СПОСОБ ЗАЩИТЫ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ОТ ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКЕ Российский патент 1997 года по МПК C21D1/68 

Изобретение относится к способам защиты стальных изделий при высокотемпературной обработке (термической обработке, прокатке) и, в частности, может быть использовано для защиты проката от обезуглероживания в потоке стана.

Наиболее близким к изобретению является способ нанесения на поверхность заготовки железного металлического порошка, содержащего более 0,7% углерода, и слоя изолирующего материала, позволяющего защищать от обезуглероживания при высокотемпературном нагреве до 1300-1450 ^oC низкоуглеродистые стали.

Недостатком данного способа является отсутствие точного технологического регламента организации и эксплуатации защитного покрытия, что может привести
с учетом кинетической природы действия защитного покрытия в одних случаях избыточному науглероживанию поверхностных слоев изделия, а в других к их ускоренному обезуглероживанию.

Техническим эффектом изобретения является повышение эффективности защиты металлических изделий от обезуглероживания на основе прогнозирования характерных времен кинетической защиты поверхности детали, учитывающих толщину h защитного слоя, соотношение концентраций углерода в прокатной основе: C_o и в защитном слое C₁, а также температурно-диффузионные условия /Д Д(Т)/ "защиты" поверхностных слоев детали науглероженным покрытием.

Технологически, увеличивая плотность и равномерность защитного покрытия /Fe + C/, можно обойтись без слоя изолирующего материала и представить защитный слой + металлическую основу как композиционную систему с одинаковой металлической матрицей /Fe/, в защитном слое h в начальный момент времени "растворен" углерод с концентрацией Cl, во всей же прочей части детали - C_o.

Точное решение данной модельной задачи приводит к следующему "концентрационному" выражению для углерода в "композиции":

где X- координата, "отсчитывающая" от поверхности "композиции",
Д коэффициент диффузии углерода в сплаве при заданных Т X условиях обработки.

интеграл вероятности.

Выбирая в качестве "временного критерия" эффективной защиты прокатной основы от обезуглероживания время "снижения" C (X, t) на границе X t до исходной величины C_o, мы получаем, что толщина h защитного слоя должна быть связана с временем t₀ эффективной защиты проката соотношением: (фиг. 3)

где y корень уравнения

На фиг. 1 изображена диффузионно-кинетическая схема "работы" защитного покрытия на металле; на фиг. 2 "концентрационные профили" углерода в композиции: защитный слой + металлическая основа для двух фиксированных моментов времени: t₂ > t₁; на фиг. 3 "концентрационный профиль" углерода C(X, t₀) для момента времени t₀, определяющим оптимальную защиты металла основы от обезуглероживания, на фиг. 4 график зависимости

В таб. 1 функция f f(y) представлена в табличном виде, в табл. 2 представлены значения f и y для наиболее распространенных сочетаний C₁ и C₀ в низкоуглеродистых сталях.

Пример. Оценим время эффективной защиты низкоуглеродистой стали (C₀ 0,1% C), прокатываемой при Т 844 ^oC (Д_c 62 • 10^-7 см², железо-углеродистым покрытием с концентрацией углерода 1% С. Толщины защитных слоев выбираем: h₁ 0,5 мм; h₂ 1 мм. Протабулировав зависимость f f(y) (табл. 1), мы для заданного соотношения концентраций C₀ и C₁ находим y 0,4. Тогда для случая h₁ 0,5 мм, получаем:

Соответственно, для h₂ 1 мм.

Полученные величины времен хорошо коррелируют с кинематическими данными обезуглероживания сталей в близких температурных условиях.

Изобретение относится к способам защиты изделий при высокотемпературной обработке. Способ заключается в нанесении на поверхность низкоуглеродистой стали с объемным содержанием углерода C_o слоя металлического порошка с содержанием углерода C₁ и толщиной h, величина которой связана с оптимальным временем t_v защиты изделия от обезуглероживания соотношением: , где: D - коэффициент диффузии углерода в металл основы при верхней температурной границе обработки изделия, а y - корень уравнения

в котором - интеграл вероятности. 2 табл., 4 ил.

Способ защиты низкоуглеродистой стали от обезуглероживания при высокотемпературной обработке, включающий нанесение на поверхность науглероженного порошка железа, отличающийся тем, что науглероженный порошок железа наносят слоем толщиной h, определяемой из соотношения

где D коэффициент диффузии углерода в металл основы при верхней температурной границе обработки изделия;
t_о оптимальное время защиты изделия от обезуглероживания;
y корень уравнения
в котором C_о содержание углерода в стали;
C₁ содержание углерода в порошке железа;
интеграл вероятности.