СПОСОБ ДЕФОРМАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ АУСТЕНИТНОЙ КОРРОЗИОННОСТОЙКОЙ СТАЛИ Российский патент 2025 года по МПК C21D8/02 C21D8/00 

Изобретение относится к области металлургии и медицинского материаловедения, а именно к получению листовой заготовки из аустенитной коррозионностойкой стали типа UNS S31673 (ASTM F 138), которая может использоваться в качестве конструкционного материала, а также в производстве хирургических имплантатов.

Большинство аустенитных коррозионностойких сталей после стандартной обработки на твердый раствор имеют крупнокристаллическую структуру и низкий предел текучести порядка 200 - 250 МПа (W.Martienssen and H.Warlimont, Springer Handbook of Condenced Matter and Materials Data, 2005), что сдерживает их применение в качестве конструкционного материала и мешает расширению области применения в медицине. Существует несколько подходов к повышению прочностных свойств аустенитных коррозионностойких сталей. Традиционный подход основан на введении дополнительных легирующих элементов, что позволяет повысить предел текучести аустенитных сталей за счет твердорастворного и/или дисперсионного упрочнения. Альтернативный подход к повышению прочностных свойств заключается в использовании деформационно-термической обработки в условиях теплой деформации, которая позволяет повысить предел текучести за счет деформационного и/или структурного упрочнения.

Для достижения требуемых свойств в материале необходимо разработать оптимальный режим деформационно-термической обработки.

Известен способ получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с наноструктурой (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. Технический результат заключается в получении проката аустенитной нержавеющей стали с нанокристаллической структурой и повышенными прочностными свойствами, предел текучести составляет более 1000 МПа.

Недостатком данного способа является то, что при значении предела текучести 1070 МПа удлинение составляет всего 9,3%, т.е. он не обеспечивает получение оптимального сочетания прочностных и пластических свойств.

Известен способ многократной деформационно-термической обработки аустенитной коррозионностойкой стали (RU № 2790707, опубликован 28.02.2023), который включает деформационно-термическую обработку заготовки из аустенитной коррозионностойкой стали путем прокатки и термической обработки. Обработку заготовки из аустенитной коррозионностойкой стали 03Х17Н12М2 проводят в пять этапов, при этом на первом этапе заготовку подвергают отжигу при температуре 1100°С в течение 30 минут с последующим охлаждением в воде, на втором этапе проводят прокатку заготовки при температуре 300°С до истинной степени деформации e = 2 с последующим охлаждением в воде листовой заготовки, на третьем этапе листовую заготовку отжигают при температуре 700°С в течение 2 часов с последующим охлаждением в воде, на четвертом этапе проводят прокатку при температуре 300°С до истинной степени деформации e = 1 с последующим охлаждением в воде, а на пятом этапе проводят заключительный отжиг листовой заготовки при температуре 700°С в течение 2 часов с последующим охлаждением в воде. Обеспечивается получение листовой заготовки из стали 03Х17Н12М2 с одновременно высокой прочностью и пластичностью.

Недостатком данного способа является очень большая трудоемкость и энергозатратность технологического процесса.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения катанных полуфабрикатов из аустенитной коррозионностойкой стали (RU № 2735777, опубликован 09.11.2020). В предложенном способе проводят горячую ковку стальных заготовок при температуре 1100°С до истинной степени деформации 0,7<e<0,8 с последующим охлаждением в воде. Затем кованые стальные заготовки подвергают высокотемпературному отжигу при температуре 1050°С в течение 30 минут с охлаждением в воде. Полученные заготовки подвергают листовой прокатке при температуре 300°С до истинной степени деформации 0,4<e<0,45. Обеспечивается получение катаных полуфабрикатов из аустенитной коррозионностойкой стали, обладающих одновременно высокой пластичностью и вязкостью в сочетании с повышенной прочностью при сохранении коррозионной стойкости при температуре от 20°С до минус 60°С.

К недостаткам данного способа можно отнести трудоемкость и ресурсозатратность двукратных высокотемпературных нагревов (выше 1000°С), а также недостаточный уровень прочностных свойств после теплой прокатки.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа деформационно-термической обработки аустенитной коррозионностойкой стали с целью улучшения механических свойств, а именно получить сталь с пределом текучести более 600 МПа при относительном удлинении более 30% и с пределом текучести более 700 МПа при относительном удлинении более 20%.

Технический результат заключается в улучшении механических свойств, а именно прочности и пластичности в аустенитной коррозионностойкой стали.

Поставленная задача решается предложенной деформационно-термической обработкой аустенитной коррозионностойкой стали по двум вариантам.

По первому варианту предложенный способ включает предварительную и окончательную обработки. Предварительная обработка включает нагрев заготовки до температуры 1000°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ым обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, после чего осуществляют охлаждение в воде. После каждого прохода заготовку подогревают до заданной температуры. Окончательная обработка включает нагрев заготовки до температуры 850°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ым обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, после чего осуществляют охлаждение в воде. После каждого прохода заготовку подогревают до заданной температуры.

По второму варианту предложенный способ включает предварительную и окончательную обработки. Предварительная обработка включает нагрев заготовки до температуры 1000°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ым обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, после чего осуществляют охлаждение в воде. После каждого прохода заготовку подогревают до заданной температуры. Окончательная обработка включает два этапа. На первом этапе проводят нагрев заготовки до температуры 850°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ым обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, после чего осуществляют охлаждение в воде. После каждого прохода заготовку подогревают до заданной температуры. На втором этапе заготовку нагревают до температуры 300-400°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ым обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, затем осуществляют охлаждение в воде. После каждого прохода заготовку подогревают до заданной температуры.

Таким образом, поставленная задача решена - требуемое сочетание прочности и пластичности в аустенитной коррозионностойкой стали типа UNS S31673 (ASTM F 138) достигается в результате формирования развитой дислокационной субструктуры в условиях теплой деформации при активном развитии процессов динамического возврата, контролирующих размер и разориентировку компонентов субструктуры.

Примеры осуществления:

Пример 1 (вариант 1). Заготовка из стали 03Х17Н14М3 была подвергнута предложенной деформационно-термической обработке. Исходный материал был подвергнут нагреву в печи до 1000°С (выдержка для прогрева 45 минут), после чего подвергнут многократной прокатке с обжатием 10% за проход до суммарного обжатия 60% (истинная степень деформации е=0,9) с последующем охлаждением в воде. Следующей стадией была многократная прокатка при температуре 850°С (выдержка для прогрева 20 минут) с обжатием 10% за проход до суммарного обжатия 60% (истинная степень деформации е=0,9) с последующем охлаждением в воде. Все стадии прокатки проводились с промежуточным подогревом до необходимой температуры.

Пример 2 (вариант 2). Заготовка из стали 03Х17Н14М3 была подвергнута предложенной деформационно-термической обработке. Исходный материал был подвергнут нагреву в печи до 1000°С (выдержка для прогрева 45 минут), после чего подвергнут многократной прокатке с обжатием 10% за проход до суммарного обжатия 60% (истинная степень деформации е=0,9) с последующем охлаждением в воде. Следующей стадией была многократная прокатка при температуре 850°С (выдержка для прогрева 20 минут) с обжатием 10% за проход до суммарного обжатия 60% (истинная степень деформации е=0,9) с последующем охлаждением в воде. Заключительной стадией была многократная прокатка при температуре 300°С (выдержка для прогрева 10 минут) с обжатием 10% за проход до суммарного обжатия 60% (истинная степень деформации е=0,9) с последующем охлаждением в воде. Все стадии прокатки проводились с промежуточным подогревом до необходимой температуры.

Пример 3 (вариант 2). Заготовка из стали 03Х17Н14М3 была подвергнута предложенной деформационно-термической обработке. Исходный материал был подвергнут нагреву в печи до 1000°С (выдержка для прогрева 45 минут), после чего подвергнут многократной прокатке с обжатием 10% за проход до суммарного обжатия 60% (истинная степень деформации е=0,9) с последующем охлаждением в воде. Следующей стадией была многократная прокатка при температуре 850°С (выдержка для прогрева 20 минут) с обжатием 10% за проход до суммарного обжатия 60% (истинная степень деформации е=0,9) с последующем охлаждением в воде. Заключительной стадией была многократная прокатка при температуре 400°С (выдержка для прогрева 10 минут) с обжатием 10% за проход до суммарного обжатия 60% (истинная степень деформации е=0,9) с последующем охлаждением в воде. Все стадии прокатки проводились с промежуточным подогревом до необходимой температуры.

Из полученных стальных заготовок были вырезаны образцы для испытаний на определение механических свойств. Образцы вырезались вдоль направления прокатки.

В таблице 1 представлены результаты механических испытаний образцов аустенитной коррозионностойкой стали 03Х17Н14М3, подвергнутой предложенным деформационно-термическим обработкам. Механические испытания на растяжения проводились в соответствии с ГОСТ 1497-84 при комнатной температуре.

Таблица 1. Механические свойства аустенитной коррозионностойкой стали после проведения деформационно-термических обработок по предложенным режимам.

Предел текучести, МПа Предел прочности, МПа Относительное удлинение до разрушения, % Пример 1 (вариант 1) 610 760 48 Пример 2 (вариант 2) 925 980 21 Пример 3 (вариант 2) 905 960 28

Таким образом, достигнута задача по разработке способа деформационно-термической обработки аустенитной коррозионностойкой стали с целью улучшения механических свойств. Предложенный способ деформационно-термической обработки приводит к повышению показателей прочности при комнатной температуре, сохраняя высокие показатели пластичности.

Изобретение относится к области металлургии и медицинского материаловедения, а именно к получению листовой заготовки из аустенитной коррозионностойкой стали типа UNS S31673 (ASTM F 138) и может использоваться в качестве конструкционного материала, а также в производстве хирургических имплантатов. Первый способ включает предварительную и окончательную обработки. Предварительная обработка включает нагрев заготовки до температуры 1000°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ым обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, после чего осуществляют охлаждение в воде. После каждого прохода заготовку подогревают до заданной температуры. Окончательная обработка включает нагрев заготовки до температуры 850°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ным обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, после чего осуществляют охлаждение в воде. После каждого прохода заготовку подогревают до заданной температуры. Второй способ включает предварительную и окончательную обработки. Предварительная обработка включает нагрев заготовки до температуры 1000°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ным обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, после чего осуществляют охлаждение в воде. После каждого прохода заготовку подогревают до заданной температуры. Окончательная обработка включает два этапа. На первом этапе проводят нагрев заготовки до температуры 850°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ым обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, после чего осуществляют охлаждение в воде. После каждого прохода заготовку подогревают до заданной температуры. На втором этапе заготовку нагревают до температуры 300-400°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ным обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, затем осуществляют охлаждение в воде. После каждого прохода заготовку подогревают до заданной температуры. Технический результат заключается в требуемом сочетании прочности и пластичности в стали типа UNS S31673 (ASTM F 138). 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

1. Способ обработки аустенитной коррозионностойкой стали, включающий листовую прокатку стальных заготовок с последующим охлаждением в воде, отличающийся тем, что вначале нагревают заготовки до температуры 1000°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ным обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, после чего осуществляют охлаждение в воде, причем после каждого прохода заготовку подогревают до заданной температуры, затем нагревают заготовки до температуры 850°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ым обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, после чего осуществляют охлаждение в воде, а после каждого прохода заготовку подогревают до заданной температуры.

2. Способ обработки аустенитной коррозионностойкой стали, включающий листовую прокатку стальных заготовок с последующим охлаждением в воде, отличающийся тем, что вначале нагревают заготовки до температуры 1000°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ным обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, после чего осуществляют охлаждение в воде, причем после каждого прохода заготовки подогревают до заданной температуры, затем нагревают заготовки до температуры 850°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ным обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, после чего осуществляют охлаждение в воде, после каждого прохода заготовки подогревают до заданной температуры, затем заготовки нагревают до температуры 300-400°С из расчета 1 мм сечения в минуту при этой же температуре с последующей многократной прокаткой с 10%-ным обжатием за проход до суммарного обжатия 60%, затем осуществляют охлаждение в воде, а после каждого прохода заготовку подогревают до заданной температуры.