SU981396A1 - Способ отжига заготовок из нержавеющих сталей и сплавов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к термической обработке, в частности, заготово из нержавеющих сталей и сплавов. В современной метгиплургии дл  повыиени  коррозионной стойкости и уда ной в зкости нержавеющих сталей примен ют термическую обработку в вакууме или контролируемых газовых средах. Известен способ термической обработки , включающий высокотемпературный (1300-1380 С) отжиг в вакууме в течение ч с целью обезуглероживани  и дегазации и повышени  тем самым эксплуатационных свойств. В качестве источника окислител , необходимого дл  успешного протекани  процесса обезуглероживани , используют остаточную прокатную окалину либо газообразные окислители (например , СОо.) tl . Однако дегазаци  металла при этом протекает недостаточно эффективно, поскольку окисна  пленка на поверхности металла в значительной степени затрудн ет процесс десорбции азо та. Толста  окисна  пленка может не благопри тно сказыватьс  также и на ходе обезуглероживани , что снижает эффективность процесса вакуумного рафинировани  в целом. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достига-: емому результату  вл етс  способ термической обработки железохромистых сплавов, включающий высокотемпературный отжиг заготовок из высокохромистой нержавеющей стали в вакууме с окислительным потенциалом 0,100 ,25 мм рт. ст., создаваемыми за счет напуска углекислого газа . На этом этапе происходит обезуглероживание стали. По окончанию обезуглероживающего отжига прекращают подачу окислител  и производ т дйполнительный отжиг при той же температуре и остаточном давлении 1. рт. ст. с целью упа-чени  . азота. Недостатком известного способа  вл етс  следующее. Выдержка в атмосфере с указанным окислительным потенциалом не может обеспечить максимальной скорости удалени  углерода в течение всего обезуглероживающего отжига , что снижает производительность процесса в целом. Это св зано с тем, что недостаток окислител  в газовой фазе, равно как и его избыток, оказывают отрицательное воздействие на скорость удалени  углерода из металл При недостатке окислител  снижае с  скорость самой реакции обезуглер живани , а при его избытке образующ  с  на поверхности окисна  пленка тормозит удаление газообразных проf KToB реакции, что также ухудшает итоги процесса. В начальной стадии отжига, когда содержание углерода в металле велико (как правило, : 0,06 дл  его интенсивного удгшени  необх димо погшержание в атмосфере печи относительно высокого окислительног потенциала. По мере обезуглероживани  стали скорость массопереноса уг лерода к поверхности раздела металл с газовой фазой снижаетс , что при поддержании окислительного потенцисша на начальном уровне приводит к окислению поверхности заготовок и созданию грубой окисной пленки, рез ко снижающей скорость; процесса на его заключительной стадии. Указанный недостаток не может быть устранен путем выбора какоголибо посто нного значени  окислитель ного потенциала как в указанных пределах , так и вне их, так как наиболее эффективное обезуглероживание имеет место только в том случае, еели скорость подвода окислител  из газовой фазы к реакционной поверхнос ти в любой момент времени соответствует скорости поступлени  к ней углерода из глубинных слоев металла. Параллельно с удалением углерода на первом этапе процесса частично протекает и деазотаци  металла, причем в тем большей степени, чем ниже остаточное давление в печи. Посто нное значение окислительного потенциала не обеспечивает оптимальной скорости и этого процесса, поскольку образундаа с  окисна  пленка преп тствует удалению и азота. Глубока  де азотаци  в этом случае происходит только во врем  дополнительн й звыдержки при остаточном давлении рт. ст., что также приводит к увеличению общей длительности вакуумтермической обработки Целью изобретени   вл етс  повышение скорости обезуглероживани  и деазотации и увеличение производительности процесса. Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу отжига заготовок из нержавеющих сталей и сплавов, включающему нагрев до 1300-135О С, выдержку в вакууме с окислительным потенциалом, создаваемым за счет напуска газообразного окислител , дополнительную вьщеркку при остаточном давлении 1 мм рт. ст. и охлаждение, в процессе вьщержки давление окислител  постепенно снижают времени в соответствии с уравнем ) ..) FTT J Р - давление окислител  (COj) в момент времени Тмм.рт.ст, Сд - исходное содержание углерода в металле, %« D - коэффициент диффузии углерода при температуре отжига , h - толщина отжигаемой заготовки , см;: т - врем  от начала обезуглероживающего отжига, с; п - константы, определ емые экспериментально в зависимости от температуры и марки СТсШИ. Уравнение (1) получено, исход  уже обоснованного требовани  по нного соответстви  скоростей вода окислител  и углерода к реионной поверхности, т.е. 1 2 drnco 3 44 dt- (2) сь т- - скорость массоперенос углерода к реакционной поверхности, г/с/ - скорость поступлени  окислител  к реакционной поверхности, г/с; jj - коэффициент, учитыванмций стехиометрическое соотношение реагентов в реакции окислени  углерода. Скорость массопереноса углерода ластине толщиной h имеет вид: (-%.)Ч5) S - площадь поверхности пластины , , плотность металла, г/см . Скорость поступлени  окислител  анице раздела газметалл при проравных услови х определ етс  его ением а рабочем пространстве и т быть записана в виде: k - коэффициент пропорциональности . риравнива  выражени  (3) и (4) ответствии с уравнением (2)-, пос да несложных преобразований поем искомое уравнение (1). Выражесто щее перед знаком экспоненты, ставл ет собой начальное давление лител , при котором следует начипроцесс обезуглероживани . Это

давление дл  каждой марки стали находитс  экспериментально или расчетным . путем в зависимости от толщины издели  (h), исходного содержани  уГлерода (Со), температуры, вли ющей на величины коэффициента диффузии (De 3 и констант k и .п..

Выражение, сто щее под знаком экспоненты , устанавливает закон, по которому следует снижать давление окис лител  по ходу процесса, чтобы на всем его прот жении поддерживать оптимальные услови  обезуглероживани .

Сущность предлагаемого спосоС заключаетс  в следующем.

Заготовки подвергают высокотемпературному отжигу is вакууме с окислительным потенциалом, создаваемым за счет напуска газообразного окислител  (например, СО) начальное давление которого, как указывалось, определ етс  толщиной заготовки, ее химическим составом и температурой отжига. В дальнейшем по ходу процесса давление окислител  в рабочем пространстве печи снижают непрерывно или ступенчато в соответствии с программой, котора  рассчитываетс  заранее по уравнению (1). Снижение давлени  осуществл етс  путем уменьшени  расхода окислител , подаваемого в печь.

По окончании периода обезуглероживани  подачу окислител  прекращают и провод т период дополнительной деазотации при остаточном давлении I-IO - I-IO MM рт.; ст. Длительность каждого периода и всего отжига в целом (при данной температуре) определ етс  маркой стали, толщиной заготовки , исходными и требуемыми конечными содержани ми углерода и азота.

На чертеже приведено изменение давлени  СО, в процессе обезуглероивающего отжига образцов стали 06X25.

Пример. Термической: обработке в вакууме при ISOOC подвергают плоские образцы из стали 06X25 толщиной 8 и 4,6 мм. Исходное содержание углерода и азота составл ет 0,064 и 0,050% соответственно.

Подачу углекислого газа в печь осуществл ют из баллона через редуктор с игольчатым натекателем, при помощи которого производ т регулирование расхода газа (а соответственно и его давлени  в печи).

С целью более детального исследовани  вли ни  окислительного потенциала на обезуглероживание и деазотацию металла после первого этапа отжига процесс прерывают и образцы контролируют на содержание углерода и азота. Затем провод т дополнительную (деазотирующую) выдержку при остаточном давлении в печи (4-6) v

V10-4MM рт. ст. Длительность каждой из стадий выбирают из расчета получени  в готовом металле 0,006-0,009% углерода и азота (по ТУ 14-242-157-77 дл  стали 01X25 суммарное содержание углерода и азота не должно превышать 0,015% при концентрации каждого 0,010%)..

Содержание С и N определ ют с точностью ±0,0002%.

Параметры ваккумных отжигов и их результаты приведены в таблице.

В опытах 1, 2, 5 и 6 давление , окислител  в процессе обезуглероживающего отжига поддерживают посто нным

на нижнем и верхнем пределах, указанных в известном способе.

Данные таблицы свидетельствуют, что с повышением давлени  от 0,1 до 0,25 ГФ1 рт. ст. наблюдаетс  некоторое увеличение скорости обезуглероживани , однако нар ду с этим ухудшаетс  деазотаци  в первой стадии процесса.

Поддержание в ходе обезуглероживающего отжига давлени  , превышающего рекомендуемые в прсоготипе пределы (опыты 3 и 7), также не приводит к желаемым результатам.

Существенное повышение скорости

обезуглероживани  (а в р де случаев и деазотации) достигаетс -при-непре-jMJBHOM или ступенчатом уменьшении давлени  СО, в первом периоде процесса по уравнению (1), которое дл 

случа  отжига образцов из стали 06X25 принимает вид

Р 0,35ехр (-0,0002Г)

(5) дл  h 0,8 см

Р 0,6 ехр (-0,0006Г) дл  h 0,46 см

(6)

По уравнени м (5) и (б-) рассчита1Ы кривые, .в соответствии с которыми следует снижать давление СО, в процессе обезуглероживающего отжига (пунктиры на чертеже). Дл  этого в уравнени  подставл ютс  : значени  от О до 2 ч (опыт 4) и от О до 0,7ч (опыт 8) через каждые 300 с. Длительность обезуглероживающего отжига (2 ч и 0,7 ч), как указывалось выбирают из расчета снижени  содержани  углерода до величин,, требуемых техническими услови ми.

Начальное давление СО (.при-с 0) в соответствии с уравнени ми (5) и (6) в опытах 4 и 8 составл ет 0,35- и 0,06 мм рт. ст. соответственно. В дальнеймем в процессе обезуглероживающего отжига, давление CO-j. снижают через каждые 5-10 мин. Изменение давлени  в ходе обезуглероживающей ста дии опытов 4 и 8 приведено на чертеже (сплошные линии. В принципе возможно и плавное ведение процесса

с помощью автоматического регул тора

.давлени .

После окончани  первой стадии процесса подачу.окислител  прекращают и образцы извлекаютс  из печи. Затем после химического анализа металла провод т вторую (деазотирующую часть внпержки.

Проведение термической обработки по предлагаемому режиму обеспечивает на первой стадии отжига максимальную скорость обезуглероживани  при удовлетворительной деазотации. Это позвол ет получить требуемое техническими услови ми суммарное содержание углерода и азота ( 0,015%), в то врем ,

как по прототипу (опыты 1, 2, 5 и 6).

при той же общей продолжительности процесса уровень концентрации этих элементов значительно выше.

Дл  глубокого рафинировани  образцов толщиной 8 мм до суммарного содержани  углерода иазота ) d,015 % длительность изотермической выдержки должна быть увеличена на 4 ч, или на 25%. Стенка 8 мм выбрана дл  расчета как наиболее распространенна  в промышленной практике вакуумного отжига труб из нержавекжЫх сталей . С учетом неизменной длительности периЬдов нагрева и охлаждени  в промышленной печи ОКБ-554АМ (24 и 36 ч соответственно) увеличение производительности составл ет / 10%,

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ отжига заготовок из нержавеющих сталей и сплавов, включающий нагрев до 1300-135СР С, выдержку в вакууме с окислительным потенциалом, создаваемым за счет напуска газообразного окислителя, дополнительную выдержку при остаточном давлении 1 »10^ - 1 *10⁵ мм рт. ст. и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости обезуглероживания и деаэотации и увеличения производительности, в процессе выдержки давление окислителя постепенно снижают во времени в соответствии с уравнением _ Сс‘ De ( n7C^· De ^р С ΚΤΙΓ- · θχρ (- ---V где Р - давление окислителя в момент времени, мм рт. ctj

   С о - исходное содержание углерода в металле, %,

   D_c - коэффициент диффузии углерода при температуре отжига, см*/с, h - толщина отжигаемой заготов ки, см, ⁵ τ - время от начала обезу.глеро живающего отжига, с.

   •к и η - константы, определяемые экспериментально в зависимости от темпеоатуры и мар· ки стали.