RU2488637C1 - Способ получения заготовок сталей аустенитного класса с нанокристаллической структурой - Google Patents
Способ получения заготовок сталей аустенитного класса с нанокристаллической структурой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2488637C1 RU2488637C1 RU2011148539/02A RU2011148539A RU2488637C1 RU 2488637 C1 RU2488637 C1 RU 2488637C1 RU 2011148539/02 A RU2011148539/02 A RU 2011148539/02A RU 2011148539 A RU2011148539 A RU 2011148539A RU 2488637 C1 RU2488637 C1 RU 2488637C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- deformation
- nanocrystalline structure
- forging
- austenitic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Forging (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к обработке металлов давлением, а именно к технологии получения заготовок сталей аустенитного класса с нанокристаллической структурой, и может быть применено при изготовлении сосудов высокого давления для теплоэнергетики и химической промышленности. Способ изготовления заготовок включает закалку заготовки, многократную ковку с последовательным изменением оси ориентации на 90° в интервале температур 773-923 К с суммарной истинной степенью деформации не менее 3 и последующий отжиг при температуре выше температуры изотермической ковки на 50К в течение 1-5 часов. Технический результат заключается в получении заготовки аустенитной стали с нанокристаллической структурой и повышенными прочностными свойствами. 1табл., 2 ил., 1пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к обработке металлов давлением, а именно к технологии получения заготовок сталей аустенитного класса с нанокристаллической структурой, и может быть применено при изготовлении сосудов высокого давления для теплоэнергетики и химической промышленности.
Известные способы измельчения зерен можно условно разделить на три группы. К первой группе относят чисто металлургические процессы, основанные на варьировании температурно-скоростных условий кристаллизации, легировании расплава модифицирующими элементами как Nb, Ti, Zr, Al, V, ультразвуком или электромагнитном воздействии на расплав [1], сверхбыстрой закалке из лент [2], испарении и конденсации материала в инертной среде [3, 4], плазменном распылении [5, 6], электровзрыве проводников [7], неравновесной конденсации в высокоскоростных потоках газа [8, 9] и т.д. Вторая группа методов измельчения зерен в сплавах связана с методами химического синтеза, например, получение многокомпонентных ультрадисперсных порошков гетерофазным взаимодействием в щелочных растворах, электролитическое послойное осаждение и аморфная кристаллизация [10, 11]. Третья группа методов включает различные способы обработки материалов, такие как традиционная термомеханическая обработка (ТМО), различные виды интенсивной пластической деформации (ИПД) с динамической [12, 13] или последующей статической [14] рекристаллизацией, а также обработка порошковых материалов в шаровых мельницах (так называемое механическое легирование) [15].
Методами первой и второй групп, как правило, получают нанокристаллические структуры с размером зерен порядка 10 нм. Большинство из них основано на компактировании порошков. Некоторые из этих методов были успешно использованы для формирования и изучения структуры и свойств нанокристаллических материалов. Однако развитие этих способов проблематично в связи с наличием пористости (до 10%) в компактированных, спеченных образцах, их высокой хрупкостью и сложностью контролирования химической чистоты сплава в процессе его получения. Кроме того, перечисленные методы не позволяют получать массивные заготовки с нанокристаллической структурой, достаточные для проведения полноценных исследований физико-механических свойств и изготовления полуфабрикатов для их промышленного применения.
Использование методов третьей группы позволяет получать нанокристаллические структуры в материалах со средним размером зерен около 100 нм со специальными высокоугловыми границами [16] и обладают двумя важными достоинствами: не приводят к образованию пористости, могут применяться как к чистым металлам, так и к сплавам и интерметаллидным соединениям. Методы ИПД основаны на создании в материале высокой плотности дефектов кристаллического строения (дислокации, границ зерен) в исходных совершенных (или почти совершенных) поли- и монокристаллах. Под ИПД подразумеваются истинные степени деформации e≥5 [17].
Применительно к аустенитным сталям известен способ обработки холодной деформацией с промежуточными отжигами. Так, в патенте US 4421572 (опубл. 20.12.1983) предложен метод холодной деформационной обработки с промежуточными отжигами при температуре 1010-1038°С в течение 60-90 секунд для уменьшения радиационного распухания стали AISI 316.
Способ обработки, совмещающий ИПД и ТМО, представлен в патенте UA 79726 С2 (2007 г.). Получение в стали Х18Н10Т структуры с размером фрагментов менее 1 мкм достигается за счет сочетания следующих операций: пластическая деформации методом всестороннего сжатия при низких температурах -40…-100°С (что обеспечивает получение мартенсита с размерами фрагментов 0,06-0,09 мкм), нагрев до температуры выше температуры старения и выдержка при этой температуре до конца преобразования мартенсита в аустенит и закалки на аустенит. Сталь с полученной структурой характеризуется повышенной прочностью.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения ультрамелкозернистой структуры в стали аустенитного класса, раскрытый в статье [18]. В [18] образцы аустенитной стали были деформированы в вакууме при 873 К методом многократной ковки с последовательным изменением оси ориентации на 90°. Истинная степень деформации за одну осадку составляла 0,4 при скорости деформации 8×10-4 с-1, суммарная степень деформации достигла 6,4. После каждой осадки образцы охлаждались в воде и затем нагревались до 873 К в течение 0,6-0,8 ксек. В результате данной обработки была получена ультрамелкозернистая структура со средним размером зерен 300 нм. Недостатком описанного способа является то, что он не позволяет получить нанокристаллическую структуру в стали, высокая трудоемкость процесса ковки из-за наличия охлаждений и нагревов заготовки после каждой осадки.
Задачей изобретения является разработка способа изготовления заготовок аустенитных сталей с нанокристаллической структурой, а также снижение трудоемкости ковки.
Технический результат заключается в
- получении однородной нанокристаллической структуры заготовки, благодаря которой происходит значительное повышение прочностных свойств стали как при комнатной, так и при повышенных температурах, что обусловлено получением однородной нанокристаллической структуры заготовок при осуществлении предлагаемого способа;
- снижении трудоемкости ковки.
Поставленная задача решается предложенным способом изготовления заготовок стали аустенитного класса с нанокристаллической структурой, включающим многократную изотермическую ковку заготовки при постоянной температуре с минимальной истинной степенью деформации за одну осадку не менее 0,4 и последовательным изменением оси ориентации на 90°, в который внесены следующие новые признаки:
- предварительная закалка заготовки с 1373 К;
- многократную изотермическую ковку проводят со скоростью деформации от 10-2 до 10-1 с-1 и с суммарной истинной степенью деформации не менее 3, при температуре, лежащей в интервале 773-973К, после чего проводят отжиг заготовки при температуре выше температуры изотермической ковки на 50 К в течение 1-5 часов.
Основными отличиями предложенного способа от прототипа являются: более высокие скорости деформации при осадке, отсутствие охлаждений и нагревов заготовки между осадками, наличие отжига для стабилизации микроструктуры после ковки.
Предлагаемое изобретение характеризуют следующие графические материалы:
Фигура 1. Схема термомеханической обработки стали 08Х18Н10.
Фигура 2. Фотография зеренной структуры стали, полученная на просвечивающем электронном микроскопе JEOL JEM-2100.
Пример осуществления.
В примере осуществления использовалась сталь 08Х18Н10, предварительно закаленная с 1373 К в воду, имеющая исходный размер зерна 25 µm. Заготовка размером 85×50×50 мм3 была подвергнута термомеханической обработке (ТМО), состоящей из многократной изотермической ковки с последовательным изменением оси ориентации на 90° при 873 К с истинной степенью деформации за одну осадку 0,4 при скорости деформации от 10-2 до 10-1 с-1, общего количества осадок 10, суммарной истинной степенью деформации 4 и последующего отжига при 923 К в течение 3 часов (фиг.1). Ковка проводилась без охлаждения и подогревов заготовки между осадками. Средний размер зерна после ТМО составил 100 нм (фиг.2).
Механические испытания на растяжения проводились по ГОСТ 1497-84 при комнатной температуре и по ГОСТ 9651-84 при повышенных температурах (табл.1).
Таблица 1 | ||||||
Механические свойства аустенитной стали 08Х18Н10 в исходном крупнозернистом и наноструктурном состояниях | ||||||
293 К | 673 К | 773 К | 873 К | 923 К | ||
Предел текучести, МПа | Образец после ТМО | 860 | 710 | 640 | 385 | 485 |
Образец до ТМО | 300 | 200 | 190 | 170 | 170 | |
Предел прочности, МПа | Образец после ТМО | 960 | 770 | 680 | 550 | 570 |
Образец до ТМО | 640 | 520 | 500 | 450 | 400 | |
Удлинение, % | Образец после ТМО | 13 | 7 | 6 | 17 | 22 |
Образец до ТМО | 35 | - | 43 | - | 34 |
Источники информации
[1] О.Л.Кайбышев Сверхпластичность промышленных сплавов. - М.: Металлургия, 1984. - 264 с.
[2] Wurschum R., Greiner W., Valtev R.Z., Rapp М., Sigle W., Schneeweiss O. and Schaefev H.E. Interfacial Free Volumes in Ultra-Fine Grained Metals of Amorphous Alloys // Scr.Met.et Mater. - 1991. - P.456-564.
[3] Birrenger R. and Gleiter H. Nanocrystalline materials // Encyclopedia of Materials Science and Engineering ed. R.W.Cahn, Pergamon Press. - 1988. - Vol.1 (Suppl.). - P.339-349.
[4] Froes F.H. and Suryanarayna. Nanocrystalline Metals for Structural Applications // JOM. - 1989. - №6. - P.12-17.
[5] Морохов И.Д., Трусов Л.И., Лаповок В.И. Физические явления в ультрадисперсных средах. - М.: Наука, 1984. - С.320; Морохов И.Д., Трусов Л.И., Чижик С.П. Ультрадисперсные металлические среды. - М.: Атомиздат, 1977. - 264 с.
[6] Морохов И.Д., Трусов Л.И., Чижик С.П. Ультрадисперсные металлические среды. - М.: Атомиздат, 1977. - 264 с.
[7] Коюв Ю.А., Яворский Н.А. Исследование частиц, образующихся при электрическом взрыве проводников // Физика и химия обработки материалов. - 1978. - №4. - С.24.
[8] Морохов И.Д., Трусов Л.И., Лаповок В.И. Физические явления в ультрадисперсных средах. - М.: Наука, 1984. - С.320; Морохов И.Д., Трусов Л.И., Чижик С.П. Ультрадисперспые металлические среды. - М.: Атомиздат, 1977. - 264 с.
[9] Морохов И.Д., Трусов Л.И., Чижик С.П. Ультрадисперсные металлические среды. - М.: Атомиздат, 1977. - 264 с.
[10] Сверхмелкое зерно в металлах. Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1973. - 384 с.
[11] Gleiter H., Nanostructured Materials: state of art and perspectives // Nanostructured Materials. - 1995. - vol.6. - P.3-14.
[12] Kaibyshev O., Kaibyshev R., Salishchev G. Formation of submicrocrystalline structure in materials during dynamic recrystallization // Mater. Sci. Forum - 1993. - Vol.113-115. - P.423-428.
[13] Жеребцов С.В., Галеев, P.M., Валиахметов О.Р., Малышева С.П., Салищев Г.А., Мышляев М.М. Формирование субмикрокристаллической структуры в титановых сплавах интенсивной пластической деформацией и их механические свойства // КШП. - 1999. - №7. - С.17-22.
[14] Valiev R.Z., Krasilnikov N.A. and Tsenev N.K. Plastic deformation of alloys with submicron-grained structure // Mater. Sci. and Eng. - 1991. - A137. - P.35-40.
[15] Shhultz L., Hellstern E. Glass formation by mechanical alloying / in Science and Technology of Rapidly Quenched Alloys, ed. by M.Tenhover, L.E.Tanner, W.L.Jonson // Materials Science Society. - 1987. - Vol.24. - P.145-150.
[16] Валиев Р.З. Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. - М.: Логос, 2000. - 272 с.
[17] Saito Y., Tsuji N., Utsunomiya H. et. al. Ultra-fine grained bulk aluminum produced by Accumulative Roll-Bonding (ARB) process // Scripta Mater. - 1998. - № 39. - P.1221-1227.
[18] Belyakov A., Sakai T. and Miura H. Fine-Grained Structure Formation in Austenitic Stainless Steel under Multiple Deformation at 0.5Tm // Material Transactions, - 2000. - Vol.41. - № 4 - P.476-484.
Claims (1)
- Способ изготовления заготовок сталей аустенитного класса с нанокристаллической структурой, включающий многократную изотермическую ковку заготовки с последовательным изменением оси ориентации на 90° при постоянной температуре и с минимальной истинной степенью деформации за одну осадку не менее 04, отличающийся тем, что предварительно закаленную с температуры 1373К заготовку подвергают многократной изотермической ковке при постоянной температуре в интервале 773-973К со скоростью деформации от 10-2 до 10-1 с-1, после достижения суммарной истинной степени деформации не менее 3 проводят отжиг заготовки при температуре выше температуры изотермической ковки на 50 К в течение 1-5 ч.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011148539/02A RU2488637C1 (ru) | 2011-11-29 | 2011-11-29 | Способ получения заготовок сталей аустенитного класса с нанокристаллической структурой |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011148539/02A RU2488637C1 (ru) | 2011-11-29 | 2011-11-29 | Способ получения заготовок сталей аустенитного класса с нанокристаллической структурой |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011148539A RU2011148539A (ru) | 2013-06-10 |
RU2488637C1 true RU2488637C1 (ru) | 2013-07-27 |
Family
ID=48784370
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011148539/02A RU2488637C1 (ru) | 2011-11-29 | 2011-11-29 | Способ получения заготовок сталей аустенитного класса с нанокристаллической структурой |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2488637C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2766225C1 (ru) * | 2021-05-24 | 2022-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горянина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт"-ЦНИИ КМ "Прометей") | Способ изготовления поковок из сталей аустенитного класса |
RU2787279C1 (ru) * | 2022-06-09 | 2023-01-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Способ получения упрочненных цилиндрических заготовок из нержавеющей стали аустенитного класса |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2020163C1 (ru) * | 1991-01-15 | 1994-09-30 | Институт проблем сверхпластичности металлов | Способ термомеханической обработки изделий из аустенитной cr-mn-ni стали |
US5660648A (en) * | 1993-04-05 | 1997-08-26 | Nippon Steel Corporation | Microalloyed steel for hot forging free of subsequent quenching and tempering, process for producing hot forging, and a hot forging |
RU2181776C2 (ru) * | 2000-01-05 | 2002-04-27 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Способ обработки сталей |
-
2011
- 2011-11-29 RU RU2011148539/02A patent/RU2488637C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2020163C1 (ru) * | 1991-01-15 | 1994-09-30 | Институт проблем сверхпластичности металлов | Способ термомеханической обработки изделий из аустенитной cr-mn-ni стали |
US5660648A (en) * | 1993-04-05 | 1997-08-26 | Nippon Steel Corporation | Microalloyed steel for hot forging free of subsequent quenching and tempering, process for producing hot forging, and a hot forging |
RU2181776C2 (ru) * | 2000-01-05 | 2002-04-27 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Способ обработки сталей |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2766225C1 (ru) * | 2021-05-24 | 2022-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горянина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт"-ЦНИИ КМ "Прометей") | Способ изготовления поковок из сталей аустенитного класса |
RU2787279C1 (ru) * | 2022-06-09 | 2023-01-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Способ получения упрочненных цилиндрических заготовок из нержавеющей стали аустенитного класса |
RU2797893C1 (ru) * | 2022-10-17 | 2023-06-09 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Способ изготовления поковок из сталей аустенитного класса |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011148539A (ru) | 2013-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Azushima et al. | Severe plastic deformation (SPD) processes for metals | |
US7922841B2 (en) | Method for preparing high-temperature nanophase aluminum-alloy sheets and aluminum-alloy sheets prepared thereby | |
EP2868759B1 (en) | ALPHA + BETA TYPE Ti ALLOY AND PROCESS FOR PRODUCING SAME | |
US7708845B2 (en) | Method for manufacturing thin sheets of high strength titanium alloys description | |
CN111826550B (zh) | 一种中等强度耐硝酸腐蚀钛合金 | |
RU2555267C2 (ru) | Способ изготовления тонких листов из двухфазного титанового сплава и изделие из этих листов | |
Miura et al. | Evolution of ultra-fine grains in az31 and az61 mg alloys during multi directional forging and their properties | |
Srinivasan et al. | Scaling up of equal channel angular pressing (ECAP) for the production of forging stock | |
CN110592490A (zh) | 一种具有高强塑积无塑性不稳定性热轧中锰钢及制备方法 | |
CN113235014A (zh) | 一种高性能含硅铁素体/马氏体钢 | |
RU2465973C1 (ru) | Способ изготовления фольги из интерметаллидных ортосплавов на основе титана | |
Bhardwaj et al. | Evolution of microstructure and mechanical properties of Ti6Al4V alloy by multiple passes of constrained groove pressing at elevated temperature | |
Liu et al. | Ti–5Al–5V–5Mo–3Cr–1Zr (Ti-55531) alloy with excellent mechanical properties fabricated by spark plasma sintering combined with in-situ aging | |
JP2018510268A (ja) | チタン及びチタン合金の物品の製造方法 | |
RU2468093C1 (ru) | Способ получения заготовок сталей аустенитного класса | |
Kaibyshev et al. | Cost‐Affordable Technique Involving Equal Channel Angular Pressing for the Manufacturing of Ultrafine Grained Sheets of an Al–Li–Mg–Sc Alloy | |
RU2488637C1 (ru) | Способ получения заготовок сталей аустенитного класса с нанокристаллической структурой | |
Lee et al. | Grain refinement of commercially pure zirconium by ECAP and subsequent intermediate heat treatment | |
CN111944958B (zh) | 一种高强度块体316l不锈钢的制备方法 | |
Pramono et al. | High-strength aluminum alloy of ultrafine grained by consolidation-ECAP | |
Popov et al. | Effect of heat-treatment conditions on structural and phase transformations in a two-phase α+ β titanium alloy subjected to thermomechanical treatment | |
Rudskoi et al. | PHYSICAL FUNDAMENTALS OF THERMOMECHANICAL PROCESSING IN ULTRAFINE-GRAINED METALLIC MATERIALS MANUFACTURING. | |
JPH01127653A (ja) | α+β型チタン合金冷延板の製造方法 | |
RU2635650C1 (ru) | Способ термомеханической обработки высоколегированных псевдо-β титановых сплавов, легированных редкими и редкоземельными металлами | |
Maloy et al. | Viability of thin wall tube forming of ATF FeCrAl |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201130 |