RU2672718C2 - Способ термической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей - Google Patents
Способ термической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2672718C2 RU2672718C2 RU2015105614A RU2015105614A RU2672718C2 RU 2672718 C2 RU2672718 C2 RU 2672718C2 RU 2015105614 A RU2015105614 A RU 2015105614A RU 2015105614 A RU2015105614 A RU 2015105614A RU 2672718 C2 RU2672718 C2 RU 2672718C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- cooling
- heating
- hours
- exposure
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 title claims description 6
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 title 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 7
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 16
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 16
- 238000005496 tempering Methods 0.000 abstract description 9
- 238000010791 quenching Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 abstract description 2
- 239000010451 perlite Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 102220479482 Puromycin-sensitive aminopeptidase-like protein_C21D_mutation Human genes 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 2
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- -1 or bainitic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
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
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/78—Combined heat-treatments not provided for above
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термоциклической обработке (ТЦО) сталей перлитного класса, применяемых в нефтяной, газовой промышленности, вагоностроении и других отраслях машиностроения. Для повышения ударной вязкости при отрицательных температурах до минус 60°C. проводят высокотемпературную аустенитизацию литой детали при температуре на 100-150°C выше точки Асс выдержкой 2,5-3,0 мин на 1 мм сечения, затем многократные нагрев и охлаждение из межкритического интервала, последующую закалку из межкритического интервала с охлаждением в воде и ступенчатый отпуск с нагревом сначала до 400°C с выдержкой 1,5-2 ч, а затем до 600°C с выдержкой 3 ч. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к термоциклической обработке (ТЦО) и может быть использовано при термоциклической обработке сталей перлитного класса, применяемых в нефтяной, газовой промышленности, вагоностроении и других отраслях машиностроения.
Известен способ термической обработки легированных конструкционных сталей, включающий двойную закалку и отпуск, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости, первую закалку ведут до Ас3+(200-300)°C, а нагрев под вторую закалку до Ас3+(5-10)°C ведут ступенчато с выдержкой при Ac1-(5-10)°C до завершения процесса полигонизации [SU 1423607 A1, C21D 1/78, C21D 1/18, 15.09.88].
Недостатком данного режима является необходимость подстуживания на воздухе до температуры Ac1-(5-10)°C, что требует организации дополнительной площадки подстуживания с контролирующей аппаратурой для замера температуры охлаждения. Несоблюдение этой температуры приводит к нарушению процессов полигонизации и как следствие нестабильность ударной вязкости при температуре минус 60 градусов. Кроме того, из-за колебаний химического состава отливок в пределах марочного состава температура полигонизации будет меняться, что приведет к разбросу значений ударной вязкости, особенно при отрицательных температурах
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ термоциклической обработки низколегированных и углеродистых сталей, включающий многократные нагревы и охлаждения, согласно которому нагрев проводят до температуры гомогенизации аустенита со скоростью 3…5°C/мин, а охлаждение - со скоростью, обеспечивающей сорбитное или мартенситное, или бейнитное превращение до температуры на 50…100°C ниже Ar1 или Мк или Бк [RU 2135605 C2, C21D 1/78, C21D 1/18, 27.08.1999].
Этот режим эффективен для кованных изделий, а для литых деталей из-за дендритной ликвации не обеспечивается необходимый уровень ударной вязкости при температуре минус 60°C.
Целью заявляемого изобретения является повышение ударной вязкости литых деталей из углеродистых и низколегированных сталей перлитного класса при температуре минус 60°C.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термоциклической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей, включающему высокотемпературную аустенитизацию при температуре на 100-150°C выше точки Ас3, с выдержкой 2,5-3,0 мин на 1 мм сечения, многократные нагревы и охлаждения (не менее 3 циклов) в межкритическом интервале температур со скоростью, обеспечивающей перлитное или сорбитное, или бейнитное, или мартенситное превращение до температуры на 50-100°C ниже Ar1 или Бк, или Мк и окончательного охлаждения на воздухе или в закалочной жидкости и ступенчатый высокотемпературный отпуск со ступенью при температуре 400°C с выдержкой 1,5-2 ч.
Эффективность воздействия ТЦО определяется характером структурного строения - измельчением зерен, изменением их форм и ориентировки, обеспечением структурной однородности, а также изменением концентрации дефектов кристаллического строения. Основным структурным изменением при ТЦО является сильное измельчение зерна, которое, как правило, сопровождается уменьшением разнозернистости и более однородным распределением химических элементов. Одна из причин, вызывающих эти изменения в структуре стали состоит в интенсификации диффузии за счет усиления теплофизических факторов. Накопление дислокаций и образование полигональной субструктуры после ТЦО дают основание полагать, что ответственным за формирование дислокационной структуры при ТЦО сталей являются полиморфные превращения, приводящие к фазовому наклепу, в основном за счет разницы удельных объемов и модулей упругости. Образующийся фазовый наклеп сопровождается рекристаллизацией, которая по мере накопления деформации монотонно повторяется от цикла к циклу.
Микроструктура стали в литом состоянии крупнокристаллическая и неоднородная и в закаленном состоянии сталь имеет большой разброс показателей микротвердости и ударной вязкости. Применение высокотемпературной аустенитизации при температуре на 100-150°C выше точки Ас3, с выдержкой 2,5-3,0 мин на 1 мм сечения, обусловлено тем, что при этой температуре процесс миграции границ в механизме укрупнения зерен преобладает, такой нагрев исправляет перегрев литой структуры, но размер зерна получаемого после высокотемпературной аустенитизации получается относительно большим, но более равномерным по размеру.
Многократный нагрев и охлаждение из межкритического интервала формирует мелкокристаллическую микроструктуру и способствует однородности значений механических свойств и повышает значения ударной вязкости. Такая термическая обработка позволяет устранить грануляционную литейную сетку и существенно измельчить зерно.
Поэтому введение термической обработки из межкритического интервала позволяет исправить крупнозернистость, полученную после высокотемпературной аустенитизации и получить мелкое действительное зерно (примерно 8-10 балл). Такая термическая обработка обеспечивает повышение пластичности при сохранении прочности, уменьшает остаточные напряжения после термообработки и кроме того при равной прочности предел выносливости у мелкозернистой стали значительно выше, чем у стали с крупным зерном.
Проведение высокотемпературного отпуска со ступенькой при 400°C с выдержкой 1.5-2 ч обеспечивает выделение высокой плотности зародышей вторичных фаз, которые при более высокой температуре способны к росту и способствуют образованию гораздо более дисперсной структуры, чем при отпуске при более высокой температуре сразу после закалки, благодаря более правильному пространственному расположению частиц и меньшему разбросу их по размерам. Мельчайшие сферические частицы вторичных выделений расположены равномерно по телу и границам зерна. Все это способствует значительному росту ударной вязкости при температуре минус 60°C.
В качестве конкретного примера выполнения изобретения, предлагаемый способ термоциклической обработки литых деталей опробован на стали 20ГМЛ ОСТ 26-07-402-83 (химический состав см. таблица 1). В настоящее время отливки из стали 20ГМЛ подвергают нормализации при температуре 900-920°C, выдержке 10-12 ч и отпуску при температуре 600-650°C, выдержке 10-12 ч, охлаждению на воздухе (СТ ЦКБА 014-2004).
Критические точки стали 20ГМЛ: Ac1=730°C, Ас3=845°C, Ar1=650°C, Мн=380°C.
Режим 1.
Переохлаждение до температуры ниже Ar1.
Заготовки из стали 20ГМЛ нагревались до температуры 950°C, выдерживались 4 ч. после прогрева и охлаждались до 550-600°C в течение 0,5 ч., затем нагревались до 800°C в течение 0,5 ч. Циклы охлаждения до 550-600°C и нагрева до 800°C повторяли 3 раза. Последнее охлаждение от 800°C проводили в воду. После закалки проводили отпуск при температуре 600°C со ступенькой в процессе нагрева при 400°C с выдержкой 1,5 ч. Выдержка при 600°C составляла 3 ч.
Благодаря нагреву до 950°C исходная литая структура превращается в аустенитную и при выдержке происходит гомогенизация аустенита, а при последующем трехкратном термоциклировании с температур 800°C зерно существенно измельчается до 8-10 балла. Ступенчатый отпуск обеспечил структуру мелкозернистого перлита. Проведение предложенного режима термической обработки позволило получить высокий предел текучести и ударную вязкость при температуре минус 60°C.
Режим 2.
Переохлаждение до температуры ниже Мк.
Заготовки из стали 20ГМЛ ОСТ 26-07-402-83 нагревались до температуры 950°C, выдерживались 4 ч после прогрева и охлаждались до 20°C, затем нагревались до 800°C в течение 0,5 ч. Циклы охлаждения до 20°C и нагрева до 800°C повторяли 3 раза. Охлаждение проводилось в воду. После закалки проводили отпуск при температуре 600°C со ступенькой в процессе нагрева при 400°C с выдержкой 1,5 ч. Выдержка при 600°C составляла 3 ч.
Полученные механические свойства приведены в таблице 2.
Предложенный способ термоциклической обработки обеспечивает высокий уровень и стабильность характеристик при рабочих температурах до минус 60°C, что обеспечивает повышенный ресурс работы современного нефтяного, газового оборудования и оборудования других отраслей машиностроения.
Технологические процессы ТЦО состоят из операций многократных нагревов и охлаждений, режимы которых имеют характерное отличие от традиционных методов термообработки: отсутствие выдержки при осуществлении многократных нагревов и охлаждений с оптимальными скоростями.
Использование заявляемого изобретения позволяет существенно упростить режим термоциклической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей и получить более высокий комплекс механических свойств, превосходящий комплекс механических свойств, получаемых традиционными методами термоциклической обработки, особенно значения ударной вязкости литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей при температуре до минус 60°C.
Claims (2)
1. Способ термоциклической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей, включающий высокотемпературную аустенитизацию при температуре на 100-150°C выше точки Ас3 с выдержкой 2,5-3,0 мин на 1 мм сечения детали, охлаждение, многократные нагрев до температуры межкритического интервала и охлаждение до температуры Ar1 – (100-150)°C со скоростью, обеспечивающей получение структуры перлита, последующую закалку путем нагрева до температуры межкритического интервала с охлаждением в воде и ступенчатый отпуск с нагревом сначала до температуры 400°C с выдержкой 1,5- 2 ч, а затем до 600°C с выдержкой, составляющей 3 ч.
2. Способ по п. 1, в котором количество циклов нагрева и охлаждения в межкритическом интервале составляет не менее 3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015105614A RU2672718C2 (ru) | 2015-02-18 | 2015-02-18 | Способ термической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015105614A RU2672718C2 (ru) | 2015-02-18 | 2015-02-18 | Способ термической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015105614A RU2015105614A (ru) | 2016-09-10 |
| RU2015105614A3 RU2015105614A3 (ru) | 2018-06-29 |
| RU2672718C2 true RU2672718C2 (ru) | 2018-11-19 |
Family
ID=56889384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015105614A RU2672718C2 (ru) | 2015-02-18 | 2015-02-18 | Способ термической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2672718C2 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU850736A1 (ru) * | 1979-02-15 | 1981-07-30 | Московский Станкоинструментальныйинститут | Способ термической обработки заго-TOBOK из углЕРОдиСТыХ и НизКОлЕгиРОВАН-НыХ СРЕдНЕуглЕРОдиСТыХ КОНСТРуКциОННыХСТАлЕй |
| SU1076468A1 (ru) * | 1981-07-20 | 1984-02-29 | Ленинградский технологический институт холодильной промышленности | Способ термической обработки литых сталей |
| RU2024627C1 (ru) * | 1990-12-25 | 1994-12-15 | Казачков Олег Владимирович | Способ термоциклической обработки стальных деталей |
| RU2135605C1 (ru) * | 1996-10-08 | 1999-08-27 | Акционерное общество открытого типа "Ижорские заводы" | Способ термоциклической обработки низколегированных и углеродистых сталей |
| UA33135A (ru) * | 1998-12-10 | 2001-02-15 | Вінницький Державний Технічний Університет | Оптоэлектронный ассоциативный процессор |
| RU2481406C2 (ru) * | 2011-04-07 | 2013-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" | Способ термической обработки стали |
-
2015
- 2015-02-18 RU RU2015105614A patent/RU2672718C2/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU850736A1 (ru) * | 1979-02-15 | 1981-07-30 | Московский Станкоинструментальныйинститут | Способ термической обработки заго-TOBOK из углЕРОдиСТыХ и НизКОлЕгиРОВАН-НыХ СРЕдНЕуглЕРОдиСТыХ КОНСТРуКциОННыХСТАлЕй |
| SU1076468A1 (ru) * | 1981-07-20 | 1984-02-29 | Ленинградский технологический институт холодильной промышленности | Способ термической обработки литых сталей |
| RU2024627C1 (ru) * | 1990-12-25 | 1994-12-15 | Казачков Олег Владимирович | Способ термоциклической обработки стальных деталей |
| RU2135605C1 (ru) * | 1996-10-08 | 1999-08-27 | Акционерное общество открытого типа "Ижорские заводы" | Способ термоциклической обработки низколегированных и углеродистых сталей |
| UA33135A (ru) * | 1998-12-10 | 2001-02-15 | Вінницький Державний Технічний Університет | Оптоэлектронный ассоциативный процессор |
| RU2481406C2 (ru) * | 2011-04-07 | 2013-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" | Способ термической обработки стали |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015105614A3 (ru) | 2018-06-29 |
| RU2015105614A (ru) | 2016-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xu et al. | Effect of two-step intercritical annealing on microstructure and mechanical properties of hot-rolled medium manganese TRIP steel containing δ-ferrite | |
| KR102360098B1 (ko) | 저열팽창 주강품 및 그의 제조 방법 | |
| CN110438310B (zh) | 一种热作模具钢及其热处理方法 | |
| CN108823381A (zh) | 一种提高h13热作模具钢锻材组织均匀性的热处理工艺 | |
| JP2015168882A (ja) | 合金鋼の球状化熱処理方法 | |
| CN101397603B (zh) | 金属模具的制造方法 | |
| CN110760653B (zh) | 一种防止轴承钢脱碳的控制方法 | |
| JP6420656B2 (ja) | ばね鋼およびばね並びにそれらの製造方法 | |
| WO2013022033A1 (ja) | ばね用材料およびその製造方法並びにばね | |
| CN107299203A (zh) | 一种锻件的热处理方法 | |
| RU2672718C2 (ru) | Способ термической обработки литых деталей из низколегированных и углеродистых сталей | |
| CN110257720A (zh) | 一种免退火不锈钢板材的生产工艺 | |
| CN107779566B (zh) | 一种高强度高韧性40CrNiMo锻件的热处理方法 | |
| JP2001011533A (ja) | 耐熱鋼の熱処理方法 | |
| CN114150117A (zh) | 一种补救铁素体-珠光体型非调质钢锻件带状组织的方法 | |
| CN109517947A (zh) | 一种含铝中锰trip钢的制备方法 | |
| CN106929756B (zh) | 轴承钢及其制备方法 | |
| Gul’ et al. | Improvement in the spheroidizing annealing of low-carbon steel for cold upsetting | |
| CZ305587B6 (cs) | Způsob tepelného zpracování ložiskové oceli | |
| CN111334706B (zh) | 一种组织均匀及晶粒细化高强度螺栓及其制造方法 | |
| JP6108924B2 (ja) | 冷間鍛造用鋼の製造方法 | |
| CN113201628A (zh) | 一种高碳合金铸钢软化方法 | |
| CN105925773A (zh) | 一种钢材的热处理方法 | |
| JP6752624B2 (ja) | 浸炭用鋼の製造方法 | |
| RU2366728C1 (ru) | Способ получения толстолистового проката из аустенитной немагнитной стали |