SU973639A1

SU973639A1 - Method for heat treating products

Info

Publication number: SU973639A1
Application number: SU802983712A
Authority: SU
Inventors: Александр Анатольевич Назаров; Наталья Ивановна Жигачева; Валерий Васильевич Рыбин; Валентин Алексеевич Никитин; Феликс Жанович Энин; Вера Григорьевна Северинова; Людмила Федоровна Артамонова
Original assignee: Предприятие П/Я А-3700
Priority date: 1980-09-19
Filing date: 1980-09-19
Publication date: 1982-11-15

Description

Изобретение относитс к способам защиты от коррозии стали на железохромовой основе со структурой мартенсита закалки и может быть использовано в металлургии, машиностроении, судостроении и других отрасл х тезс ..The invention relates to methods of corrosion protection of steel on iron-chromium base with the quenching martensite structure and can be used in metallurgy, mechanical engineering, shipbuilding and other industries.

Обеспечение максимальной коррозионной СТОЙКОСТИ стали марок 20X13, 30X13, 40X13, против локальных видов коррозии, в частности против коррозионного растрескивани , осуществл ют р дом способов,важнейшим из которых вл етс термическа обработка . Дл рассматриваемых сталей мартенситного класса - это закалкаEnsuring maximum corrosion resistance of steel grades 20X13, 30X13, 40X13, against local types of corrosion, in particular against corrosion cracking, is carried out in a number of ways, the most important of which is thermal treatment. For the steels of the martensitic class under consideration, this is hardening.

в интервале ЭЗО-ИОО и отпуск в интервале 600-700. При этом сталь оказываетс несклонной к коррозионному растрескиванию в хлоридсодержащих растворах и в наводороживаю«их средах. jOflHaKo получаемые в услови х термической обработки механические характеристики стали: уровень прочности, твердость в р деin the interval EZO-PSI and vacation in the range of 600-700. At the same time, the steel is not susceptible to corrosion cracking in chloride-containing solutions and in hydrogenation environments. jOflHaKo mechanical properties of steel obtained under heat treatment conditions: strength level, hardness in a range

случаев не могут обеспечить требовани по прочности и твердости дл реальной конструкции. В таком слу/чае используют, низкий отпуск - до ЗООЯcases can not meet the requirements for strength and hardness for the actual design. In such a case, tea is used, low holidays - up to ZOOA

В табл. 1 представлены данные ГОСТа 5632 Стали высоколегированных и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки и технические требовани {Приложение к ГОСТ 5632 стр. 30).In tab. 1 presents the data of GOST 5632 High-alloy steel and corrosion-resistant, heat-resistant and heat-resistant alloys. Brands and technical requirements {Appendix to GOST 5632 p. 30).

Отпуск выше ЗОО согласно ГОСТ 5632-72 и ГОСТ 5949-75 дл рассматриваемых марок стали в услови х их Leave above ZOO according to GOST 5632-72 and GOST 5949-75 for the considered steel grades under their conditions

10 контакта с водными средсши не пользуетс , так как когерентные выделени карбидов по границам первичного аустенитного зерна обуслав-, ливает значительную склонность к 10 contact with aqueous media does not use, since coherent precipitation of carbides along the boundaries of the primary austenitic grain causes a significant tendency to

15 хрупкому разрушению за счет водородного охрупчивани по этим границам. Однако и отпущенна при 300 сталь с мартенситной структурой оказываетс склонной по механизму водород- : 15 brittle fracture due to hydrogen embrittlement along these boundaries. However, a steel with martensitic structure released at 300 turns out to be hydrogen-prone by the mechanism:

20 ного охрупчивани к коррозионному растрескиванию.20 embrittlement to stress corrosion cracking.

Известен спрсоб повышени коррозионной стойкости при помощи высокотемпературного изотермического от25 пуска. Способ предусматривает аустенизирующип отжиг, отпуск при 700° 30 мин, последующую закалку стали на, мартенсит и окончательный отпуск при 700.Указанный способ позвол ет Known for improving corrosion resistance by high temperature isothermal release. The method involves austentizing annealing, tempering at 700 ° 30 min, subsequent hardening of the steel on, martensite, and final tempering at 700. This method allows

30 получить повышенную стойкость высокоотпущенной стали к общей коррозии fl 3.30 to obtain an increased resistance of high tempered steel to general fl 3 corrosion.

Однако дл его достижени требуетс дополнительное легирование стали типа XI3 ванадием в количестве 0,5 0 ,9 мас.%. Более того, высокоотпущенна сталь имеет высокие дл высокопрочной стали механические свойства, например твердость 35 40 HRC., Сталь же, закаленна на мартенсит после указанного изотермического отпуска и затем отпущенна на максимальную твердость и прочность, остаетс склонной к корозионному растрескиванию по механизму водородного окрупчивани .However, to achieve it, additional doping of steel of type XI3 with vanadium in an amount of 0.5–0.9 wt.% Is required. Moreover, high-alloyed steel has high mechanical properties for high-strength steel, for example, a hardness of 35–40 HRC. Steel, hardened to martensite after the specified isothermal tempering and then released to its maximum hardness and strength, remains prone to corrosion cracking by the hydrogen embrittlement mechanism.

Известен способ термической обработки коррозионностойких сталей, включающий нагрев до температуры аустенизации и охлаждение, при этом в процессе охлаждени провод т изотермическую выдержку при 600-450С. В данном способе изотермическую выдержку при термической обработке стали провод т при температуре выделени медьсодержащей фазы, в частности дл мартенситных низколегированных сталей при 600-450°.Таким образом, повышение коррозионной стойкости и сопротивл емости хрупкому разрушению осуществл ют только выделени ми медьсодержащей этом не преследуетс цель сохранени высокого уровн прочности и твердости, в частности из-за низкого содержани углерода в. стали. Сталь, обработанна по указанному способу, обеспечивает повышенную коррозион7 ную стойкость и стойкость против хрупкого коррозионного разрушени лишь при комнатных температурах 2 .A known method of heat treatment of corrosion-resistant steels, including heating to austenitizing temperature and cooling, while isothermal holding at 600-450 ° C is carried out during the cooling process. In this method, isothermal aging during heat treatment of steel is carried out at a temperature of precipitation of copper-containing phase, in particular for martensitic low-alloy steels at 600-450 °. Thus, the increase in corrosion resistance and resistance to brittle fracture is carried out only by copper-containing emissions is not intended maintaining a high level of strength and hardness, in particular due to the low carbon content in. become. Steel treated by this method provides enhanced corrosion resistance and resistance to brittle corrosion damage only at room temperature 2.

Однако в услови х теплового старени при 450° что соответствует услови м эксплуатации энергетического оборудовани , сталь, обработанна п6 этому способу, приобретает сильную склонность к хрупкому коррозионному разрушению за счет протекани в ней карбидных реакций.However, under conditions of heat aging at 450 ° C, which corresponds to the conditions of operation of power equipment, steel treated with this method acquires a strong tendency to brittle corrosion damage due to the occurrence of carbide reactions in it.

Известен способ термической обработки изделий, включающий нагрев до 940-1050С, выдержку, охлаждение в 10%-йом МаС1до 810-880°С с выдержкой в течение 0,5-1 ч и охлаждение З..The known method of heat treatment of products, including heating to 940-1050С, exposure, cooling in 10% MaС1to 810-880 ° С with exposure for 0.5-1 h and cooling З ..

Однако в данном способе сталь мартенситного класса после закалки имеет структуру мартенсита закалки,который характеризуетс высокой склонностью к хрупкому разрушению, в частности к коррозионному растрескиванию .However, in this method, the martensitic-grade steel, after quenching, has a quenched martensite structure, which is characterized by a high tendency to brittle fracture, in particular to corrosion cracking.

Наиболее близким по технической сущности вл етс способ термической обработки изделий, преимущественно их хромистых коррозионностойких сталей, включающий нагрев до 10501150 , охлаждение до 870-900® с за-.The closest in technical essence is a method of heat treatment of products, mainly of their chromium corrosion-resistant steels, including heating to 10501150, cooling to 870-900® with za-.

данной скоростью, выдержку 870 2-3 ч, дальше последующее охлаждение до 300°С со коростью 80 1000/4 П.this speed, exposure 870 2-3 hours, then further cooling to 300 ° C with a corrosion rate of 80 1000/4 P.

Однако способ термической обрабоки по прототипу применим, в первую очередь,к аустенитным стал м и позвол ет дл этих сталей св зать весь углерод в карбиды титана или ниоби при выдержке 870-900.Дл мартенситных сталей точка Ас, лежит нерколько ниже 870-900° и выделение карбидов хрома по границам аустенитного зерна при 870-900 невелико. В прототипе не оговариваетс скорость охлаждени стали, а это дл сталей мартенситного класса существенно,та как понижение скорости охлаждени взывает более глубокое превращение по схеме аустенит - перлит, что резко ухудшает механические характеристики материала. Повышение скорости охлаждени не позвол ет осуществить полностью блокировку областей выделени вторичных карбидов.Согласно диагра1 мам превращени переохлажденного аустенита скорость охлаждени 80-100°/ч с температуры 870-900° еще более усугубл ет превращение аустенит - перлит.However, the heat treatment method of the prototype is applicable, first of all, to austenitic steels and allows these steels to bind all carbon to titanium or niobium carbides at 870–900. For martensitic steels, the Ac point, is not equal to 870–900 ° and the release of chromium carbides along the boundaries of austenitic grain at 870–900 is small. In the prototype, the cooling rate of steel is not specified, and this is significant for martensitic steels, as a decrease in cooling rate calls for a deeper transformation according to the austenite-perlite scheme, which drastically degrades the mechanical characteristics of the material. Increasing the cooling rate does not allow complete blocking of secondary carbide precipitation areas. According to diagrams for the transformation of supercooled austenite, the cooling rate of 80-100 ° / h from 870-900 ° further aggravates the austenite-perlite transformation.

Целью Изобретени вл етс повышение коррозионной стойкости стали со структурой мартенсита закалки путем термической обработки, обеспечивак дей стали стойкости против хрупких разрушений при контакте с водными средами в широком температурном интервале эксплуатации стали при 350°С при условии сохранени высоких механических характеристик по твердости, прочности и релаксационной стойкости.The aim of the invention is to increase the corrosion resistance of steel with a martensite quenching structure by heat treatment, ensuring the steel resistance to brittle fracture upon contact with aqueous media in a wide temperature range of steel at 350 ° C while maintaining high mechanical characteristics for hardness, strength and relaxation stamina.

Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу термической обработки изделий, преимущественно из хромистых коррозионностойких сталей, включающему нагрев до lOSO-llOO C, регулируемое охлажде|ние , охлаждение ведут до 850llO C со скоростью 5-1 град/мин, причем в сол ной ванне до 450410 С с изотемической выдержкой 10-15 ч,а далее в масле, после чего производ т отпуск при 350ilO C 2 ч с охлаждением в масле.This goal is achieved by the fact that according to the method of heat treatment of products, mainly from chromium corrosion-resistant steels, including heating to lOSO-llOO C, controlled cooling, cooling is carried out to 850 o C at a speed of 5-1 degrees / min, and in a salt bath to 450410 ° C with isothermal exposure for 10-15 hours, and then in oil, after which a tempering is carried out at 350 ° C for 2 hours with oil cooling.

На стадии охлаждени от 1050 1100®до 800-850С на границах первичного аустенитного зерна происходит выделение зародыидей карбидной фазы.At the stage of cooling from 1050 1100® to 800-850С, at the boundaries of the primary austenitic grain, the nucleation of the carbide phase occurs.

Охлаждение с 800-850 до 450 475° погружением в сол ную ванну создает значительное перенасыщение матрицы стали углеродом и выделение карбидов хрома на зародышах карбидной фазы.Cooling from 800–850 to 450– 475 ° by immersion in a salt bath creates a significant oversaturation of the matrix of steel with carbon and the release of chromium carbides on the nuclei of the carbide phase.

Издержка в сол ной ванне регламетируетс также диаграммой изотермического превращени со стороны длительной вьщержки 10-15 ч дл предотвращени возможного снижени механических характеристик. Вьодержка в сол ной ванне менее 10 ч не позвол ет произвести ВЕаделение карбидной фазы на границах первичного аустенитного зерна в необходимых количествах .The salt bath cost is also regulated by an isothermal transformation diagram from the long term end of 10-15 hours to prevent a possible decrease in mechanical properties. Bleaching in a salt bath for less than 10 h prevents the carbide phase from separating at the boundaries of the primary austenitic grain in the required amounts.

Согласно диаграмме состо ни стали , точнее диаграмме состо ни системы железо - хром - углерод по разрезу 13% хрома при температуре до 8ОО карбидна фаза практически полностью состоит из карбида Cr-,Cj. Медленное охлаждение в режиме старени стали обуславливает образование зародышей этого карбида, а изотермический отпуск при 450НО блокируетAccording to the state diagram of steel, more precisely, the state diagram of the iron - chromium - carbon system over a section of 13% chromium at temperatures up to 8OO, the carbide phase consists almost entirely of Cr-, Cj carbide. Slow cooling in the aging mode of the steel causes the formation of nuclei of this carbide, and isothermal tempering at 450NO blocks

.границы первичных аустенитных зерен от возможности возникновени несовершенств при мартенситном превраще НИИ в охлажденной до комнатной температуры стали, последующий отпуск при 350°создает более однородный уровень напр жений в стали. При этом обеспечиваетс более высокий уровень твердости и прочности стали, обработанной по предлагаемому способу, что очевидно из приводимых ниже примеров .The boundaries of the primary austenitic grains from the possibility of imperfections at martensitic transformation of the scientific research institute in steel cooled to room temperature, the subsequent tempering at 350 ° creates a more uniform level of stresses in the steel. This provides a higher level of hardness and strength of the steel treated by the proposed method, which is evident from the examples below.

Пример 1. Образцы стали из листа промышленной поставки стали 20X13, 30X13, 40X13, с составом по ГОСТ 5632-72 размером мм с 1010+10° охлаждают до 850-10° со скоростью 5 в минуту, затем закашивают в сол ную ванну с температурой 450-10° в минуту, и подвергают изотермической вьщержке при этой температуре 10-15 ч, после этого закаливают в масло до комнатной температуры и проход т последующий отпуск при 350410°в течение 2,ч с охлаждением на воздухе (предлагае «лй способ ). Образцы стали, обработанные по предлагаемому способу, не имеют хрупких разрушений при автоклавных коррозионных испытани х на базе 5000 ч. Перед коррозионными испытани ми на образцы нанос т отпечатки шарика 0 10 мм на прессе Бринелл при нагрузке 2 тн. Испытани провод т в чистой воде при Образцы стали, закаленной на мартенсит и обработанной по режиму термической обработки, предложенной прототипом при аналогичных коррозионных испытани х разрушаютс черезExample 1. Samples of steel from a sheet of industrial supply of steel 20X13, 30X13, 40X13, with a composition according to GOST 5632-72 mm in size from 1010 + 10 ° is cooled to 850-10 ° at a speed of 5 per minute, then quenched into a salt bath with a temperature 450-10 ° per minute, and is subjected to an isothermal vortex at this temperature for 10-15 hours, then quenched into oil to room temperature and the subsequent tempering takes place at 350410 ° for 2 hours with air cooling (I propose a method) . Samples of steel treated by the proposed method do not have brittle fractures during autoclave corrosion tests based on 5000 hours. Before corrosion tests, samples of the specimen are printed with 10–10 mm ball prints on a Brinell press under a load of 2 tons. The tests are carried out in pure water. Samples of steel hardened by martensite and treated according to the heat treatment mode proposed by the prototype are destroyed by similar corrosion tests.

250-300 ч. Трещины возникают в районе лунки отпечатка. Режим термической обработки по известному способу ГОСТ 5632-76 закалка с 1010°10 в воду, отпуск при 450°4- 10° 2 ч, а также отпуск при 280° 2 ч и при 500 8 ч, охлаждение воздух.250-300 h. Cracks occur in the area of the imprint hole. The mode of heat treatment by the known method GOST 5632-76 hardening from 1010 ° 10 to water, tempering at 450 ° 4-10 ° 2 h, and tempering at 280 ° 2 h and at 500 8 h, cooling air.

Пример 2. Образцы стали марок 20X13, 30X13, 40X13, TepN«чески обработанные по предлагаемому режиму, приведенному в примере 1, подвергают ускоренным стандартным коррозионным испытани м на склонность к водородному охрупчиванию.Example 2. Samples of steel grades 20X13, 30X13, 40X13, TepN "scientifically treated according to the proposed mode given in example 1, are subjected to accelerated standard corrosion tests for the tendency to hydrogen embrittlement.

Образцы со стандартным отпечатком кип т т в растворе Н ЗО ч-CuS04 + + Fe,j(50)3 в течение 2ч. Образцы марок стали, обработанные по данному режиму, показывают отсутствиеSamples with a standard footprint are boiled in a solution of H ZO h-CuS04 + + Fe, j (50) 3 for 2 hours. Samples of steel grades treated in this mode show no

склонности к хрупким разрушени м,образцы стали, обработанные по известному режиму, забракованы из-за склонности к водородному охрупчиванию . В таблице приведены значени susceptibility to brittle fracture, steel samples treated according to a known regime are rejected due to the tendency to hydrogen embrittlement. The table shows the values

механических характеристик стали, обработанной по предлагаемому способу в сравнении с обработанной по известному.mechanical characteristics of steel, processed by the proposed method in comparison with treated by the known.

Предлагаемый способ внедр етс на предпри ти отрасли и в тех издели х из коррозионностойкой стали, где нар ду с высокими прочностными характеристиками требуетс стойкость к хрупкому коррозионному разрушению при эксплуатации в водных средахThe proposed method is implemented in enterprises of the industry and in those of corrosion-resistant steel, where, along with high strength characteristics, resistance to brittle corrosion damage is required when operating in aqueous media.

с температурой выше 300 .with temperatures above 300.

Ожидаемый экономический эффект слагаетс из расширени области применени высокопрочной стали типа XI3 дл узлов маыин и механизмов где нар ду с высокой прочностью требуетс повышенна стойкость стали в водных средах с температурой выше 300 °, а также за счет повышени надежности и работоспособности этих систем.The expected economic effect is due to the expansion of the field of application of high-strength steel type XI3 for machines and mechanisms where, along with high strength, increased resistance of steel in aqueous media with temperatures above 300 ° is required, as well as by increasing the reliability and serviceability of these systems.

Т а 6 л и ц- аT a 6 l and ts-a

П р и м е ч а н и е.N ote

Нагрев до 10 Ю-10°, охлаждение до 850+100 со скоростью 5 град/ми закалка в сол ную, с температурой 450 + icPf изотермическа выдержка при 450-10 10-15 ч,охлаждение в масло, отпуск при ч, охлаждение воздухHeating to 10 S-10 °, cooling to 850 + 100 at a rate of 5 degrees / m hardening in salt, with a temperature of 450 + icPf is isothermal aging at 450-10 10 10-15 h, cooling to oil, tempering at h, cooling the air

Закалка с 1010-10 в воду отпуск при 450 +10} охлаждение вода (ГОСТ 5632-76)40Quenching from 1010-10 to water tempering at 450 +10} cooling water (GOST 5632-76) 40

Claims

Invention Formula

The method of heat treatment of products, mainly of chromium corrosion-resistant steels, including heating up to 1050-1100 ° C, controlled cooling, characterized in that, in order to increase the resistance of products against brittle corrosion damage

and surgical instruments, springs, carburetor needles, household items, valve plates of compressors

table 2

54 - 55

- 43

46.5 - 47

in aqueous media at the operating temperature of the steel, with the preservation of hardness and strength, cooling is carried out to BSOjlO C with a speed of 5-1 degrees / min, and up to 450tlOC in a salt bath with an isothermal temperature of 10-15 h, and then in oil after which they are manufactured at 350 ± i6 ° C for 2 hours with cooling in oil. According to GOST 5945-75, low tempering mode is defined for steel 30X13, 40X13 as tempering at 200-300 ° after quenching from 950.-1020 °, cooling in oil .:

997363910

Information sources,

2. USSR author's certificate

taken into account in the examination of w 595402, cl. C 21 O 6/00, 1976.

1. A method of increasing corrosion No. 561740, cl. C 21 D 1/78, 1976. Resistance to steel, Bcsl. Tsniichermet, 4. USSR Copyright Certificate 1979, 20, p. 51-53. 5 c 205862, cl. C 21 O 1/38, 1966.

3. USSR author's certificate