Способ механикотермической обработки метастабильных аустенитных сталей Советский патент 1983 года по МПК C21D8/00 

Изобретение относится к машино строению и металлообработке и может быть использовано для механико-термической обработки аустенитных ста лей в металлургическом и машиностро- .ительном производстве.

Известен способ упрочнения сталей с нестабильным аустенитом на Fe-Cr- Мп основе, включающий закалку, теплую пластическую деформацию при на 20-100С нижеМй, затем холодную пластическую деформацию и в заклю.чение - низкотемпературный отжиг . Данный способ не повышает пластичность сталей.

Известен способ упрочнения аустенитных дисперсионно-твердеющих сталей, включающий закалку, затем холодную пластическую деформацию и старение, по которому в заклочение проводят теплую деформацию при температуре выше Mot, но на 200- 00°С ниже температуры старения, при этом после теплой деформации проводит последеформационную выдержку при этих же температурах 2 . Этот способ понижает фактически пластичность сталей, так

как заключительной операцией обработки является пластическая деформация.

Известен также способ упрочнения железомарганцевых сплавов, сометающий пластическую деформацию на 30100 С ниже температуры обратного мартенситного превращения с деформацией при температуре на 20- С ниже температуры М ос 31 . Этот способ обработки также приводит к снижению пластичности аустенитных сталей.

Повышение прочности сталей с де формационно-метастабильным аустенитом в указанных способах достигается за счет деформационного и фазового наклепа аустенита при пластической деформации и при образовании прочного мартенсита деформации. Именно поэтому конечной операцией обработки является не закалка, смягчающая аустенитные стали, а пластическая деформация с низкотемпературным отжигом. Пластичность сталей, обработанных указанными способами, не повышается, а сохраняется на прежнем уровне или уменьшается.

Наиболее близким к предлагаемому является способ механико-термической .обработки мётастабильных аустенитных сталей, вк/точающий пластическую деформацию, старение и закалку k .

. В результате такой обработки сталь упрочняется, пластичность ее не увеличивается (( , а показатель О падает (табл. 1) , резко уменьшается также ударная вязкость.

Т а б я и ц а 1

1. СПОСОБ МЕХАНИКО-ТЕРМИЧЁС(ГОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАСТАБИЛЬНЫХ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ, включающий пластическую деформацию, старение и закал1ку, о т л и ч а ю Щ и и с я тем, что, с целью повышения пластичности стали, деформацию проводят в интервв ле протекания мартенситных превраще НИИ в два этапа: сначала осуществляют деформацию со степенью, обеспечивающей получение 20- tO S-мартенсита, затем нагревают выше температуры окончания обратного - У превраще ния, но ниже е - превращения, охлаждают и проводят деформацию до получения 30-70% -мартенсита. 2. Способ по п.2, о тли ч .а ю щи и с я тем, что после второго этапа пластической деформации перед закалкой проводят нагрев и изотермическую выдержку в течение 10-30 ч при температуре на 10-30 С ниже начала обратного (X .У превращения. О 1C ю со QD ч1

В воде (типовой 230 650 режим) Закалка + 620-750 820-950 +деформация npH-tO ... + старение при (50°С, 30 ч, + нагрев , 8 мин охл, вода Данный способ не позволяет повысить пластичность стали, а относитель нов удлинение резко уменьшается. Уменьшение относительного удлинения, а такие ударной вязкости обусловле60 70 2,6 25-30 65-70 0,7 но ,тем, что при относительно низком нагреве под закалку ( , 8 мин) не растворяются хромистые карбиды, выделившиеся в процессе дли тельного старения при , а аустенит оказывается фазонаклепанным в результате о - f п|эевращения, реали зующегося при нагреве до . Цель изобретения - повышение пластичности стали. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу механикотермической обработки метастабильных аустенитных сталей, включающему плас тическую деформацию, старение и закалку, деформацию проводят в интервале протекания мартенситных прев ращений в два этапа, сначала ос чцест вляют деформацию со степенью, обеспёчйва дей получение 20- 0 -мартен сита, затем нагревают вьше температуры окончания обратного - У прев ращения, но ниже ОС- Jj превращения, охлаждают и затем проводят деформацию до получения 30-70 о{ -мартенсита После второго этапа пластической деформации перед закалкой проводят нагрев и изотермическую выдержку в течение 10-30 ч при температуре на Ю-ЗО С-ниже начала обратного ; превращения. В нержавеющих мeтactaбильныx аустенитных и аустенито мартенситных сталях, особенно в хромомарганцевых и хромоникельмарганцевых, при холодной деформации обычно протекают дда вида мартенситных превращений: и/J - Об , интенсивность протекания которых в зависимости от степени деформации неодинакова. Температурный интервал обратных превращений - и Qi- при нагреве также существенно различен:соответственно гоо-зоо с и soo-yso c. в предлагаемом способе в отличие от известных деформация проводится при одной температуре, когда имеют место оба вида дефор мационного марТенситного превращения, например при комнатной температуре в два эта па. Сначала деформацию проводят до степени/ обеспечивающей получение в структуре стали максимально возможного количества -мартенсита, (деформация приt°С ЛЛл), затем сталь нагревается до 300-400 С, т.е выше конца -т превращения, но ни же температуры начала а(, у превращения. После охлаждения сталь сно ва деформируют до степени, обеспечи вающей получение в структуре стали ЗО-УО Л-мартенсита ( деформация , и проводят высоко107Ц температурный нагрев 11000-1 I под закалку на аустенит. Частная цель пластической деформации стали в предлагаемом способе получение в структуре стали значи- тельного количества 30-70% мартенситной фазы. Орнако сщноразовой деформацией такое количество мартенсита деформации можно получить практически только в малоуглеродистых или безуглеродистых высокопластичных метастабильных сплавах. В сталях с повышенным содержанием углерода (азота) {0,2-0,и; одноразовая пластическая деформация с протеканием - и У- об превращений, быстро исчерпывая, запас пластичности стали, исключает возможность получения в структуре должного количества мартенсита деформаций до наступления чрезмерного охрупчивания и даже разрушения { за исключением гидроэкструзии при больших давлениях. Промежуточный низкотемпературный нагрев в данном способе не только переводит -мартенсит в аустенит, но и стабилизирует аустенит по отношению к деформированному прямому у - превращению при последующей деформации, тем самым увеличивая запас пластичности стали и обуславливая возможность проведения суммарной деформации до больших степеней и получения необходимого количестварб-мартенсита деформации в структуре деформированной стали. Таким образомг, предлагаемый способ существенно отличается от известных по форме проведения ЛредваритеЛЬ ной /перед закалкой на аустенит) .пластической деформации нЪстабильной аустенитной стали. Физическая сущность процессов, т.е. повышение пластичности метаста:бильных аустенитных и аустенитномартенситных сталей, также существенно отличается от таковой в известных способах. В известных способах с целью повышения прочности деформационным мартенситным превращением вызывают фазовый наклеп, упрочнение от которого должно сохраниться после окончательного нагрева. В предлагаемом способе главным является повышение стабильности аустенйта по отношению к мартенситным превращениям при пластической деформации в отдельны микрообъемах за счет повышения легированцости аустенита в этих микрообъемах, т.е. снижения в них точки Мл . Повышение легированности отдельных микрообъемов аустенита, т.е. полумение химически неоднороднего аустенита в микроскопическом . Масштабе, обусловлено в предлагаемой способе действием трех основных факторов: разной растворимостью легирую щих элементов в аустените и мартенси те, развитостью (большой площадью) межфазной поверхности из-за высбкой дисперности мартенсита деформации в метастабильных аустенитнь1х сталях и астрономическим повышением скорости диффузии элементов на межфазной границе ( и в прилегающей к ней зоне) аустенит - мартенсит при протекании обратного мартенситного превращения при нагреве. Таким образом, реализация предлагаемого способа обработки позволяет получить микроскопические области стабильного при деформации аустенита

Типовой: закалка что и является причиной резкого повышения пластичности деформационно-метастабильных аустенитных сталей. Пример. Сталь 32Х10Г7НЗ, содержащ} ю,%: С 0,32 Сг 10,2, МП7,Ь 44 3,7, при 20°С деформируют на 15 растяжением, затем нагревают до и выдерживают 10 мин, охлаждают, затем ещё раз, деформируют растяжением на 221 П|Ьи 20°С и закаливают сталь в воде после нагрева на и выдержки при этой температуре 7 мин (режим а). Другой режим обработки дополнительно включает длительное старение перед закалкой: деформация при на 15 растяжением + отпуск 10 мин, + растяжение на 26% + старение , 30 ч + закалка в воде от .1070°С после 7 мин выдержки (режим б} .. Результаты механических свойств представлены в табл. 2. Т а б л и ц а 2