охлаждением со скоростью 0,2-0,8 град./с, причем в первом цикле нагрев изделий проводят вместе с печью и ускоренно охлаждают, в промежуточных циклах нагрев ведут ускоренно со скоростью 50-70 град./мин в печи, нагретой до 930°С, с выдержкой до 10 минут, исключающей полную гомогенизацию аустенита, и ускоренно охлаждают до 400°С, а в последнем цикле охлаждают до комнатной температуры, при этом количество циклов составляет до 5, а отпуск проводят при 400°С в течение 2 часов.
Термоциклическая обработка стали в виде многократной нормализации (до 5 циклов) с ускоренным нагреванием и охлаждением проводится с целью существенного измельчения общей структуры (до среднего размера зерен 5-10 мкм вместо 35-40 мкм при обычной однократной нормализации), а отпуск после заключительного цикла нормализации - для снятия напряжений, возникающих в легированных сталях при ускоренном охлаждении. Важно также снижение температуры при охлаждении до 400°С, обеспечивающее сильное обогащение марганцем и диспергирование участков остаточного аустенита, армирующих значительную часть ферритных зерен. При нагревании в последующих циклах аустенитизация не доводится до полной гомогенизации аустенита (в отличие от способа-прототипа) в связи с ограничением длительности выдержки при высоких температурах. Участки негомогенизированного аустенита с повышенным содержанием марганца инициируют при охлаждении формирование очень устойчивого и ультрадисперсного зернистого бейнита. Поэтому при такой обработке стали, содержащей 1,2-1,5% Mn, обеспечивается субструктурный эффект, заключающийся в формировании особой композиционной структуры зернистого бейнита, состоящей из ферритной матрицы и армирующих ее волокнистых включений остаточного аустенита или продуктов его распада, имеющих наноразмерную толщину, в количестве 25-30% от всей структуры стали [3]. Таким образом, в сталях типа 20Г - 20ГЛ после предлагаемой термической обработки формируется структура, диспергированная на двух уровнях - обычном структурном (в виде измельченных ферритных и перлитных зерен) и субструктурном (в виде ультрадисперсного зернистого бейнита).
Эксперименты проведены на стали 20ГЛ производства Бежицкого сталелитейного завода, содержащей, % масс.: 0,18 С, 1,35 Mn, 0,32 Si, 0,14 Cr, 0,12 Ni, 0,10 Cu, 0,01 Ti, 0,02 S и 0,03 P. Термическая обработка проводилась в лабораторной печи на заготовках толщиной 30 мм, вырезанных из стандартных литых трефовидных проб. Режимы термоциклической обработки: при первом цикле нагрев вместе с печью до 930°С, выдержка 30 минут, регулируемое охлаждение со скоростями 0,07, 0,17, 0,2 и 0,82 град./с, при последующих циклах - ускоренный нагрев до 930°С, выдержка 10 минут, регулируемое охлаждение до 400°С (в последнем цикле - до комнатной температуры), количество циклов от 1 до 5. После заключительного этапа термоциклической обработки проводили отпуск для снятия напряжений по режиму: температура 400°С, длительность 2 часа.
Из термообработанных заготовок вырезали образцы для металлографического анализа и механических испытаний.
Исследование структуры сталей проводилось на микроскопе Альтами МЕТ-1М при увеличениях от 100 до 1000 раз. Шлифы подвергались двойному травлению - ниталем и тепловому. Определяли средний размер ферритных и перлитных зерен, а также наличие и относительное количество зерен с субструктурой зернистого бейнита.
Механические испытания проводили на стандартных образцах, определяя предел прочности (временное сопротивление разрыву) σB, предел текучести σ0,2, относительное удлинение δ, относительное сужение Ψ и ударную вязкость KCU-60 (при -60°С).
Влияние режимов термоциклической обработки на зернистость структуры стали показано на рис.1. Относительное количество зернистого бейнита приведено в табл.1.
Видно, что наиболее сильное влияние на измельчение структуры стали (до d=10 мкм) оказывают первые три цикла обработки при повышенных скоростях охлаждения 0,2-0,4 град./с. Дальнейшее увеличение количества циклов нормализации и скорости охлаждения менее эффективно для измельчения ферритно-перлитной структуры, а превышение 5 циклов нормализации не имеет практического смысла, лишь усложняя и удорожая термическую обработку. Повышение скорости охлаждения до 1 и более град./с неблагоприятно и в связи с изменением характера структуры из-за появления в ней грубых игольчатых составляющих (прежде всего, верхнего бейнита).
Из табл.1 видно также, что максимальное количество ультрадисперсного зернистого бейнита в структуре стали типа 20ГЛ может достигать 25-30% при режимах обработки с n=2-3 при Vохл до 0,8 град./с. При большем числе циклов такое количество зернистого бейнита может быть получено и при меньших скоростях охлаждения (0,2-0,4 град./с). При скоростях охлаждения более 0,8 град./с количество зернистого бейнита не увеличивается, а может даже уменьшаться из-за его частичной замены верхним бейнитом.
Влияние термоциклической обработки на механические свойства стали показано на рис.2-3. Видно, что измельчение структуры до d=6-5 мкм в сочетании с повышенным до 30% количеством ультрадисперсного зернистого бейнита обеспечивает значительное повышение всего комплекса механических свойств по сравнению с минимальными значениями для нормализованных сталей по ГОСТу 977-88: предела прочности до 720-750 МПа (вместо 540 МПа), предела текучести до 560-600 МПа (вместо 275-320 МПа), относительного удлинения до 40% (вместо 18%), относительного сужения до 70% (вместо 25%), ударной вязкости KCU-60 до 90-100 Дж/см2 (вместо 49,1 Дж/см2 при +20°С).
Даже двойная нормализация с ускоренным охлаждением позволяет измельчить структуру до d≈12 мкм и повысить предел прочности до 630 МПа, предел текучести до 450 МПа, относительное удлинение до 30%, относительное сужение до 60%, ударную вязкость KCU-60 до 75 Дж/см2.
Обычно существенным недостатком литых сталей является их невысокая ударная вязкость при отрицательных температурах (низкая хладостойкость) [2]. Термоциклическая обработка по способу [2] позволяет довести хладостойкось до -40°С, а термическая обработка по предлагаемому способу - до температуры менее -60°С.
По сравнению с прототипом даже применительно к более прочной стали 20ФЛ [1] предлагаемый способ обеспечивает более высокий уровень всего комплекса механических свойств. Обусловлено это как самим способом термической обработки, так и применением этого способа к группе сталей с повышенным содержанием марганца, в которых при такой обработке обеспечивается не только сильное измельчение ферритно-перлитной структуры, но и дополнительный микрокомпозиционный эффект за счет появления субструктуры зернистого бейнита.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №459518, кл. C21d 1/00, 1975.
2. В.К.Федюкин. Метод термоциклической обработки металлов. - Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1984. - 192 с.
3. Г.И.Сильман. Сплавы системы Fe-C-Mn. Часть 4. Особенности структурообразования в марганцевых и высокомарганцевых сталях // Металловедение и термическая обработка металлов, 2006, №1. - С.3-7.
СПИСОК ТАБЛИЦ
Таблица 1. Влияние режимов термоциклической обработки на количество зернистого бейнита в структуре стали 20ГЛ.
Таблица 2. Сопоставление механических свойств и хладостойкости сталей, термообработанных разными способами.
ПОДРИСУНОЧНЫЕ ПОДПИСИ
Рис.1. Влияние скорости охлаждения V на средний размер зерна d в структуре стали при ее термоциклической обработке с разным количеством циклов n (R2 - корреляционное соотношение):
при n=1 | d=17 V-0,35 мкм, | R2=0,98 (1); |
при n=2 | d=9,0 V-0,4 мкм, | R2=0,99 (2); |
при n=3 | d=5,3 V-0,4 мкм, | R2=0,98 (3); |
при n=5 | d=4,2 V-0,4 мкм, | R2=0,98 (4) |
Рис.2. Влияние размера зерна d в структуре стали на ее прочностные свойства:
предел текучести стали 20ГТЛ | σ0.2-940 d0,3 МПа, | R2=0,99, |
предел прочности стали 20ГТЛ | σв=1025 d0,2 МПа, | R2=0,99 |
Рис.3. Влияние размера зерна d в структуре на ударную вязкость KCU-60, относительное удлинение δ и относительное сужение Ψ стали 20ГЛ:
KCU-60=157 d0,3 Дж/см2, | R2=0,97 | (1), |
δ=65 d0,3%, | R2=0,98 | (2), |
Ψ=120 d0,3%, | R2=0,97 | (3) |
Таблица 1 | |||||
Скорость охлаждения, град/с | Количество зернистого бейнита, %, при числе циклов | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
0,07 | 0 | 0 | 0 | 5 | 5 |
0,17 | 10 | 12 | 15 | 20 | 20 |
0,20 | 15 | 15 | 20 | 25 | 25 |
0,40 | 20 | 25 | 30 | 30 | 30 |
0,82 | 25 | 30 | 30 | 30 | 30 |
Таблица 2 | |||||||
Сталь | Механические свойства | Хладостойкость t, °C | |||||
σВ, МПа | σ0,2, МПа | δ, % | Ψ, % | KCU, Дж/см2 | |||
20ГЛ | ГОСТ (не менее) | 540 | 275 | 18 | 25 | 49,1 при +20°С | - |
Заявка* | 720-750 | 560-600 | до 40 | до 70 | 90-100 при -60°С | Ниже -60°С | |
Заявка** | 630 | 450 | 30 | 60 | 75 при -60°С | Ниже -60°С | |
20ФЛ | ГОСТ (не менее) | 491 | 294 | 18 | 35 | 49,1 при +20°С | - |
Данные [2]* | 635 | 438 | 25 | 56 | - | -40 | |
20Л | ГОСТ (не менее) | 412 | 216 | 22 | 35 | 49,1 при +20°С | - |
Данные [2]* | 530 | 330 | 24 | 60 | до 160 для стали 20 при +40°С | -40 | |
*При измельчении до d=5-10 мкм | |||||||
**При измельчении до d=12-15 мкм |
Claims (1)
- Способ термической обработки доэвтектоидной стали, включающий термоциклирование с нагревом и охлаждением и отпуск, отличающийся тем, что термической обработке подвергают низколегированную сталь, содержащую, мас.%: 0,15-0,25 С и 1,2-1,5 Mn, термоциклирование осуществляют с нагревом до температуры аустенитизации 930°С и ускоренным охлаждением со скоростью 0,2-0,8°/с, причем в первом цикле нагрев стали проводят вместе с печью и ускоренно охлаждают, в промежуточных циклах нагрев ведут ускоренно со скоростью 50-70°/мин в печи, нагретой до 930°С, с выдержкой до 10 мин, исключающей полную гомогенизацию аустенита, и ускоренно охлаждают до 400°С, а в последнем цикле охлаждают до комнатной температуры, при этом количество циклов составляет до 5, а отпуск проводят при 400°С в течение 2 ч.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011113652/02A RU2481406C2 (ru) | 2011-04-07 | 2011-04-07 | Способ термической обработки стали |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011113652/02A RU2481406C2 (ru) | 2011-04-07 | 2011-04-07 | Способ термической обработки стали |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011113652A RU2011113652A (ru) | 2012-10-20 |
RU2481406C2 true RU2481406C2 (ru) | 2013-05-10 |
Family
ID=47144847
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011113652/02A RU2481406C2 (ru) | 2011-04-07 | 2011-04-07 | Способ термической обработки стали |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2481406C2 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2594925C1 (ru) * | 2015-03-03 | 2016-08-20 | Алексей Сергеевич Комоликов | Способ термоциклической обработки стали |
RU2598021C1 (ru) * | 2015-06-10 | 2016-09-20 | Закрытое акционерное общество "Литаформ", ЗАО "Литаформ" | Способ термической обработки литых изделий из низкоуглеродистых легированных сталей, устройство для реализации способа термической обработки |
CN106086330A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-11-09 | 安庆市振发汽车锻件有限责任公司 | 16MnCrS5等温正火工艺 |
CN106929640A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-07-07 | 舞阳钢铁有限责任公司 | 大厚度高韧性15CrMoR钢板的热处理方法 |
RU2651553C1 (ru) * | 2017-06-20 | 2018-04-20 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Способ термической обработки горячекатаного рулонного проката из легированных доэвтектоидных сталей |
RU2672718C2 (ru) * | 2015-02-18 | 2018-11-19 | Открытое акционерное общество (ОАО) "Научно-исследовательский институт "Лопастных машин" ("НИИ ЛМ") | Способ термической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3131097A (en) * | 1962-02-23 | 1964-04-28 | Gen Motors Corp | Heat treatment of bearing steel to eliminate retained austenite |
SU937524A1 (ru) * | 1980-06-19 | 1982-06-23 | Красноярский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Цветных Металлов Им.М.И.Калинина | Способ термической обработки доэвтектоидной стали |
SU1006506A1 (ru) * | 1979-10-26 | 1983-03-23 | Украинский Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Металлов | Способ термоциклической обработки полосового проката из углеродистых сталей |
SU1291610A1 (ru) * | 1985-04-08 | 1987-02-23 | Брянский Завод Ирригационных Машин | Способ термической обработки железоуглеродистых сплавов |
SU1439133A1 (ru) * | 1986-12-08 | 1988-11-23 | Алтайский тракторный завод им.М.И.Калинина | Способ термической обработки конструкционной стали |
RU1782246C (ru) * | 1990-04-04 | 1992-12-15 | Владимир Владимирович Ветер | Способ термоциклической обработки издели |
RU2086670C1 (ru) * | 1996-06-10 | 1997-08-10 | Акционерное общество "Северский трубный завод" | Способ термической обработки труб |
-
2011
- 2011-04-07 RU RU2011113652/02A patent/RU2481406C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3131097A (en) * | 1962-02-23 | 1964-04-28 | Gen Motors Corp | Heat treatment of bearing steel to eliminate retained austenite |
SU1006506A1 (ru) * | 1979-10-26 | 1983-03-23 | Украинский Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Металлов | Способ термоциклической обработки полосового проката из углеродистых сталей |
SU937524A1 (ru) * | 1980-06-19 | 1982-06-23 | Красноярский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Цветных Металлов Им.М.И.Калинина | Способ термической обработки доэвтектоидной стали |
SU1291610A1 (ru) * | 1985-04-08 | 1987-02-23 | Брянский Завод Ирригационных Машин | Способ термической обработки железоуглеродистых сплавов |
SU1439133A1 (ru) * | 1986-12-08 | 1988-11-23 | Алтайский тракторный завод им.М.И.Калинина | Способ термической обработки конструкционной стали |
RU1782246C (ru) * | 1990-04-04 | 1992-12-15 | Владимир Владимирович Ветер | Способ термоциклической обработки издели |
RU2086670C1 (ru) * | 1996-06-10 | 1997-08-10 | Акционерное общество "Северский трубный завод" | Способ термической обработки труб |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2672718C2 (ru) * | 2015-02-18 | 2018-11-19 | Открытое акционерное общество (ОАО) "Научно-исследовательский институт "Лопастных машин" ("НИИ ЛМ") | Способ термической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей |
RU2594925C1 (ru) * | 2015-03-03 | 2016-08-20 | Алексей Сергеевич Комоликов | Способ термоциклической обработки стали |
RU2598021C1 (ru) * | 2015-06-10 | 2016-09-20 | Закрытое акционерное общество "Литаформ", ЗАО "Литаформ" | Способ термической обработки литых изделий из низкоуглеродистых легированных сталей, устройство для реализации способа термической обработки |
CN106086330A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-11-09 | 安庆市振发汽车锻件有限责任公司 | 16MnCrS5等温正火工艺 |
CN106929640A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-07-07 | 舞阳钢铁有限责任公司 | 大厚度高韧性15CrMoR钢板的热处理方法 |
RU2651553C1 (ru) * | 2017-06-20 | 2018-04-20 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Способ термической обработки горячекатаного рулонного проката из легированных доэвтектоидных сталей |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011113652A (ru) | 2012-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2481406C2 (ru) | Способ термической обработки стали | |
US20130037182A1 (en) | Mechanical part made of steel having high properties and process for manufacturing same | |
De Knijf et al. | Study of heat treatment parameters and kinetics of quenching and partitioning cycles | |
US11905571B2 (en) | Wire rod for cold heading, processed product using same, and manufacturing methods therefor | |
Deng et al. | An investigation of mechanical property and three-body impact abrasive wear behavior of a 0.27% C dual phase steel | |
Zhuang et al. | Effects of rolling and cooling conditions on microstructure and mechanical properties of low carbon cold heading steel | |
KR20190075378A (ko) | 수소지연파괴 저항성이 우수한 고강도 선재, 강재 및 이들의 제조방법 | |
Li et al. | Effect of lower bainite/martensite/retained austenite triplex microstructure on the mechanical properties of a low-carbon steel with quenching and partitioning process | |
Giordani et al. | Mechanical and metallurgical evaluation of carburized, conventionally and intensively quenched steels | |
Kang et al. | Correlation between MnS precipitation, sulfur segregation kinetics, and hot ductility in C-Mn steel | |
Ledermueller et al. | Engineering hierarchical microstructures via advanced thermo-mechanical processing of a modern HSLA steel | |
Wang et al. | Strengthen and Toughen the Low‐Alloyed Steel by Direct Tempforming | |
Singh et al. | Precipitation behaviour of microalloyed steel during hot deformation | |
Sourmail et al. | Influence of cobalt on bainite formation kinetics in 1 pct C steel | |
Shilyaev et al. | Mechanical Properties and Structural State of Rolled Sheets from High-Strength Wear-Resistant Weldable Steel H500 Magstrong® | |
Wu et al. | Microstructural Refinement and Mechanical Properties of High‐Speed Niobium‐Microalloyed Railway Wheel Steel | |
Chen et al. | Study of TRIP-aided bainitic ferritic steels produced by hot press forming | |
Zabihi-Gargari et al. | Enhancing mechanical properties of medium Mn advanced high-strength steel by inter-critical annealing: elimination of austenizing and quenching steps | |
Allam et al. | Development of a New Concept for Hot‐Rolled Weathering–DP Steel: Thermo‐mechanical Simulation, Microstructure Adjustment, and Mechanical Properties | |
Gao et al. | Effects of Nb on the microstructure and mechanical properties of water-quenched F GBA/BG steels | |
Li et al. | Microstructure Evolution and Work Hardening Behavior of Hot‐Rolled DP780 Ferrite/Bainite Dual‐Phase Steel | |
Hui et al. | Enhancing the mechanical properties of vanadium-microalloyed medium-carbon steel by optimizing post-forging cooling conditions | |
Yang et al. | Effect of temperature on microstructures and mechanical properties of medium‐carbon low‐alloy steel by caliber rolling | |
Kapito et al. | On the development of bainitic alloys for railway wheel applications | |
RU2503726C2 (ru) | Способ комплексной термической обработки стали |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130408 |