СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТЫХ ЛИСТОВ ИЗ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ ФЕРРИТОАУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК C21D8/04 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, преимущественно к термической обработке и обработке давлением металлов, и предназначено для изготовления сверхпластичных листов из коррозионностойких феррито-аустенитных сталей.

В металлургии известны способы получения холоднокатаных листов, обладающих высокой способностью к деформации, из двухфазных сталей. Например, обработка, включающая горячую прокатку, холодную прокатку, отжиг при 730 - 850^oС и быстрое охлаждение со скоростью 30 300^oС/с [1] Однако получаемый указанным способом лист не обладает достаточным запасом пластичности при повышенных температурах и, следовательно, не в состоянии подвергаться большим степеням деформации без разрывов.

Другие известные способы улучшения пластичности двухфазной стали при повышенных температурах представлены в обзорной информации (Шалимова А.В. Наумова Н.И. Алалыкин А.А. Сверхпластичность сталей и сплавов на основе железа: Обзор. информ. Ин-т "Черметинформация". М. 1988, с. 17 18). Один из них включает горячую прокатку при температуре 1250 1200^oС с последующим отжигом при температуре 900^oС. При данном способе в стали формируется относительно грубозернистая структура и уровень пластических характеристик получаемого листа недостаточен для СПФ деталей более или менее сложной конфигурации. По другому способу, дающему лучшие показатели сверхпластичности, сталь закаливают в воде с температуры 1250^oС, подвергают холодной прокатке с большим обжатием (80%) и затем проводят рекристаллизационный отжиг при температуре 900 950^oС или нагрев под СПД до той же температуры. Промышленное использование этого способа затруднено необходимостью проведения операции закалки крупногабаритных заготовок с высокой температуры. Кроме того, листы, полученные этим способом, имеют сильную анизотропию показателей сверхпластичности, что приводит к образованию на поверхности отформованных деталей деформационного рельефа. Таким образом, известные способы изготовления листов для сверхпластической формовки отличаются высокой трудоемкостью и низким качеством продукта.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ, запатентованный в США [2] который включает горячую деформацию с температуры 1205^oС и последующую холодную прокатку с обжатием 64% (табл. II, спл. 2). При нагреве листов под СПД (до температуры 900 - 1000^oС) происходит формирование ультрамелкозернистой структуры за счет одновременного прохождения процессов рекристаллизации и распада сильно наклепанного феррита и сталь становится сверхпластичной. Недостатком этого способа является относительно неравноосная структура в листах, обуславливающая сильную анизотропию показателей сверхпластичности, а также сильная зависимость параметров получаемой структур и свойств от колебаний химического состава стали в пределах марки.

Предлагаемый способ изготовления ультрамелкозернистх листов из коррозионностойких феррито-аустенитных сталей, пригодных для сверхпластической формовки деталей сложной формы, включающий горячую прокатку, холодную прокатку и нагрев до температур 900 1000^oС в течение 10 30 минут, отличающийся тем, что заготовку перед горячей прокаткой нагревают до температуры на 10 - 15^oС выше температуры полного растворения аустенита (Т_sol), деформацию оканчивают при температуре на 200 250^oC ниже температуры минимальной устойчивости переохлажденного феррита (Т_tr), охлаждают со скоростью, обеспечивающей сохранение переохлажденного феррита, горячекатаный лист подвергают гетерогенизационному отжигу при температуре на 5 150^oС ниже температуры минимальной устойчивости феррита в течение времени, необходимого для выделения 25 40 об. аустенита и затем прокатывают с обжатием 50 80%
Нагрев до температуры на 10 50^oС выше Т_sol перед горячей прокаткой обеспечивает наличие в стали однофазной ферритной структуры. В процессе горячей прокатки по мере снижения температуры листа феррит становится неравновесным. Горячая прокатка проводится таким образом, чтобы прокат подстуживался со скоростью, большей критической, и распад переохлажденного феррита либо подавлялся, либо происходил при температуре не выше (Т_tr - 200^oС). Горячекатаный лист подвергают отжигу при температуре (Т_tr-5^oС)>T_отж> (T_tr 150^oC). Длительность отжига выбирается в зависимости от температуры и должна гарантировать выделение аустенита в количестве 25 40 об. в виде дисперсных включений. В присутствии частиц аустенита деформация при холодной прокатке носит неравномерный характер, при последующем нагреве под СПД в листовой заготовке формируется структура с ультрамелким равноосным зерном. Это обеспечивает высокий уровень и изотропность показателей сверхпластичности. При более высокой, чем заявляется температуре отжига аустенит выделяется в грубой форме, что приводит к снижению технологической пластичности при холодной прокатке и ухудшению показателей сверхпластичности. Снижение температуры отжига нижеуказанных в заявке пределов неоправданно удлиняет время, необходимое для выделения требуемого количества аустенита, и может приводить к образованию нежелательных фаз, снижающих пластичность стали. Выделение при отжиге аустенита в меньшем, чем заявляется количестве не дает положительного эффекта. Использование при отжиге больших выдержек приводит к огрублению выделений аустенита, что снижает пластичность сплава и затрудняет его холодную прокатку.

Холодная прокатка со степенью 50 80% создает повышенную плотность дислокаций, необходимую и достаточную для протекания рекристаллизации при последующем нагреве. Деформация приводит к вытягиванию зерен феррита и частиц аустенита, что способствует формированию более мелкозернистой структуры. Использование прокатки с обжатием менее 50% не создает достаточной движущей силы для формирования ультрамелкого зерна при рекристаллизации и не обеспечивает требуемого уровня показателей сверхпластичности. При обжатиях более 80% происходит снижение деформируемости стали при прокатке, развиваются трещины по кромке листа, что уменьшает выход годного.

Пример осуществления
Коррозионностойную феррито-аустенитную сталь 03Х26Н6 промышленной выплавки обработали в соответствии с предлагаемым способом и способом-прототипом. Химический состав стали приведен в таблице 1.

В таблице 2 представлены температура полного растворения аустенита стали данных плавок (Т_sol), температура наименьшей устойчивости переохлажденного феррита (T_tr), а также температурные и временные интервалы обработки стали в соответствии с предлагаемым способом. Степень превращения определяли по изменению намагниченности насыщения стали после отжига. Долю превращенного объема определяли как отношение текущего количества аустенита к равновесному.

Показатели сверхпластичности определяли по результатам испытаний плоских образцов, вырезанных параллельно (индекс ) и перпендикулярно (индекс ⊥) направлению прокатки листа. В качестве характеристики анизотропии относительного удлинения (δ) использовали отношение .

Пример А1 (нижний предел)
Лист из стали плавки А, полученный обработкой по режиму: нагрев до 1240^oС, горячая прокатка, смотка в рулон (укладка в стопу) при 670^oС, охлаждение на воздухе, отжиг при температуре 770^oС в течение 19 минут, холодная прокатка с обжатием 50% имел δ = 980%, а K_δ= 0,97.
Пример А2 (верхний предел)
Относительное удлинение листа из стали плавки А, полученного обработкой по режиму: нагрев до 1280^oС, горячая прокатка, смотка в рулон при 720^oС, охлаждение на воздухе, отжиг при температуре 915^oС в течение 12 минут, холодная прокатка с обжатием 80% составило d = 1000%, K_δ= 1,0.
Пример А3
Горячекатаный лист из стали плавки А, полученный прокаткой с 1260^oС, смотали в рулон при 700^oС. Режимы отжига, холодной прокатки и свойства листов при 950^oС приведены в таблице 3.

Пример А4 (запредельные режимы)
Вариант А4.1 При горячей прокатке с температуры 1300^oС на поверхности листа из стали плавки А образовались множественные дефекты в виде плен. Сохранение дефектов при дальнейшей обработке (режим 3.3 таблицы 3) привело к снижению выхода годного листа с 90% до 55% При этом лист имел следующие свойства: d = 800%, K_δ= 0,8.
Вариант А4.2
Лист из стали плавки А, изготовленный по режиму: нагрев до 1220^oС, горячая прокатка, далее варианту 3.3 (см. табл. 3) имел d = 600%, K_δ= 0,7.
Вариант А4.3
Горячекатаный лист из стали плавки А, изготовленный как в примере 3, обработали по режимам, указанным в таблице 4. Там же приведены показатели сверхпластичности полученных листов.

Пример 5 (способ-прототип)
После обработки по режиму горячая прокатка при 1205^oС, холодная прокатка с обжатием 64% относительное удлинение листа из стали плавки А составило d = 570%, K_δ= 0,5.
В результате обработки стали плавки В по тому же режиму получен лист с относительным удлинением d = 985%, K_δ= 0,95, но при этом в процессе горячей прокатки наблюдалось растрескивание кромок, снизившее выход годного листа на 20%
Пример В
Лист из стали плавки В после горячей прокатки с 1360^oС, смотали в рулон при 700^oС. Режимы отжига, холодной прокатки и свойства листов при 950^oС приведены в таблице 5.

Из приведенных данных следует, что по сравнению с известными способами, обработка в соответствии с предлагаемым способом обеспечивает изготовление сверхпластичных листов с высокой пластичностью, формуемостью и изотропным относительным удлинением вне зависимости от колебаний химического состава в пределах марки и позволяет исключить труднореализуемую в промышленных условиях операцию закалки крупногабаритных заготовок в воде с высоких температур. Предлагаемый способ применим при изготовлении листов как полистной, так и рулонной прокаткой. применение данного способа изготовления сверхпластичных листов из коррозионностойкой феррито-аустенитной стали обеспечивает повышение качества листов за счет уменьшения анизотропности и увеличения относительного удлинения, что в целом существенно повышает экономические показатели процессов сверхпластичной формовки, позволяет расширить ее область применения для изготовления деталей более сложной формы.

Изобретение относится к области металлурги, преимущественно с термической обработке и обработке давлением металлов, и предназначено для изготовления сверхпластичных листов из коррозионностойких феррито-аустенитных сталей. Технический результат заключается в том, что данный способ обеспечивает повышение качества листов за счет уменьшения анизотропности и увеличения относительно удлинения, что в целом существенно повышает экономические показатели процессов сверхпластичности формовки, позволяет расширить область ее применения для изготовления деталей более сложной формы. Сущность: заготовку нагревают до 1240^oС, подвергают горячей прокатке, сматывают в рулон при 670^oС, охлаждают на воздухе. Горячекатанный лист отжигают при 700^oС в течение 19 мин и подвергают холодной прокатке с обжатием 50%. Полученный лист имеет δ = 980% и Кg = 0,97. 5 табл.

1 Способ изготовления ультрамелкозернистых листов из коррозионно-стойких ферритоаустенитных сталей, пригодных для сверхпластической формовки деталей сложной формы, включающий горячую прокатку, холодную прокатку и нагрев до 900 1000<198>С в течение 10 30 мин, отличающийся тем, что заготовку перед горячей прокаткой нагревают до температуры на 10 50<198>С выше температуры полного растворения аустенита, деформацию оканчивают при температуре на 200
250<198>С ниже температуры минимальной устойчивости переохлажденного феррита, горячекатаный лист подвергают гетерогенизационному отжигу при температуре на 5 150<198>С ниже температуры минимальной устойчивости феррита в течение времени, необходимого для выделения 25 40 об. аустенита и затем прокатывают с обжатием 50 80%