RU2611252C1 - Способ получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с наноструктурой - Google Patents
Способ получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с наноструктурой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2611252C1 RU2611252C1 RU2015143744A RU2015143744A RU2611252C1 RU 2611252 C1 RU2611252 C1 RU 2611252C1 RU 2015143744 A RU2015143744 A RU 2015143744A RU 2015143744 A RU2015143744 A RU 2015143744A RU 2611252 C1 RU2611252 C1 RU 2611252C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stainless steel
- deformation
- strength
- rolled product
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
- B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
- B21J1/04—Shaping in the rough solely by forging or pressing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к обработке металлов давлением, а именно к технологии получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с нанокристаллической структурой, который может быть использован в качестве конструкционного материала. Способ изготовления проката включает горячую ковку при температуре 1373 К до истинной степени деформации ε=0,5 с последующим охлаждением в воде, полученные заготовки подвергают теплой прокатке в лист до истинной степени деформации ε=3 при температуре 473-673 К, которая исключает протекание мартенситного превращения. Технический результат заключается в получении проката аустенитной нержавеющей стали с нанокристаллической структурой и повышенными прочностными свойствами, предел текучести составляет более 1000 МПа. 2 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к обработке металлов давлением, а именно к технологии получения высокопрочного проката сталей аустенитного класса с нанокристаллической структурой для использования его в качестве конструкционного материала.
Большинство аустенитных нержавеющих сталей после стандартной обработки на твердый раствор имеют крупнокристаллическую структуру и низкий предел текучести порядка 200 - 250 МПа (W.Martienssen and H.Warlimont, Springer Handbook of Condenced Matter and Materials Data, 2005), что сдерживает их применение в качестве конструкционного материала.
С целью повышения предела текучести за счет дисперсионного упрочнения аустенитные нержавеющие стали легируют карбидообразующими элементами, такими как ванадий, ниобий, титан, цирконий, гафний, тантал (K.H.Lo, C.H. Shek, J.K.L. Lai, Materials Science and Engineering R 65 (2009) 39–104).
Известен способ получения аустенитной высокопрочной стали за счет легирования ванадием, ниобием, углеродом и азотом. Данные элементы образуют в стали дисперсные частицы нитридов и карбонитридов ванадия и ниобия, сдерживающие рост зерна в стали при нагреве под закалку, т.е. способствующие формированию мелкозернистой структуры стали, необходимой для получения высокой прочности (RU №2318068; публ. 27.02.2008). Однако введение в сталь дорогостоящих легирующих элементов приводит к повышению ее себестоимости.
Повышение предела текучести в аустенитных нержавеющих сталях может быть обеспечено за счет структурного упрочнения, которое достигается в результате применения холодной деформационной обработки (K.H.Lo, C.H.Shek, J.K.L. Lai, Materials Science and Engineering R 65 (2009) 39–104). Известные способы получения сталей с пределом текучести свыше 1100 МПа основаны на деформационной обработке с высокими степенями пластической деформации (RU №2252977; публ. 27.05.2005). Недостатком таких способов обработки является то, что структура полученной стали не является аустенитной. Удельная доля мартенсита деформации составляет более 50%. Поэтому, такие стали не могут рассматриваться как аустенитные, так как изменяются их функциональные свойства. Обратное фазовое превращение при последующей термообработке способно восстановить аустенитную микроструктуру стали, но это неизбежно ведет к росту зерна до микронных значений и падению предела текучести.
Измельчение зерен с помощью горячей деформационной обработки позволяет поднять прочность аустенитных сталей за счет зернограничного упрочнения по закону Холла-Петча (V.G.Gavriljuk and H.Berns: High NitrogenSteels, Springer-Verlag, Berlin, 1999, pp. 135-198;V.G. Gavriljuk, H. Berns, C. Escher, N.I. Glavatskaya, A. Sozinov, Yu.N. Petrov Materials Scienceand Engineering A271 (1999) 14–21). Однако чувствительность напряжений течений к размеру зерна в аустените в 2 раза меньше, чем в феррите, поэтому эффективность этого метода не велика. Кроме того, размер зерна при использовании стандартных операций горячей деформации в интервале температур 1223-1373 К получается уменьшить только до 5 мкм. Для получения аустенитных сталей с наноструктурой часто применяют теплую деформационную обработку после горячей.
Известен способ, в котором предварительно закаленную заготовку подвергают многократной изотермической ковке с последовательным изменением оси ориентации на 90° и понижением температуры на 80-150 К. При этом первую осадку проводят при температуре, лежащей в интервале 1223-1323 К. Истинная степень деформации за одну осадку должна быть не менее 0,4 при скорости деформации от 10-2 до 10-1 с-1. Две последние осадки проводят при температуре, лежащей в интервале 873-923 К. Затем проводят отжиг заготовки при температуре, которая выше температуры двух последних осадок на ≥50 К (RU№2468093; публ. 27.11.2012).
Теплая пластическая обработка с большими степенями деформации является эффективным способом повышения прочностных свойств аустенитных коррозионно-стойких сталей. Себестоимость стали в этом случае зависит от способа деформационной обработки. На данный момент разработано большое количество специфических способов деформационной обработки, такие как дробление, кручение под высоким давлением, равноканальное угловое прессование (Y.Estrin and A.Vinogradov, Extreme grainre finement by severe plastic deformation: A wealth of challenging science, Acta Materialia, 61(2013) 782-817). Однако технологические трудности в реализации данных методов обработки затрудняют их промышленное применение. С другой стороны, традиционный метод обработки металлов давлением, такой как многократная прокатка, также может обеспечить большие пластические деформации.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения высокопрочной аустенитной нержавеющей стали, который включает предварительную пластическую деформацию за один или несколько проходов со степенью деформации не менее 40% при температуре, не превышающей температуру начала рекристаллизации, закалку на твердый раствор осуществляют при температуре не ниже 1020°С (1293 К), а окончательную пластическую деформацию проводят со степенью 30-70% при температуре ниже температуры начала рекристаллизации не менее чем на 150°С (423 К) (RU №2254394; публ. 20.06.2005).
Недостатком данного способа обработки является то, что максимальная степень окончательной пластической деформации составляет ε=1,2 (70%), в результате чего предел текучести составил не более 1000 МПа, кроме того, в выбранный температурный интервал окончательной пластической деформации входит комнатная температура, деформация при которой приведет к мартенситному превращению.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с однородной наноструктурой, обеспечивающего повышение предела текучести выше 1000 МПа без протекания мартенситного превращения.
Техническим результатом изобретения является:
- режим предварительной деформационно-термической обработки аустенитной нержавеющей стали, обеспечивающей формирование в стальной заготовке однородной мелкозернистой микроструктуры со средним размером зерна 10-20 мкм;
- режим теплой деформации, обеспечивающий получение высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с нанокристаллической структурой;
- повышение предела текучести аустенитной нержавеющей стали.
Для решения поставленной задачи предложен способ термомеханической обработки аустенитной нержавеющей стали.
Данный способ включает:
1) предварительную горячую ковку при температуре 1373 К до истинной степени деформации ε=0,5 с последующим охлаждением в воде, что приводит к формированию однородной микроструктуры со средним размером зерен 10-20 мкм.
2) пластическую деформацию методом теплой прокатки в лист при температуре 473-673 К до истинной степени деформации ε=3, которая приводит к получению высокопрочного проката из аустенитной стали со средним размером зерен/субзерен порядка 160/80 нм, без протекания мартенситного превращения.
Технический результат заключается в получении проката аустенитной нержавеющей стали с нанокристаллической структурой и повышенными прочностными свойствами (предел текучести более 1000 МПа).
Достигаемый технический результат подтверждается данными, приведенными в таблице 1.
Таблица 1. Механические свойства аустенитной нержавеющей стали до ТМО и после ТМО
Температура испытания, K | 293 | |
Предел текучести, MПa | Образец после ТМО | 1070 |
Образец до ТМО | 235 | |
Предел прочности, MПa | Образец после ТМО | 1175 |
Образец до ТМО | 585 | |
Удлинение, % | Образец после ТМО | 9,3 |
Образец до ТМО | 86 |
Механические испытания на растяжения проводились по ГОСТ 1497-84 при комнатной температуре.
Предполагаемое изобретение поясняют графические материалы:
На фиг. 1 представлена схема термомеханической обработки аустенитной нержавеющей стали, где ε – истинная степень деформации.
На фиг. 2 изображена структура аустенитной нержавеющей стали после ТМО, полученная на просвечивающем электронном микроскопе.
Пример осуществления.
В примере осуществления использовали аустенитную нержавеющую сталь 03Х17Н12М2(AISI 316L), которую подвергали горячей ковке при температуре 1373 К до истинной степени деформации ε=0,5 с последующим охлаждением в воде. В результате чего были получены заготовки аустенитных сталей квадратного сечения со средним размером зерна порядка 20 мкм. Данные заготовки подвергали теплой прокатке в лист при температуре 573 К до истинной степени деформации ε=3, в результате которой был получен высокопрочный прокат аустенитной нержавеющей стали с наноструктурой (размер зерен/субзерен около 160/80 нм). Предел текучести проката составил около 1070 МПа.
Таким образом, предложенный способ обеспечивает формирование нанокристаллической структуры без образования мартенсита в ходе деформации.
Реализация предлагаемого способа в промышленном производстве позволит получать прокат из аустенитных нержавеющих сталей с повышенными прочностными свойствами, которые могут быть использованы в качестве конструкционного материала.
Claims (1)
-
Способ получения высокопрочного проката из аустенитной нержавеющей стали с нанокристаллической структурой, включающий пластическую деформацию путем прокатки, отличающийся тем, что предварительно сталь подвергают горячей ковке при температуре 1373 К до истинной степени деформации ε=0,5 с последующим охлаждением в воде, при этом полученную заготовку с однородной микроструктурой подвергают теплой прокатке при температуре 473-673 К в лист до истинной степени деформации ε=3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015143744A RU2611252C1 (ru) | 2015-10-13 | 2015-10-13 | Способ получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с наноструктурой |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015143744A RU2611252C1 (ru) | 2015-10-13 | 2015-10-13 | Способ получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с наноструктурой |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2611252C1 true RU2611252C1 (ru) | 2017-02-21 |
Family
ID=58458983
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015143744A RU2611252C1 (ru) | 2015-10-13 | 2015-10-13 | Способ получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с наноструктурой |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2611252C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU499328A1 (ru) * | 1974-07-19 | 1976-01-15 | Институт физики металлов АН СССР | Способ упрочнени немагнитных аустенитных сталей и сплавов |
US6764647B2 (en) * | 2000-06-30 | 2004-07-20 | Choeller-Bleckmann Oilfield Technology Gmbh & Co. Kg | Corrosion resistant material |
RU2525006C1 (ru) * | 2013-03-21 | 2014-08-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Способ термомеханической обработки сталей аустенитного класса |
WO2014163798A1 (en) * | 2013-03-11 | 2014-10-09 | Ati Properties, Inc. | Thermomechanical processing of high strength non-magnetic corrosion resistant material |
-
2015
- 2015-10-13 RU RU2015143744A patent/RU2611252C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU499328A1 (ru) * | 1974-07-19 | 1976-01-15 | Институт физики металлов АН СССР | Способ упрочнени немагнитных аустенитных сталей и сплавов |
US6764647B2 (en) * | 2000-06-30 | 2004-07-20 | Choeller-Bleckmann Oilfield Technology Gmbh & Co. Kg | Corrosion resistant material |
WO2014163798A1 (en) * | 2013-03-11 | 2014-10-09 | Ati Properties, Inc. | Thermomechanical processing of high strength non-magnetic corrosion resistant material |
RU2525006C1 (ru) * | 2013-03-21 | 2014-08-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Способ термомеханической обработки сталей аустенитного класса |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Eskandari et al. | Effect of strain-induced martensite on the formation of nanocrystalline 316L stainless steel after cold rolling and annealing | |
CN104379785B (zh) | α+β型Ti合金及其制造方法 | |
US6299705B1 (en) | High-strength heat-resistant steel and process for producing high-strength heat-resistant steel | |
RU2525006C1 (ru) | Способ термомеханической обработки сталей аустенитного класса | |
JP7399855B2 (ja) | ベリリウム-銅合金から形成される金属リング | |
US20190177809A1 (en) | High Strength and High Toughness Stainless Steel and Processing Method Thereof | |
Prokoshkin et al. | Manufacturing of long-length rods of ultrafine-grained Ti-Ni shape memory alloys | |
TW201829806A (zh) | 韌性增加的加壓硬化鋼及製造方法 | |
US10144982B2 (en) | Fe—Mn—C-based TWIP steel having remarkable mechanical performance at very low temperature, and preparation method thereof | |
RU2611252C1 (ru) | Способ получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с наноструктурой | |
RU2643119C2 (ru) | Способ деформационно-термической обработки высокомарганцевой стали | |
JP2011084813A (ja) | 切欠き疲労強度に優れた高強度鋼製加工品及びその製造方法 | |
Da Silva et al. | Microstructure and mechanical properties of microalloyed steel forgings manufactured from cross-wedge-rolled preforms | |
Hodgson et al. | Hot forming of medium Mn steels with TRIP effect | |
RU2482197C1 (ru) | Способ деформационно-термической обработки аустенитных нержавеющих сталей | |
RU2692539C1 (ru) | Способ получения объемных заготовок высокомарганцевой стали с рекристаллизованной мелкозернистой структурой | |
CN110396646B (zh) | 一种低碳高强船板钢的屈强比调控和评估方法 | |
Shakhova et al. | Effect of cold rolling on the structure and mechanical properties of austenitic corrosion-resistant 10Kh18N8D3BR steel | |
Akbari et al. | Effect of grain refinement on the mechanical properties of a nickel-and manganese-free high nitrogen austenitic stainless steel | |
RU2535889C1 (ru) | Способ термической обработки коррозионно-стойких мартенситностареющих сталей | |
Goikhenberg | Complex hardening of metastable stainless austenitic steels | |
RU2790707C1 (ru) | Способ многократной деформационно-термической обработки аустенитной коррозионностойкой стали | |
RU2641429C1 (ru) | Способ повышения прочности стабильной аустенитной стали | |
RU2366728C1 (ru) | Способ получения толстолистового проката из аустенитной немагнитной стали | |
Hsiao et al. | The Influence of deformation on the precipitation behavior of a ferritic stainless steel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20170714 |