RU2782370C1 - Method for producing hardened workpieces from non-magnetic corrosion-resistant austenitic steel - Google Patents
Method for producing hardened workpieces from non-magnetic corrosion-resistant austenitic steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782370C1 RU2782370C1 RU2022111890A RU2022111890A RU2782370C1 RU 2782370 C1 RU2782370 C1 RU 2782370C1 RU 2022111890 A RU2022111890 A RU 2022111890A RU 2022111890 A RU2022111890 A RU 2022111890A RU 2782370 C1 RU2782370 C1 RU 2782370C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bars
- deformation
- magnetic
- steel
- blanks
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 44
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000035699 permeability Effects 0.000 abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000000789 fastener Substances 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 3
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 230000000930 thermomechanical Effects 0.000 description 2
- 102220375185 PSMD13 C21D Human genes 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, а именно к способам получения заготовок и их термической обработки из немагнитных коррозионностойких аустенитных сталей, и может быть использовано в машиностроительной, энергетической, химической и других отраслях промышленности, которые являются потребителями немагнитных коррозионностойких аустенитных сталей с сочетанием высокой прочности и пластичности. The invention relates to metallurgy, and in particular to methods for producing blanks and their heat treatment from non-magnetic corrosion-resistant austenitic steels, and can be used in engineering, energy, chemical and other industries that are consumers of non-magnetic corrosion-resistant austenitic steels with a combination of high strength and ductility.
Повышенные требования к эксплуатационным характеристикам изделий из немагнитных коррозионностойких изделий приводят к необходимости разработки способов получения немагнитных коррозионностойкой аустенитных сталей с высокими показателям прочности, пластичности и ударной вязкости, отвечающих требованиям современного рынка высокопрочных немагнитных материалов. Одним из наиболее перспективных направлений повышения всего комплекса характеристик механических свойств немагнитных коррозионностойких изделий является совершенствование механо-термической обработки таких сталей с получением объемного структурного градиента.Increased requirements for the performance of products from non-magnetic corrosion-resistant products lead to the need to develop methods for producing non-magnetic corrosion-resistant austenitic steels with high strength, ductility and impact strength that meet the requirements of the modern market of high-strength non-magnetic materials. One of the most promising directions for improving the entire complex of characteristics of the mechanical properties of non-magnetic corrosion-resistant products is the improvement of the mechano-thermal treatment of such steels to obtain a volumetric structural gradient.
Известен способ упрочнения аустенитной немагнитной стали (патент RU №2405840, опубликован 10.12.2010), где для повышения предела текучести аустенитной стали при сохранении высокого уровня характеристик пластичности сталь нагревают до 1150–1250°С, охлаждают до температуры 950–1100 °С, проводят пластическую деформацию на 30% при указанных температурах с последующей выдержкой на воздухе в течение 60±5 секунд и охлаждение в воде. В результате предложенной технологии σB=1015–1072 МПа, σ0,2=822–913 МПа, δ=26,3–34,7%. Несмотря на хорошую пластичность, σB и σ0,2 имеют недостаточно высокие показатели, помимо этого деформацию проводят при высоких температурах, что требует дополнительного контроля процесса и поддержания температуры при деформировании.A method is known for hardening austenitic non-magnetic steel (patent RU No. 2405840, published on December 10, 2010), where, in order to increase the yield strength of austenitic steel while maintaining a high level of plasticity characteristics, the steel is heated to 1150–1250°C, cooled to a temperature of 950–1100°C, and plastic deformation by 30% at the indicated temperatures, followed by exposure to air for 60±5 seconds and cooling in water. As a result of the proposed technology, σB=1015–1072 MPa, σ0.2=822–913 MPa, δ=26.3–34.7%. Despite good plasticity, σB and σ0.2 are not sufficiently high; in addition, deformation is carried out at high temperatures, which requires additional process control and temperature maintenance during deformation.
Известен способ получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с наноструктурой (патент RU №2611252, опубликован 21.02.2017). 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, что, по-видимому, сохраняет данную сталь в немагнитном состоянии. Технический результат заключается в получении проката аустенитной нержавеющей стали с нанокристаллической структурой и повышенными прочностными свойствами: σB=1175 МПа, σ0,2=1070 МПа, δ=9,3 %. Однако, получая хорошие прочностные свойства, пластичность материала остается на низком уровне. Дополнительно, в данном способе применяется несколько операций термомеханической обработки, а именно горячую ковку и теплую прокатку, что усложняет технологию получения заготовок из нержавеющей аустенитной стали.A known method for producing high-strength rolled austenitic stainless steel with a nanostructure (patent RU No. 2611252, published 21.02.2017). The method for manufacturing rolled products includes hot forging at a temperature of 1373 K to a true degree of deformation ε=0.5, followed by cooling in water, the resulting blanks are subjected to warm rolling into a sheet to a true degree of deformation ε=3 at a temperature of 473–673 K, which excludes the occurrence of martensitic transformation, which, apparently, keeps this steel in a non-magnetic state. The technical result consists in obtaining rolled austenitic stainless steel with a nanocrystalline structure and increased strength properties: σB=1175 MPa, σ0.2=1070 MPa, δ=9.3%. However, while obtaining good strength properties, the plasticity of the material remains at a low level. Additionally, this method uses several thermomechanical processing operations, namely hot forging and warm rolling, which complicates the technology for producing austenitic stainless steel blanks.
Известен способ получения нержавеющей стали для хирургических имплантов (патент RU №2367692, опубликован 20.09.2009). Способ включает выплавку в вакуумной индукционной печи с финишным раскислением расплава и получением первичной литой нержавеющей стали. При этом осуществляют дополнительный вакуумный переплав первичной литой нержавеющей стали в электронно-лучевой печи с получением слитка, который подвергают комплексной термомеханической обработке, включающей скоростное прессование, закалку при 1100-1150°С в воду, последующую деформацию при 20°C или 600°С с обжатием 30%, старение при 600°С в течение 100 часов. Из экспериментальной части видно, что достигается комплекс механических свойств в среднем σB=1200 МПа, σ0,2=1060 МПа, δ=12% после деформации при 20°C и σB=1020 МПа, σ0,2=940 МПа, δ=22% после деформации при 600°C. Недостатком способа являются дополнительное легирование стали дорогостоящими редкоземельными элементами, а также длительная термообработка, что в целом снижает технологичность предложенного способа и повышает себестоимость продукции. Дополнительно, при сохранении высокой пластичности не достигаются высокие пределы прочности и текучести.A known method for producing stainless steel for surgical implants (patent RU No. 2367692, published 20.09.2009). The method includes smelting in a vacuum induction furnace with final deoxidation of the melt and obtaining primary cast stainless steel. At the same time, additional vacuum remelting of primary cast stainless steel is carried out in an electron beam furnace to obtain an ingot, which is subjected to complex thermomechanical processing, including high-speed pressing, quenching at 1100-1150°C in water, subsequent deformation at 20°C or 600°C with reduction 30%, aging at 600°C for 100 hours. It can be seen from the experimental part that a complex of mechanical properties is achieved on average σB=1200 MPa, σ0.2=1060 MPa, δ=12% after deformation at 20°C and σB=1020 MPa, σ0.2=940 MPa, δ=22 % after deformation at 600°C. The disadvantage of this method is the additional alloying of steel with expensive rare earth elements, as well as long-term heat treatment, which generally reduces the manufacturability of the proposed method and increases the cost of production. Additionally, while maintaining high ductility, high tensile strengths and yield strengths are not achieved.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ получения упрочненных заготовок крепежных изделий из нержавеющей аустенитной стали (патент RU №2749815, С21D 1/02, 8/00, 9/00, опубликован 17.06.2021). Способ включает предварительную закалку, пластическую деформацию методом радиальной ковки при комнатной температуре с получением заготовки крепежного изделия и последующую термическую обработку. Предварительную закалку стали 08Х18Н10Т проводят при 1050°С, пластическую деформацию проводят со степенью деформации 85–90% для обеспечения заданного диаметра заготовки крепежного изделия в виде шпильки, а в качестве последующей термической обработки осуществляют отжиг при 400-500°С в течение 1–2 часов с последующим охлаждением на воздухе с получением градиентной структуры заготовки крепежного изделия. Технический результат заключается в уменьшении количества операций упрочнения материала заготовок с достижением комплекса механических свойств стали 08Х18Н10Т: σB=1547–1592 МПа, σ0,2=1430–1566 МПа, δ=8,6–9,4 %.The closest to the claimed invention in terms of essential features is a method for producing hardened blanks of fasteners from austenitic stainless steel (patent RU No. 2749815, C21D 1/02, 8/00, 9/00, published 06/17/2021). The method includes pre-hardening, plastic deformation by radial forging at room temperature to obtain a fastener blank, and subsequent heat treatment. Preliminary hardening of steel 08Kh18N10T is carried out at 1050°C, plastic deformation is carried out with a degree of deformation of 85–90% to provide a given diameter of the fastener workpiece in the form of a pin, and as a subsequent heat treatment, annealing is carried out at 400–500°C for 1–2 hours, followed by cooling in air to obtain a gradient structure of the fastener blank. The technical result consists in reducing the number of workpiece material hardening operations with the achievement of a set of mechanical properties of 08X18H10T steel: σB=1547–1592 MPa, σ0.2=1430–1566 MPa, δ=8.6–9.4%.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: закалка материала при температуре 1050°С, последующая холодная пластическая деформация материала осуществляется при помощи технологии радиальной ковки, после деформации осуществляется термическая обработка, а заготовка или изделие имеет градиентную структуру.Signs of the prototype, coinciding with the essential features of the claimed invention: hardening of the material at a temperature of 1050 ° C, subsequent cold plastic deformation of the material is carried out using radial forging technology, after deformation, heat treatment is carried out, and the workpiece or product has a gradient structure.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что при высоких значениях σB и σ0,2 пластичность находится на низком уровне, а в силу присутствия мартенсита деформации в структуре сталь 08Х18Н10Т является магнитной.The disadvantage of the known method, taken as a prototype, is that at high values of σB and σ0.2 plasticity is at a low level, and due to the presence of deformation martensite in the structure, steel 08X18H10T is magnetic.
Технической задачей изобретения является комплексное повышение механических свойств, а именно одновременно прочностных свойств при получении хорошей пластичности заготовок из немагнитной коррозионностойкой аустенитной стали 08Х17Н13М2Т, расширение области использования немагнитной коррозионностойкой аустенитной стали с градиентной структурой.The technical objective of the invention is a comprehensive increase in mechanical properties, namely, at the same time, strength properties when obtaining good ductility of workpieces from non-magnetic corrosion-resistant austenitic steel 08X17H13M2T, expanding the scope of use of non-magnetic corrosion-resistant austenitic steel with a gradient structure.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа получения прутков из немагнитных нержавеющих аустенитных сталей, включающего предварительную закалку заготовок прутков от температуры 1050°С, холодную пластическую деформацию закаленных заготовок прутков с получением прутков, последующую термическую обработку с получением градиентной структуры прутков и охлаждение на воздухе, причем, обработке подвергают заготовки прутков из стали 08Х17Н13М2Т, холодную пластическую деформацию закаленных заготовок прутков осуществляют при комнатной температуре методом радиальной ковки со степенью деформации 90-95%, обеспечивающей заданный диаметр прутков, термическую обработку осуществляют путем ускоренного нагрева прутков в печи с воздушной атмосферой до температуры 600-700°С и выдержки в течение 1-2 часа.The problem is solved using the proposed method for producing bars from non-magnetic stainless austenitic steels, including pre-hardening of bar blanks from a temperature of 1050°C, cold plastic deformation of hardened bar blanks to obtain bars, subsequent heat treatment to obtain a gradient structure of bars and cooling in air, moreover , the workpieces of bars made of steel 08Kh17N13M2T are subjected to processing, cold plastic deformation of the hardened workpieces of bars is carried out at room temperature by radial forging with a degree of deformation of 90-95%, providing a given diameter of the bars, heat treatment is carried out by accelerated heating of the bars in a furnace with an air atmosphere to a temperature of 600 -700°C and exposure for 1-2 hours.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа:Features of the proposed technical solution, different from the prototype:
- немагнитная коррозионностойкая аустенитная сталь 08Х17Н13М2Т. Данная сталь обладает повышенной устойчивостью к деформационно-индуцированному мартенситному превращению при комнатной температуре, что позволяет сохранить немагнитность (низкий уровень магнитной проницаемости) в процессе деформации по сравнению со сталью 08Х18Н10Т.- non-magnetic corrosion-resistant austenitic steel 08X17H13M2T. This steel has an increased resistance to deformation-induced martensitic transformation at room temperature, which makes it possible to maintain non-magnetism (low level of magnetic permeability) during deformation compared to 08Kh18N10T steel.
- степень деформации до 90–95% (истинная степень деформации 2,3–2,5). При используемых высоких степенях деформации обеспечивается значительное измельчение структуры аустенита с получением объемного структурного градиента без реализации деформационно-индуцированного мартенситного превращения, что обеспечивает немагнитность материала. Большие степени деформации приводят к шелушению поверхности прутка, а меньшие к меньшему уровню прочности.- degree of deformation up to 90–95% (true degree of deformation 2.3–2.5). At the high degrees of deformation used, a significant refinement of the austenite structure is ensured with the formation of a volumetric structural gradient without the implementation of a deformation-induced martensitic transformation, which ensures the non-magnetic nature of the material. Large degrees of deformation lead to peeling of the bar surface, and smaller degrees to a lower level of strength.
- отжиг при температуре 600-700°С с охлаждением на воздухе обеспечивает формирование более выраженного градиента аустенитной структуры по сечению и снижению деформационных остаточных напряжений. Дополнительно при этих температурах снимаются остаточные напряжения после деформации, но не происходит катастрофическое падение прочностных характеристик. Эти факторы обеспечивают получение немагнитной коррозионностойкой аустенитной стали с сочетанием высокой прочности, релаксационной стойкости и пластичности. Большие температуры отжига вызывают значительное укрупнение структуры и соответственно падение прочности и твердости, а меньшие – получение меньшего уровня пластичности.- annealing at a temperature of 600-700°C with cooling in air ensures the formation of a more pronounced gradient of the austenite structure over the cross section and a decrease in deformation residual stresses. Additionally, at these temperatures, residual stresses after deformation are removed, but there is no catastrophic drop in strength characteristics. These factors provide a non-magnetic corrosion-resistant austenitic steel with a combination of high strength, relaxation resistance and ductility. High annealing temperatures cause a significant coarsening of the structure and, accordingly, a drop in strength and hardness, while lower annealing temperatures cause a lower level of plasticity.
Отличительные признаки изобретения в совокупности с известными позволяют значительно повысить комплекс механических и физических свойств заготовок в виде прутков из немагнитных нержавеющих аустенитных сталей с градиентной структурой: σB=1150–1350 МПа; σ0,2=1030–1310 МПа; δ=10,5–16,1 %; магнитная проницаемость (μ) края и центра прутка 1,005 и 1,059, соответственно.Distinctive features of the invention in conjunction with the well-known can significantly improve the complex of mechanical and physical properties of blanks in the form of bars of non-magnetic stainless austenitic steels with a gradient structure: σB=1150–1350 MPa; σ0.2=1030–1310 MPa; δ=10.5–16.1%; the magnetic permeability (μ) of the edge and center of the bar is 1.005 and 1.059, respectively.
Предлагаемый способ поясняется рисунками, представленными на фиг.1-3.The proposed method is illustrated by the figures shown in Fig.1-3.
На фиг.1 приведена схема заявленного способа упрочнения заготовок из немагнитной коррозионностойкой аустенитной стали 08Х17Н13М2Т.Figure 1 shows a diagram of the claimed method of hardening workpieces from non-magnetic corrosion-resistant austenitic steel 08X17H13M2T.
На фиг.2 приведено распределение микротвердости в поперечном сечении прутка из стали 08Х17Н13М2Т, подвергнутого различным поcледеформационным отжигам. Пруток предварительно был подвергнут закалке с 1050°С, последующей радиальной ковке со степенью деформации 90-95%.Figure 2 shows the distribution of microhardness in the cross section of a bar of steel 08Kh17N13M2T, subjected to various post-deformation annealing. The rod was previously subjected to hardening from 1050°C, followed by radial forging with a degree of deformation of 90-95%.
На фиг.3 (а, б) приведены изображения микроструктуры, полученной метом просвечивающей электронной микроскопии, прутка из немагнитной коррозионностойкой стали 08Х17Н13М2Т после упрочнения по заявленному способу с применением последеформационного отжига при температуре 700°С по примеру 5:Figure 3 (a, b) shows images of the microstructure obtained by transmission electron microscopy, a bar of non-magnetic corrosion-resistant steel 08X17H13M2T after hardening according to the claimed method using post-deformation annealing at a temperature of 700 ° C according to example 5:
3а - микроструктура центра прутка;3a - microstructure of the center of the rod;
3б - микроструктура края прутка.3b - microstructure of the bar edge.
Способ упрочнения заготовок из немагнитной коррозионностойкой аустенитной стали осуществляется следующим образом.The method of hardening workpieces from non-magnetic corrosion-resistant austenitic steel is carried out as follows.
С целью получения структуры однородного по химическому составу аустенита исходного прутка из стали 08Х17Н13М2Т перед радиальной ковкой проводили закалку с нагревом до 1050°С, выдержкой в течение 2 часов и последующим охлаждением в воде для предотвращения выделения избыточных фаз.In order to obtain the structure of austenite homogeneous in chemical composition of the initial rod from steel 08Kh17N13M2T, before radial forging, quenching was carried out with heating to 1050°C, holding for 2 hours, and subsequent cooling in water to prevent the precipitation of excess phases.
После закалки проводится радиальная ковка при комнатной температуре с использованием радиально-ковочной машины SXP 16. Радиальную ковку осуществляли четырьмя радиально перемещающимися бойками для получения прутка заданного диаметра, c исходного диаметра прутка 42 мм до 12 мм, что составляет 92% деформации прутка (2,5 истинной степени деформации). Пруток в процессе деформации охлаждался водой комнатной температуры. Для ковки использовали следующий режим деформации: скорость подачи заготовки – 180 мм в минуту, количество ударов бойков – 1000 ударов в минуту, скорость вращения заготовки – 25 оборотов в минуту. Вращение прутка при ковке при одновременном воздействии четырех бойков в радиальном направлении приводит к циклической локальной деформации и получению объемного структурного градиента по сечению обрабатываемой заготовки. Далее проводили последеформационный отжиг. After hardening, radial forging is carried out at room temperature using an SXP 16 radial forging machine. Radial forging was carried out with four radially moving dies to obtain a bar of a given diameter, from an initial bar diameter of 42 mm to 12 mm, which is 92% of the bar deformation (2.5 true degree of deformation). The rod in the process of deformation was cooled by water at room temperature. For forging, the following deformation mode was used: the billet feed rate was 180 mm per minute, the number of strikes of the strikers was 1000 beats per minute, and the billet rotation speed was 25 revolutions per minute. The rotation of the rod during forging with the simultaneous action of four strikers in the radial direction leads to cyclic local deformation and obtaining a volumetric structural gradient over the cross section of the workpiece. Next, post-deformation annealing was performed.
Последеформационный отжиг прутка из стали 08Х17Н13М2Т после радиальной ковки проводили в интервале температур 600-700°С в течение 1-2 часов и последующим воздушным охлаждением, что сопровождается эффектом одновременного повышения характеристик прочности (σв, σ0,2) и пластичности (таблица 1), что обусловлено формированием объемного структурного градиента – грубой пластинчатой структуры в сердцевине (Фиг. 3а) и мелкозернистой структуры аустенита на поверхности прутка (Фиг. 3б). Отжиг при температуре ниже 600°С реализует более низкие характеристики пластичности и таком же уровне прочности, а нагрев выше 700°С вызывает катастрофическую потерю прочностных свойств несмотря на увеличение пластичности. Длительность выдержки определяется временем прогрева прутка, снятием остаточных напряжений и частичным развитием возврата и первичной рекристаллизации, что и определяет получение окончательного объемного структурного градиента в поперечном сечении заготовки. Post-deformation annealing of a rod made of steel 08Kh17N13M2T after radial forging was carried out in the temperature range of 600-700°C for 1-2 hours and subsequent air cooling, which is accompanied by the effect of a simultaneous increase in the characteristics of strength (σw, σ0.2) and ductility (table 1), which is due to the formation of a volumetric structural gradient - a rough lamellar structure in the core (Fig. 3a) and a fine-grained austenite structure on the bar surface (Fig. 3b). Annealing at a temperature below 600°C realizes lower ductility characteristics and the same level of strength, and heating above 700°C causes a catastrophic loss of strength properties despite an increase in ductility. The holding time is determined by the heating time of the rod, the removal of residual stresses and the partial development of the return and primary recrystallization, which determines the receipt of the final volumetric structural gradient in the cross section of the workpiece.
Аттестацию микроструктуры, характеристик прочности и пластичности заготовок из немагнитной коррозионностойкой аустенитной стали, полученного заявленным способом, осуществляли следующим образом.Certification of the microstructure, strength and ductility characteristics of blanks from non-magnetic corrosion-resistant austenitic steel, obtained by the claimed method, was carried out as follows.
По ГОСТ 1497-84 оценивали прочностные характеристики (временное сопротивление - σв, предел текучести - σ0,2) и пластичность (относительное удлинение - δ) при одноосном растяжении при комнатной температуре со скоростью деформации 0,001 с-1 на универсальной машине Instron 5882. Микроструктуру определяли на просвечивающем электронном микроскопе JEOL 2100. Магнитную проницаемость определяли с использованием измерителя магнитной проницаемости FERROMASTER.According to GOST 1497-84, the strength characteristics (tensile strength - σв, yield strength - σ0.2) and plasticity (relative elongation - δ) were evaluated under uniaxial tension at room temperature with a strain rate of 0.001 s-1 on an Instron 5882 universal machine. The microstructure was determined on a JEOL 2100 transmission electron microscope. The magnetic permeability was determined using a FERROMASTER magnetic permeability meter.
На фиг. 1 приведена схема реализации заявленного способа с отжигом. In FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the claimed method with annealing.
Сравнительный анализ механических свойств упрочненных сталей по заявленному способу и по прототипу приведены в таблице 1.Comparative analysis of the mechanical properties of hardened steels according to the claimed method and according to the prototype are shown in table 1.
Пример 1. Прутки из стали 08Х17Н13М2Т обрабатывали по следующему режиму (Таблица 1, п. 5): закалка с 1050°С (нагрев до 1050°С, выдержка 2 ч и охлаждение в воде) → радиальная ковка со степенями 85-90% без последующего отжига. В результате такой обработки получена повышенная магнитная проницаемость (μкрай/μцентр = 1,070/1,113), пониженные характеристики прочности (σв = 1015 МПа; σ0,2 = 840 МПа) и релаксационной стойкости (σ0,2/σв = 0,82). Однако пластичность находится на приемлемом уровне (δ=13,5%).Example 1. Bars of steel 08X17H13M2T were processed according to the following mode (Table 1, item 5): hardening from 1050°C (heating to 1050°C, holding for 2 hours and cooling in water) → radial forging with degrees of 85-90% without subsequent annealing. As a result of such treatment, increased magnetic permeability (μedge/μcenter = 1.070/1.113), reduced strength characteristics (σt = 1015 MPa; σ0.2 = 840 MPa) and relaxation resistance (σ0.2/σt = 0.82) were obtained. However, plasticity is at an acceptable level (δ=13.5%).
Пример 2. Прутки из стали 08Х17Н13М2Т обрабатывали по следующему режиму (Таблица 1, п. 6): закалка с 1050°С (нагрев до 1050°С, выдержка 2 ч и охлаждение в воде) → радиальная ковка со степенями 90-95 % без последующего отжига. В результате такой обработки получена повышенная магнитная проницаемость (μкрай/μцентр = 1,143/1,265), пониженные пластичность (δ = 9,4 %) и релаксационная стойкость (σ0,2/σв = 0,88). Однако характеристики прочности находятся на высоком уровне (σв = 1220 МПа; σ0,2 = 1080 МПа).Example 2. Bars of steel 08Kh17N13M2T were processed according to the following mode (Table 1, item 6): hardening from 1050°C (heating to 1050°C, holding for 2 hours and cooling in water) → radial forging with degrees of 90-95% without subsequent annealing. As a result of such processing, an increased magnetic permeability (μedge/μcenter = 1.143/1.265), reduced plasticity (δ = 9.4%) and relaxation resistance (σ0.2/σв = 0.88) were obtained. However, the strength characteristics are at a high level (σw = 1220 MPa; σ0.2 = 1080 MPa).
Пример 3. Прутки из стали 08Х17Н13М2Т обрабатывали по следующему режиму (Таблица 1, п. 7): закалка с 1050°С (нагрев до 1050°С, выдержка 2 ч и охлаждение в воде) → радиальная ковка со степенями 90-95 % → последеформационный отжиг при 500°С (нагрев до 500°С, выдержка 1-2 ч и охлаждение на воздухе). В результате такой обработки получена повышенная магнитная проницаемость (μкрай/μцентр = 1,060/1,125) и пониженная пластичность (δ = 8,5 %). Наблюдается неоднородное распределение твердости в поперечном сечении с выраженным градиентом от центральной области к краю прутка (Фиг. 2). Однако характеристики прочности (σв = 1380 МПа; σ0,2 = 1340 МПа) и релаксационная стойкость (σ0,2/σв = 0,97) находятся на высоком уровне.Example 3. Bars of steel 08X17H13M2T were processed according to the following regime (Table 1, item 7): hardening from 1050°C (heating to 1050°C, holding for 2 hours and cooling in water) → radial forging with degrees of 90-95% → post-deformation annealing at 500°C (heating to 500°C, holding for 1–2 h, and cooling in air). As a result of such processing, an increased magnetic permeability (μedge/μcenter = 1.060/1.125) and reduced plasticity (δ = 8.5%) were obtained. There is a non-uniform distribution of hardness in the cross section with a pronounced gradient from the central region to the edge of the bar (Fig. 2). However, the strength characteristics (σt = 1380 MPa; σ0.2 = 1340 MPa) and relaxation resistance (σ0.2/σt = 0.97) are at a high level.
Пример 4. Прутки из стали 08Х17Н13М2Т обрабатывали по следующему режиму (Таблица 1, п. 3): закалка с 1050°С (нагрев до 1050°С, выдержка 2 ч и охлаждение в воде) → радиальная ковка со степенями 90-95 % → последеформационный отжиг при 600°С (нагрев до 600°С, выдержка 1-2 ч и охлаждение на воздухе). В результате такой обработки получены хорошие показатели механических и физических свойств: хорошая магнитная проницаемость (μкрай/μцентр = 1,019/1,059), высокие характеристики прочности (σв = 1355 МПа; σ0,2 = 1310 МПа), релаксационной стойкости (σ0,2/σв = 0,97) и пластичности (δ = 10,5 %). При этом также формируется неоднородное распределение твердости в поперечном сечении с выраженным градиентом от центральной области к краю прутка (Фиг. 2) вследствие получения структурного градиента. Твердость при этом находится на том же уровне, что после отжига при 500°С (Пример 3).Example 4. Bars of steel 08Kh17N13M2T were processed according to the following mode (Table 1, item 3): hardening from 1050°C (heating to 1050°C, holding for 2 hours and cooling in water) → radial forging with degrees of 90-95% → post-deformation annealing at 600°С (heating to 600°С, holding for 1–2 h, and cooling in air). As a result of this treatment, good indicators of mechanical and physical properties were obtained: good magnetic permeability (μedge / μcenter = 1.019 / 1.059), high strength characteristics (σt = 1355 MPa; σ0.2 = 1310 MPa), relaxation resistance (σ0.2 / σt = 0.97) and plasticity (δ = 10.5%). This also forms a non-uniform distribution of hardness in the cross section with a pronounced gradient from the central region to the edge of the bar (Fig. 2) due to the formation of a structural gradient. The hardness is at the same level as after annealing at 500°C (Example 3).
Пример 5. Прутки из стали 08Х17Н13М2Т обрабатывали по следующему режиму (Таблица 1, п. 4): закалка с 1050°С (нагрев до 1050°С, выдержка 2 ч и охлаждение в воде) → радиальная ковка со степенями 90-95 % → последеформационный отжиг при 700°С (нагрев до 700°С, выдержка 1-2 ч и охлаждение на воздухе). В результате такой обработки получены хорошие показатели механических и физических свойств: хорошая магнитная проницаемость (μкрай/μцентр = 1,002/1,005), высокие характеристики прочности (σв = 1145 МПа; σ0,2 = 1030 МПа), релаксационной стойкости (σ0,2/σв = 0,90) и пластичности (δ = 16,1 %). При этом уровень твердости несколько понижается, но градиент твердости в поперечном сечении прутка от центральной области к краю по-прежнему присутствует (Фиг. 2). В сердцевине при этом наблюдается грубая пластинчатая аустенитная структура (Фиг. 3а), а на краю прутка – мелкозернистая разносная аустенитная структура (Фиг. 3б). Example 5. Bars made of steel 08X17H13M2T were processed according to the following mode (Table 1, item 4): hardening from 1050°C (heating to 1050°C, holding for 2 hours and cooling in water) → radial forging with degrees of 90-95% → post-deformation annealing at 700°С (heating to 700°С, holding for 1–2 h, and cooling in air). As a result of this treatment, good indicators of mechanical and physical properties were obtained: good magnetic permeability (μedge / μcenter = 1.002/1.005), high strength characteristics (σt = 1145 MPa; σ0.2 = 1030 MPa), relaxation resistance (σ0.2 / σt = 0.90) and plasticity (δ = 16.1%). In this case, the hardness level decreases somewhat, but the hardness gradient in the cross section of the rod from the central region to the edge is still present (Fig. 2). In this case, a rough lamellar austenitic structure is observed in the core (Fig. 3a), and a fine-grained variable austenitic structure is observed at the edge of the bar (Fig. 3b).
Пример 6. Прутки из стали 08Х17Н13М2Т обрабатывали по следующему режиму (Таблица 1, п. 8): закалка с 1050°С (нагрев до 1050°С, выдержка 2 ч и охлаждение в воде) → радиальная ковка со степенями 90-95 % → последеформационный отжиг при 800°С (нагрев до 800°С, выдержка 1-2 ч и охлаждение на воздухе). В результате такой обработки получены низкие характеристики прочности (σв = 640 МПа; σ0,2 = 250 МПа) и релаксационной стойкости (σ0,2/σв = 0,39). Однако наблюдается хорошие показатели хорошие показатели магнитной проницаемости (μкрай/μцентр = 1,002/1,002) и пластичности (δ = 45 %).Example 6. Bars made of steel 08X17H13M2T were processed according to the following mode (Table 1, item 8): hardening from 1050°C (heating to 1050°C, holding for 2 hours and cooling in water) → radial forging with degrees of 90-95% → post-deformation annealing at 800°C (heating to 800°C, holding for 1–2 h, and cooling in air). As a result of such treatment, low strength characteristics (σt = 640 MPa; σ0.2 = 250 MPa) and relaxation resistance (σ0.2/σt = 0.39) were obtained. However, good performance is observed, good indicators of magnetic permeability (μedge/μcenter = 1.002/1.002) and ductility (δ = 45%).
Сравнительный анализ механических свойств упрочненных заготовок в виде прутков из стали 08Х17Н13М2Т по заявленному способу и по прототипу представлен в таблице 1.Comparative analysis of the mechanical properties of hardened blanks in the form of bars made of steel 08X17H13M2T according to the claimed method and according to the prototype is presented in table 1.
Преимущества заявленного способа относительно прототипа состоят в том, что заявленный способ позволяет:The advantages of the claimed method relative to the prototype are that the claimed method allows:
1. Достигнуть более высокой пластичности (δ) и низкой магнитной проницаемостью (μ) при достаточно высоком уровне прочностных характеристик, хотя и несколько уступающих прототипу, то есть улучшить комплекс механических свойств и получить немагнитное состояние прутка коррозионностойкой аустенитной стали с градиентной структурой.1. Achieve higher ductility (δ) and low magnetic permeability (μ) with a sufficiently high level of strength characteristics, although somewhat inferior to the prototype, that is, improve the complex of mechanical properties and obtain a non-magnetic state of a corrosion-resistant austenitic steel bar with a gradient structure.
2. Расширить технологические возможности обработки материала в широких диапазонах диаметров и длин заготовок и изделий с гарантией получения комплекса высоких характеристик механических и физических свойств.2. To expand the technological capabilities of material processing in a wide range of diameters and lengths of workpieces and products with a guarantee of obtaining a complex of high mechanical and physical properties.
3. Расширить область применения немагнитных нержавеющих аустенитных сталей типа 08Х17Н13М2Т с градиентной мелкозернистой структурой для изготовления заготовок и изделий в различных областях промышленности.3. To expand the scope of non-magnetic stainless austenitic steels of the 08Kh17N13M2T type with a fine-grained gradient structure for the manufacture of blanks and products in various industries.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2782370C1 true RU2782370C1 (en) | 2022-10-26 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115948637A (en) * | 2023-03-10 | 2023-04-11 | 北京理工大学 | Preparation method of large-depth gradient hardened stainless steel plate |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2532600C1 (en) * | 2013-07-18 | 2014-11-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Strengthening method of fasteners from low-carbon steel |
| RU2644089C2 (en) * | 2013-03-11 | 2018-02-07 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Thermomechanical processing of high-strength non-magnetic corrosion-resistant material |
| RU2749815C1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-06-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Method for obtaining hardened workpieces of fasteners made of stainless austenitic steel |
| RU2751207C2 (en) * | 2016-02-02 | 2021-07-12 | Тубасекс Инновасьон А.И.Э. | Stainless steel tubes and their production method |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2644089C2 (en) * | 2013-03-11 | 2018-02-07 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Thermomechanical processing of high-strength non-magnetic corrosion-resistant material |
| RU2532600C1 (en) * | 2013-07-18 | 2014-11-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Strengthening method of fasteners from low-carbon steel |
| RU2751207C2 (en) * | 2016-02-02 | 2021-07-12 | Тубасекс Инновасьон А.И.Э. | Stainless steel tubes and their production method |
| RU2749815C1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-06-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Method for obtaining hardened workpieces of fasteners made of stainless austenitic steel |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115948637A (en) * | 2023-03-10 | 2023-04-11 | 北京理工大学 | Preparation method of large-depth gradient hardened stainless steel plate |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR930010321B1 (en) | Metallic material having ultra-fine grain structure and method for its manufacture | |
| US20180147614A1 (en) | Press hardened steel with increased toughness and method for production | |
| JP2020045565A (en) | Method for producing ausferrite steel austempered during continuous cooling followed by annealing | |
| JP2018012874A (en) | Method of manufacturing steel wire for bolt | |
| WO1987001735A1 (en) | Ultrahigh carbon steels containing aluminum, and processing thereof | |
| US20150191805A1 (en) | Steel Wire Rod Having High Strength and Ductility and Method for Producing Same | |
| JPH07179938A (en) | Method of improving impact characteristic of high-tensile steel, and high-tensile steel article with improved impact characteristic | |
| RU2618678C1 (en) | Method of deformation-thermal processing of austenitic high-manganese steel | |
| Nanda et al. | A Thermal Cycling Route for Processing Nano-grains in AISI 316L Stainless Steel for Improved Tensile Deformation Behaviour. | |
| RU2782370C1 (en) | Method for producing hardened workpieces from non-magnetic corrosion-resistant austenitic steel | |
| RU2643119C2 (en) | Method of deformation-thermal processing of high-manganese steel | |
| RU2749815C1 (en) | Method for obtaining hardened workpieces of fasteners made of stainless austenitic steel | |
| RU2631069C1 (en) | Method of producing sheets from high-manganese steel | |
| RU2631068C1 (en) | Method of deformation-thermal processing low-alloy steel | |
| RU2532600C1 (en) | Strengthening method of fasteners from low-carbon steel | |
| RU2635650C1 (en) | Method of thermomechanical processing of high-alloyed pseudo- (titanium alloys alloyed by rare and rare-earth metals | |
| RU2544730C1 (en) | Method of thermomechanical treatment of low alloyed steel | |
| JPH08100213A (en) | Production of high strength member of martensitic precipitation hardening stainless steel | |
| RU2788770C1 (en) | Method for processing chromium-molybdenum steel of pearlitic class | |
| RU2787279C1 (en) | Method for obtaining hardened cylindrical blanks from austenitic stainless steel | |
| RU2801383C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING GAS TURBINE ENGINE BLADES FROM ALLOY BASED ON Ti2AlNb ALUMINIDE | |
| US20180258504A1 (en) | Method of producing a tool steel | |
| RU2790704C9 (en) | Method for manufacturing gas turbine engine blades from alloy based on orthorhombic titanium aluminide | |
| KR101612180B1 (en) | Manufacturing method of low manganese twip steel | |
| RU2627715C1 (en) | Method of thermomechanical processing microalloy steels |