RU2520286C1 - Способ термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса - Google Patents
Способ термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса Download PDFInfo
- Publication number
- RU2520286C1 RU2520286C1 RU2013113076/02A RU2013113076A RU2520286C1 RU 2520286 C1 RU2520286 C1 RU 2520286C1 RU 2013113076/02 A RU2013113076/02 A RU 2013113076/02A RU 2013113076 A RU2013113076 A RU 2013113076A RU 2520286 C1 RU2520286 C1 RU 2520286C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tempering
- temperature
- heat
- steels
- steel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса, применяемых для изготовления элементов тепловых энергетических установок с рабочей температурой пара до 650°C. Способ включает выдержку в аустенитной области при температуре 1060°C в течение 30-40 минут с последующим охлаждением на воздухе и двухступенчатый отпуск. На первой ступени проводят низкотемпературный отпуск в интервале температур 200-350°C, а на второй ступени - отпуск при температуре 760°C. Продолжительность каждого отпуска составляет 3 часа. Способ позволяет повысить предел длительной прочности и предел ползучести жаропрочных сталей мартенситного класса за счет выделения дисперсных карбонитридов Nb(C,N) на первой ступени отпуска. 4 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса. Способ может быть использован для получения сталей с повышенными характеристиками жаропрочности, предназначенных для изготовления элементов тепловых энергетических установок с рабочей температурой пара до 650°C.
В настоящее время термическая обработка жаропрочных сталей мартенситного класса обычно представляет собой выдержку в аустенитной области при 1040-1100°C с последующим охлаждением на воздухе и отпуском при температурах 750-780°C. Различные способы термической обработки жаропрочных сталей, к которым относят стали мартенситного класса с химическим составом (мас.%): углерод 0,01-0,2, кремний не более 0,2, марганец 0,01-0,6, хром 9,0-13,0, никель не более 0,2, вольфрам 0,5-2, молибден 0,5-1,0, кобальт 0,1-5,0, ванадий 0,18-0,25, ниобий 0,05-0,1, азот 0,04-0,1, бор 0,0005-0,005, сера не более 0,01, фосфор не более 0,01, алюминий не более 0,02, медь не более 0,05, железо - остальное, приведены в табл.1.
Таблица 1 | ||
Патент | Режим термической обработки | Температура эксплуатации стали, °C |
RU 2237102 | Выдержка при 1050°C+отпуск при 550-570°C | ≤500 |
US 20080241583 | Выдержка при 1060°C с последующим охлаждением на воздухе+отпуск при 760°C | ≤620 |
US 4762577 | Выдержка при 1038-1093°C с последующим охлаждением на воздухе+отпуск при 690-704°C | ≤590 |
US 4857120 | Выдержка при 1050-1150°C с последующим охлаждением в воде+отпуск при 500-600°C+отпуск при 600-700°C | 600-650 |
US 5560788 | Выдержка при 1050°C с последующим охлаждением в масле+отпуск при 570°C+отпуск при 700°C | 600-650 |
В процессе выдержки при температурах 1040 - 1150°С происходит практически полное растворение карбидов и карбонитридов присутствовавших в сталях, а при дальнейшем охлаждении на воздухе или в воде в сталях формируется структура пакетного мартенсита. Последующий отпуск при температурах 650 -780°С приводит к выделению карбидов и карбонитридов типа М2зСб (размером 50 - 170 нм) и MX (размером 14 - 30 нм) [Машуата К. Strengthening mechanisms of creep resistant tempered martensitic steel / K. Maruyama, K. Sawada, J. Koike // ISIJ Int. - 2001. - Vol.41. - P. 641-653; Ennis, P. J. Recent advances in creep resistant steels for power plant applications / P. J. Ennis, A. Czyrska-Filemonowicz // Operat. Maint. Mater. - 2002. - Vol.1. - P. 1-28]. Стабильность сформировавшейся после отпуска структуры при ползучести определяется удельным объемом, распределением и размером карбонитридов и карбидов. Дисперсные частицы сдерживают движение дислокаций. В результате, границы реек троостомартенсита сохраняют свою структуру в процессе ползучести при повышенных температурах. Именно сочетание дислокационной структуры троостомартенсита с наночастицами вторичных фаз обеспечивает уникальные жаропрочные характеристики сталей мартенситного класса.
Наиболее близким к заявляемому является способ термической обработки жаропрочной стали мартенситного класса Е911, который был выбран в качестве прототипа, описанный в научной статье [Qin, G. ТЕМ studies of microstructural evolution in creep exposed E911 / G. Qin, S.V.Hainsworth, A. Strang, P.F.Morris, P.D.Clarke, A.P.Backhouse // Creep & fracture in high temperature components. - DEStech Publications, 2009. - P.889-899]. Способ термической обработки включает:
- выдержку в аустенитной области при температуре 1100°C в течение 1 часа с последующим охлаждением на воздухе;
- отпуск при температуре 760°C в течение 2 часов для выделения карбидов и карбонитридов.
Недостатком описанного способа является выделение относительно крупных карбонитридов, что приводит к пониженным характеристикам жаропрочности.
Задачей изобретения является разработка способа термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса для повышения их жаропрочности.
Технический результат заключается в выделении дисперсных карбонитридов Nb(C,N) размером около 5 нм за счет введения дополнительного низкотемпературного отпуска в интервале температур 200-350°C продолжительностью 3 часа.
Поставленная задача решается предложенным способом термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса, который включает выдержку стали в аустенитной области с последующим охлаждением на воздухе, отпуск при температуре 760°C, в который внесены следующие новые признаки: выдержку в аустенитной области осуществляют при температуре 1060°C в течение 30-40 минут, перед отпуском при температуре 760°C дополнительно проводят низкотемпературный отпуск в интервале температур 200-350°C, при этом продолжительность каждого отпуска составляет 3 часа.
Новизна подтверждается тем, что в уровне техники не обнаружены технические решения с предложенной совокупностью признаков.
Изобретательский уровень подтверждается тем, что впервые обнаружено выделение карбонитридов Nb(C,N) размером около 5 нм при низких температурах отпуска 200-350°C. Наличие карбонитридов Nb(C,N) размером около 5 нм способствует повышению жаропрочных характеристик сталей.
Пример осуществления.
Была отлита сталь химического состава, аналогичного по составу стали Е911, описанной в прототипе (табл.2).
Таблица 2 | ||||||||
Химический состав (мас.%) стали | ||||||||
Fe | C | Si | Mn | P | S | Cu | Ni | Cr |
осн. | 0,12 | 0,06 | 0,36 | 0,010 | 0,008 | 0,02 | 0,2 | 9,8 |
Со | Мо | W | V | Nb | N | В | А1 | |
0,1 | 1,01 | 0,93 | 0,2 | 0,05 | 0,05 | 0,003 | 0,015 |
Сталь была термически обработана двумя различными способами: первый - традиционный, второй - согласно предполагаемому изобретению.
1) Выдержка при 1060°C в течение 30-40 минут с последующим охлаждением на воздухе и отпуск при температуре 760°C в течение 3-х часов.
2) Выдержка при 1060°C в течение 30-40 минут с последующим охлаждением на воздухе и двухступенчатый отпуск: 1-я ступень при температуре 300°C в течение 3-х часов и 2-я ступень при температуре 760°C в течение 3-х часов.
Результаты испытаний на длительную прочность и ползучесть при температуре 650°C и напряжении 100 МПа, которые проводились по ASTM Е139-06 и ГОСТ 10145-81, соответственно, приведены в табл.3.
Таблица 3 | ||
Способ термической обработки | Время до разрушения, ч | Время до достижения деформации равной 1%, ч |
Традиционный | 1820 | 224 |
Согласно предполагаемому изобретению | 4983 | 463 |
Из таблицы 3 видно, что жаропрочные характеристики стали, обработанной по предлагаемому способу, значительно превосходят соответствующие характеристики стали, обработанной традиционным способом.
Результаты испытаний прототипа на длительную прочность при температуре 650°C и различных напряжениях приведены в табл.4.
Таблица 4 | |
Время до разрушения, ч | Напряжение, МПа |
849 | 124 |
2232 | 108 |
3454* | 100 |
4530 | 93 |
14319 | 77 |
*расчетное значение |
Как видно из таблицы 4, время до разрушения при температуре испытания 650°C и напряжении 100 МПа почти в 1,5 раза дольше у образца термически обработанного по предложенному способу, чем у прототипа.
Таким образом, приведенные примеры подтверждают, что поставленная задача по разработке способа термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса с повышенными характеристиками жаропрочности, такими как предел длительной прочности и предел ползучести, решена благодаря достижению заявленного технического результата - выделению на первой ступени отпуска дисперсных карбонитридов Nb(C,N) размером около 5 нм.
Claims (1)
- Способ термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса, включающий выдержку стали в аустенитной области с последующим охлаждением на воздухе и отпуск, отличающийся тем, что при этом выдержку осуществляют при температуре 1060°C в течение 30-40 минут, а отпуск проводят в две ступени, причем на первой ступени проводят низкотемпературный отпуск в интервале температур 200-350°C, а на второй ступени проводят отпуск при температуре 760°C, причем продолжительность каждого отпуска составляет 3 часа.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013113076/02A RU2520286C1 (ru) | 2013-03-22 | 2013-03-22 | Способ термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013113076/02A RU2520286C1 (ru) | 2013-03-22 | 2013-03-22 | Способ термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2520286C1 true RU2520286C1 (ru) | 2014-06-20 |
Family
ID=51216983
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013113076/02A RU2520286C1 (ru) | 2013-03-22 | 2013-03-22 | Способ термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2520286C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2696302C1 (ru) * | 2018-07-31 | 2019-08-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Способ обработки жаропрочной мартенситной стали |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU852945A1 (ru) * | 1979-04-20 | 1981-08-07 | Днепропетровский Ордена Трудовогокрасного Знамени Государственныйуниверситет Им. 300-Летиявоссоединения Украины C Россией | Способ термической обработки нержа-ВЕющиХ МАРТЕНСиТНОСТАРЕющиХ СТАлЕй |
SU1539221A1 (ru) * | 1988-01-26 | 1990-01-30 | Научно-Производственное Объединение По Технологии Машиностроения "Цниитмаш" | Способ термической обработки нержавеющих сталей мартенситного класса |
RU2253684C2 (ru) * | 2003-03-31 | 2005-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский механический завод" | Способ термической обработки мартенситных дисперсионно-твердеющих сталей |
RU2294384C1 (ru) * | 2005-08-31 | 2007-02-27 | ООО "Стальмонтаж" | Способ термической обработки фабрикатов из конструкционных сталей мартенситного класса |
US20070251609A1 (en) * | 2003-11-12 | 2007-11-01 | Arup Saha | Ultratough High-Strength Weldable Plate Steel |
US7854809B2 (en) * | 2007-04-10 | 2010-12-21 | Siemens Energy, Inc. | Heat treatment system for a composite turbine engine component |
-
2013
- 2013-03-22 RU RU2013113076/02A patent/RU2520286C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU852945A1 (ru) * | 1979-04-20 | 1981-08-07 | Днепропетровский Ордена Трудовогокрасного Знамени Государственныйуниверситет Им. 300-Летиявоссоединения Украины C Россией | Способ термической обработки нержа-ВЕющиХ МАРТЕНСиТНОСТАРЕющиХ СТАлЕй |
SU1539221A1 (ru) * | 1988-01-26 | 1990-01-30 | Научно-Производственное Объединение По Технологии Машиностроения "Цниитмаш" | Способ термической обработки нержавеющих сталей мартенситного класса |
RU2253684C2 (ru) * | 2003-03-31 | 2005-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский механический завод" | Способ термической обработки мартенситных дисперсионно-твердеющих сталей |
US20070251609A1 (en) * | 2003-11-12 | 2007-11-01 | Arup Saha | Ultratough High-Strength Weldable Plate Steel |
RU2294384C1 (ru) * | 2005-08-31 | 2007-02-27 | ООО "Стальмонтаж" | Способ термической обработки фабрикатов из конструкционных сталей мартенситного класса |
US7854809B2 (en) * | 2007-04-10 | 2010-12-21 | Siemens Energy, Inc. | Heat treatment system for a composite turbine engine component |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2696302C1 (ru) * | 2018-07-31 | 2019-08-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Способ обработки жаропрочной мартенситной стали |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2689573C2 (ru) | Способ изготовления высокопрочного стального листа, обладающего улучшенными прочностью, формуемостью, и полученный лист | |
JP5288259B2 (ja) | マルテンサイト系工具鋼の焼入れ前処理方法および焼入れ処理方法 | |
RU2018136969A (ru) | Способ изготовления из листа детали из мартенситной нержавеющей стали | |
RU2012117899A (ru) | Толстолистовая сталь, характеризующаяся низким соотношением между пределом текучести и пределом прочности, высокой прочностью и высоким равномерным относительным удлинением, и способ ее изготовления | |
JPH07238350A (ja) | 高温用表面浸炭ステンレス鋼合金及びそれから作られる製品及びその製造方法 | |
RU2010121834A (ru) | Стальная труба с высокой расширяемостью и способ ее изготовления | |
MX2016011987A (es) | Metodo para producir un producto de acero plano laminado en frio con alto limite elastico y producto de acero plano laminado en frio. | |
WO2017120987A1 (zh) | 用于制造轴承的钢材、对其进行热处理的方法和成型件 | |
JP2013533921A (ja) | 高温用途向けの焼きもどしマルテンサイト系耐熱鋼の製造方法 | |
CN116144895A (zh) | 高强度不锈钢、热处理工艺及成形构件 | |
RU2017143579A (ru) | Коррозионностойкая сталь, способ изготовления указанной стали и ее применение | |
CN104451086B (zh) | 蒸汽涡轮用转子的制造方法 | |
RU2585591C1 (ru) | Жаропрочная сталь мартенситного класса | |
CN107058702B (zh) | 一种提高奥氏体耐热钢时效后室温冲击韧性的热处理方法 | |
RU2520286C1 (ru) | Способ термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса | |
JP5869739B1 (ja) | 地熱発電用タービンロータ材及びその製造方法 | |
RU2688017C1 (ru) | Способ термомеханической обработки жаропрочной стали мартенситного класса | |
RU2558738C1 (ru) | Жаропрочная сталь мартенситного класса | |
JP6828050B2 (ja) | 三相ステンレス鋼およびその製造方法 | |
KR101713677B1 (ko) | 전동피로수명 특성이 우수한 고질소 공기 경화형 베어링강 및 그 제조방법 | |
CN106929756B (zh) | 轴承钢及其制备方法 | |
JP5981357B2 (ja) | 耐熱鋼および蒸気タービン構成部品 | |
RU2696302C1 (ru) | Способ обработки жаропрочной мартенситной стали | |
JP2022535237A (ja) | マルテンサイト系ステンレス合金 | |
CN106319164B (zh) | 一种马氏体不锈钢的热处理方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160323 |