RU2503726C2 - Способ комплексной термической обработки стали - Google Patents
Способ комплексной термической обработки стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2503726C2 RU2503726C2 RU2011118028/02A RU2011118028A RU2503726C2 RU 2503726 C2 RU2503726 C2 RU 2503726C2 RU 2011118028/02 A RU2011118028/02 A RU 2011118028/02A RU 2011118028 A RU2011118028 A RU 2011118028A RU 2503726 C2 RU2503726 C2 RU 2503726C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- heating
- heat treatment
- cooling
- formation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к термической обработке доэвтектоидных низколегированных сталей. Для обеспечения диспергированной структуры и ее композиционной гетерогенизации с формированием наноразмерных фрагментов, позволяющих получить высокие и стабильные механические свойства, заготовку из стали, содержащую С 0,15-0,25 мас.% и Mn 1,2-1,7 мас.%, нагревают до полной аустенитизации структуры, затем проводят ее охлаждение в печи до температуры выдержки 735-740°C или на воздухе до комнатной температуры с последующим нагревом до температуры выдержки 735-740°C, при этом выдержку осуществляют для формирования двухфазной аустенитно-ферритной структуры, а охлаждение после выдержки ведут со скоростью, обеспечивающей неполное мартенситное превращение аустенита и формирование многофазной микроструктуры, после чего проводят высокотемпературный отпуск-старение при 550°C в течение 2-2,5 часов. Перед нагревом до полной аустенитизации проводят предварительную нормализацию при температуре от 930°C. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Description
Изобретение относится к термической обработке доэвтектоидных низколегированных сталей и может быть преимущественно использовано при термической обработке сталей типа 20Г-20ГЛ.
Обычно с целью повышения предела текучести этих сталей вместо нормализации проводят их термическую обработку, состоящую из полной закалки и высокотемпературного отпуска при 600-630°C [1]. Однако общий уровень прочностных свойств повышается при этом незначительно, а по значениям пластичности и ударной вязкости допускается даже снижение по сравнению с нормализованной сталью.
Известен способ термической обработки конструкционных сталей [2] (преимущественно для трубных изделий), включающий первый нагрев выше AC3 и охлаждение в воде до комнатной температуры, второй нагрев в межкритический интервал температур AC1-AC3 и охлаждение в воде, высокий отпуск и охлаждение на воздухе. Способ обеспечивает получение высокой ударной вязкости низкоуглеродистых сталей, однако не позволяет существенно повысить уровень прочностных свойств сталей.
Наиболее близким к предлагаемому является способ термической обработки низколегированных, сталей, содержащих до 0,35% С, включающий комплекс операций: нагрев до гомогенной аустенитной структуры, охлаждение до межкритического интервала AC1-AC3 с выдержкой для формирования двухфазной аустенитно-ферритной структуры, охлаждение до комнатной температуры со скоростью, обеспечивающей неполное мартенситное превращение аустенита и формирование трехфазной ферритно-мартенситно-аустенитной микроструктуры [3].
Способ обеспечивает получение микрокомпозиционной структуры стали и ее высокие прочностные свойства. Однако способ не позволяет реализовать возможности более значительного повышения всего уровня механических свойств, в частности, ударной вязкости стали.
Задачей изобретения является создание в стали дисперсной многофазной структуры с нанокомпозитными фрагментами, состоящей из дисперсного полигонизованного феррита, зернистого бейнита (обладающего микро- и нанокомпозиционной субструктурой), зернистого троостосорбита и демпфирующих прослоек остаточного аустенита наноразмерной толщины.
Технический эффект - получение комплекса высоких и стабильных механических свойств стали (предела текучести, предела прочности, пластичности и ударной вязкости).
Это достигается тем, что способ комплексной термической обработки заготовок из доэвтектоидных низколегированных сталей, содержащих С 0,15-0,25 мас.% и Mn 1,2-1,7 мас.%, включает нагрев заготовки до полной аустенитизации структуры, выдержку в межкритическом интервале Ac1-Ac3 для формирования двухфазной аустенитно-ферритной структуры и охлаждение после выдержки со скоростью, обеспечивающей неполное мартенситное превращение аустенита и формирование многофазной микроструктуры, при этом после нагрева заготовки до полной аустенитизации структуры проводят ее охлаждение в печи до температуры выдержки 735-740°C или на воздухе до комнатной температуры с последующим нагревом до температуры выдержки 735-740°C, после чего дополнительно осуществляют высокотемпературный отпуск-старение при 550°C в течение 2-2,5 часов.
Перед нагревом до полной аустенитизации проводят редварительную нормализацию при температуре от 930°C.
Суть изобретения состоит в использовании особенностей химического состава сталей типа 20Г-20ГЛ, связанных с повышенным содержанием сильного элемента-аустенитизатора (марганца), обеспечивающего в процессе комплексной термической обработки значительное диспергирование структуры и ее композиционную гетерогенизацию с формированием наноразмерных фрагментов.
При первом нагреве до температуры (AC3+50°C) исходное зерно в результате фазовой перекристаллизации измельчается. Дополнительное измельчение обеспечивается и фазовой перекристаллизацией (полной при нормализации или частичной при охлаждении до межкритического интервала температур). При переводе температуры в критический интервал и достаточно длительной выдержке в этом интервале температур аустенитные участки равномерно располагаются в феррите. Марганец при этом избирательно перераспределяется между фазами, резко обогащая и стабилизируя участки аустенита. Феррит в процессе выдержки полигонизируется, сохраняя измельченную структуру. При быстром охлаждении (в воде) в процессе третьей операции в равномерно распределенных участках аустенита происходит частичное мартенситное превращение с сохранением локальных зон стабилизированного аустенита. Последующий отпуск при 550°C приводит к троосто-сорбитному распаду мартенсита и частичному бейнитному превращению остаточного аустенита, который сохраняется в небольших количествах в виде тонких прослоек наноразмерной толщины, обволакивающих дисперсные участки с бейнитно-троосто-сорбитной структурой и выполняющих роль демпфера при нагружении этих участков. Отпуск выполняет еще одну роль, обеспечивая старение части ферритных зерен, пересыщенных марганцем, с формированием в них субструктуры зернистого бейнита. Предварительная обработка стали по п.2 обеспечивает дополнительное измельчение структуры.
Таким образом, в результате предлагаемой комплексной термической обработки в низколегированных марганцевых сталях формируется многофазная композиционная структура с наноразмерными фрагментами. Такая структура обеспечивает значительное повышение всего комплекса механических свойств, включая такие важнейшие из них как предел текучести и ударная вязкость при отрицательных температурах.
Эксперименты проведены на стали 20ГЛ производства Бежицкого сталелитейного завода, содержащей, % масс: 0,22 С, 1,32 Mn, 0,35 Si, 0,07 Cr, 0,12 Ni, 0,10 Cu, 0,02 S и 0,03 P. Термическая обработка проводилась в лабораторной печи на заготовках толщиной 30 мм, вырезанных из стандартных литых трефовидных проб. Использованы 2 режима термической обработки (режимы 1 и 2), соответствующие п.1 формулы изобретения и 1 режим, соответствующий п.2 (режим 3):
1) нагрев до 920°C, выдержка 30 минут, охлаждение в печи со скоростью 0,12-0,17 град/с до 740°C, выдержка 2,5 часа, закалка в воде, отпуск-старение при 550°C в течение 2,5 часов, охлаждение в воде (схема режима 1);
2) нагрев до 920°C, выдержка 30 минут, охлаждение на воздухе до комнатной температуры, нагрев до 740°C, выдержка 2,5 часа, закалка в воде, отпуск-старение при 550°C в течение 2,5 часов, охлаждение в воде (схема режима 2);
3) нагрев до 930°C, выдержка 20 минут, охлаждение на воздухе до комнатной температуры, нагрев до 920°C, выдержка 30 минут, охлаждение в печи со скоростью 0,12-0,17 град/с до 740°C, выдержка 2,5 часа, закалка в воде, отпуск-старение при 550°C в течение 2,5 часов, охлаждение в воде (схема режима 3);
Для сопоставления образцы из стали 20ГЛ подвергались термической обработке в соответствии с рекомендацией по ГОСТ 977-88: закалка в воде от 890°C, отпуск 630°C.
Параллельно проведены эксперименты по использованию режима-прототипа применительно к стали 25Л, содержащей 0,9% Mn и 0,35% Si при примерно таком же содержании других примесей, как и в стали 20ГЛ.
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.
Механические испытания проводили на стандартных образцах, определяли предел прочности (временное сопротивление разрыву) σB, предел текучести σ0,2, относительное удлинение δ5, относительное сужение Ψ и ударную вязкость KCU-60 (при -60°C).
Результаты испытаний приведены в таблице.
Таблица | |||||||
Сталь | Режим термической обработки | Механические свойства сталей | |||||
σB | σ0,2 | δ5 | Ψ | KCU-60 | НВ | ||
МПа | % | Дж/см2 | |||||
1 (рис.1) | 630-640 | 480-500 | 22-25 | 43-48 | 40-44 | 207-217 | |
20ГЛ | 2 (рис.2) | 640-660 | 510-530 | 22-25 | 43-47 | 60-65 | 207-217 |
3 (рис.3) | 710-730 | 570-590 | 20-23 | 37-40 | 55-58 | 217-229 | |
По ГОСТ 977-88 | 580-600 | 390-400 | 15-18 | 25-30 | 32-35 | 197-207 | |
25Л | По способу-прототипу [3] | 580-600 | 400-420 | 14-16 | 25-30 | 20-25 | 229-241 |
Видно, что термическая обработка стали 20ГЛ по предлагаемым режимам 1-3 обеспечивает наиболее высокий уровень ее механических свойств. Значительно ниже свойства стали при использовании стандартной термической обработки в соответствии с ГОСТ 977-88.
Видны также преимущества предлагаемого способа по сравнению со способом-прототипом, используемым применительно к стали 25Л с пониженным содержанием марганца (до 0,9%), хотя в этом случае более высокое содержание углерода и использование режима-прототипа обеспечило повышенные прочностные свойства стали (например, σ0,2=400-420 МПа вместо минимальных значений ~300 МПа по ГОСТ 977-88).
Источники информации
1. ГОСТ 977-88.
2. Патент РФ №2096495, кл. C21D 9/08, C21D 8/10, 1997.
3. Заявка US 02/40126 от 12.12.2002, публикация WO 03/052153 (26.06.2003), публикация заявки в РФ 20.02.2007.
Claims (2)
1. Способ комплексной термической обработки заготовок из доэвтектоидных низколегированных сталей, содержащих С 0,15-0,25 мас.% и Mn 1,2-1,7 мас.%, включающий нагрев заготовки до полной аустенитизации структуры, выдержку в межкритическом интервале Ac1-Ac3 для формирования двухфазной аустенитно-ферритной структуры и охлаждение после выдержки со скоростью, обеспечивающей неполное мартенситное превращение аустенита и формирование многофазной микроструктуры, отличающийся тем, что после нагрева заготовки до полной аустенитизации структуры проводят ее охлаждение в печи до температуры выдержки 735-740°C или на воздухе до комнатной температуры с последующим нагревом до температуры выдержки 735-740°C, после чего дополнительно осуществляют высокотемпературный отпуск-старение при 550°C в течение 2-2,5 ч.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед нагревом до полной аустенитизации проводят предварительную нормализацию при температуре от 930°C.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011118028/02A RU2503726C2 (ru) | 2011-05-04 | 2011-05-04 | Способ комплексной термической обработки стали |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011118028/02A RU2503726C2 (ru) | 2011-05-04 | 2011-05-04 | Способ комплексной термической обработки стали |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2503726C2 true RU2503726C2 (ru) | 2014-01-10 |
Family
ID=49884824
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011118028/02A RU2503726C2 (ru) | 2011-05-04 | 2011-05-04 | Способ комплексной термической обработки стали |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2503726C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2606665C1 (ru) * | 2015-07-06 | 2017-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Алтайский сталелитейный завод" | Способ регулируемой термической обработки литых стальных деталей |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU954446A1 (ru) * | 1980-03-07 | 1982-08-30 | Украинский Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Металлов | Способ термической обработки проката |
SU1076468A1 (ru) * | 1981-07-20 | 1984-02-29 | Ленинградский технологический институт холодильной промышленности | Способ термической обработки литых сталей |
SU1439133A1 (ru) * | 1986-12-08 | 1988-11-23 | Алтайский тракторный завод им.М.И.Калинина | Способ термической обработки конструкционной стали |
WO2003052153A1 (en) * | 2001-12-14 | 2003-06-26 | Mmfx Technologies Corporation | Triple-phase nano-composite steels |
-
2011
- 2011-05-04 RU RU2011118028/02A patent/RU2503726C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU954446A1 (ru) * | 1980-03-07 | 1982-08-30 | Украинский Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Металлов | Способ термической обработки проката |
SU1076468A1 (ru) * | 1981-07-20 | 1984-02-29 | Ленинградский технологический институт холодильной промышленности | Способ термической обработки литых сталей |
SU1439133A1 (ru) * | 1986-12-08 | 1988-11-23 | Алтайский тракторный завод им.М.И.Калинина | Способ термической обработки конструкционной стали |
WO2003052153A1 (en) * | 2001-12-14 | 2003-06-26 | Mmfx Technologies Corporation | Triple-phase nano-composite steels |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2606665C1 (ru) * | 2015-07-06 | 2017-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Алтайский сталелитейный завод" | Способ регулируемой термической обработки литых стальных деталей |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2680042C2 (ru) | Способ производства высокопрочного стального листа, обладающего улучшенной прочностью, пластичностью и формуемостью | |
JP6719903B2 (ja) | マンガン鋼材の熱処理方法およびマンガン鋼材 | |
NO343350B1 (no) | Sømløst stålrør for oljebrønn med utmerket motstand mot sulfidspenningssprekking og fremgangsmåte for fremstilling av sømløse stålrør for oljebrønner | |
AU2014265214B2 (en) | High strength steel exhibiting good ductility and method of production via quenching and partitioning treatment by zinc bath | |
US20130037182A1 (en) | Mechanical part made of steel having high properties and process for manufacturing same | |
Qin et al. | The mechanism of high ductility for novel high-carbon quenching–partitioning–tempering martensitic steel | |
Zhang et al. | Effects of Nb on microstructure and continuous cooling transformation of coarse grain heat-affected zone in 610 MPa class high-strength low-alloy structural steels | |
Azizi et al. | The effect of primary thermo-mechanical treatment on TRIP steel microstructure and mechanical properties | |
Bachmaier et al. | Development of TBF steels with 980 MPa tensile strength for automotive applications: microstructure and mechanical properties | |
RU2481406C2 (ru) | Способ термической обработки стали | |
Maisuradze et al. | Thermal strengthening of large parts made from high-strength sparingly doped steel in air | |
Erişir et al. | Effect of intercritical annealing temperature on phase transformations in medium carbon dual phase steels | |
RU2503726C2 (ru) | Способ комплексной термической обработки стали | |
KR101695263B1 (ko) | 생산성, 강도와 연성의 조합이 우수한 고강도 강판, 그 제조 방법 | |
KR20180001704A (ko) | 필름형 잔류 오스테나이트를 포함하는 강재 | |
Gurumurthy et al. | Ferrite-martensite dual phase treatment of AISI 1040 steel and mechanical characterization | |
KR102351770B1 (ko) | Ni 함유 강판의 제조 방법 | |
Hoyos et al. | Correlation between the internal friction and fracture mechanism in quenched and tempered carbon steels | |
Schino et al. | Quenching and tempering (Q&T) effect on a steel for forging with Cr and Mo addition | |
RU2770925C1 (ru) | Способ термической обработки поковок из низколегированной стали | |
Janda et al. | Comparing properties of the 42SICR steel after conventional heat treatment and QP processing | |
Di Schino et al. | Metallurgical design of high strength/high toughness steels | |
Seo et al. | Quenching and partitioning (Q&P) processing of AISI 420 stainless steel | |
PARK et al. | Comparison of cold formability of cold drawn non-heat-treated steels having similar strength | |
RU2373292C1 (ru) | Способ термической обработки полуфабрикатов из низкоуглеродистых ферритоперлитных сталей |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131222 |