Способ термической обработки проката Советский патент 1988 года по МПК C21D8/00 

ii;:

ю VJ

00

Изобретение относится к термической обработке стали и может быть ис- пользозано при производстве проката повышенной прочности, подвергаемого холодной штамповке вытяжкой или холодной высадке,

Цель изобретения - повьнпение прочности и пластичности.

Сущность изобретения заключается ю в том, что после аустенизации прокат охлаждают со скоростью 20-1500 С/с до 710-550 С, выдерживают в течение 5-600 с и охлаждают далее со скоростью выше критической, определяемой 15 из соотношения V p-300/(l-f), где :f - объемная доля аустенита в стали в конце вьщержки. В результате этого в прокате формируется структура, сос- :тоящая из мелкозернистой ферритной 20 ;матрицы с малым содержанием примесных. i атомов внедрения и регулируемого ко- ;личества равномерно распределенных . в ней, дисперсных участков мартенсита, обеспечивающая сочетание высоких прочностных и пластических, характе- ри€1тик стали.

Перед аустенизацией прокат может подвергаться холодной деформации с обисатиек , а нагрев до Ас, ве- 30 :дут со скоростью 20-300 град/с.

Перед охлаждением до 710-550 С прокат может подвергаться горячей пластической деформации,

Способ осуществляют следующим об- 35 разом.

Прокат из малоуглеродистых или низколегированных сталей нагревают до температур вьппе Ас , аустенизируют,

25

неравноосную форму, вытянуты вдоль границ зерен феррита и могут служить концентраторами напряжений, снижая деформируемость стали.

Охлаждение от температур аустенизации со скоростью менее 20 град/с недостаточно для предотвращения выделения феррита в межкритическом интервале температур даже в низколегированных сталях. Скорость охлаждения 1500 град/с достаточна для предотвращения распада аустенита в интервале температур , как в низколегированных, так и в малоуглеродистых сталях, поэтому дальнейшее ее увеличение нецелесообразно, так как приведет к неоправданному росту расхода охладителя и энергетических затрат.

Верхняя граница температурного интервала выдержек (7S0-550°С), обусловлена температурой .Аг, большинства малоуглеродистых и низколегированных сталей, нижняя - минимальной темпера- турой образования в них структурно свободного феррита по диффузионному механизму. При более низких (ниже 500°с) температурах вьзделение структурно свободного феррита подавляется и образуется бейнито-мартенситная структура, обладающая высокой прочностью и малой пластичностью.

Варьируя временем выдержки при 710-550 С от 5 до 600 с, можно в широких пределах изменять соотношение количеств феррита и мартенсита в структуре стали, а следовательно, и ее прочностные, и пластические свойства. Выдержки менее 5 с недостаточохпаждают со скоростью 20-1500 град/с 40 но для выделения необходимого количе- до 710-550°С, вьодерживают при этих температурах в течение 5-600 с, а затем охлаждают со скоростью вьше Кри- .тической, определяемой из соотношения V,,.,300/( l-.f).45

Ох;1аждение от температуры аустенизации до температуры вьщержки производят со скоростью, предотвращающей распад аустенита в межкритическом интервале, которая зависит от I;Q состава стали. При распаде аустенита в межкритическом интервале температур образуется феррит, обогащенный углеродом и другими атомами внедрения ..что обусловливает высокий пре- 55 дел текучести стали и повьш1еннун) склонность к ее деформационному старению. Формирующиеся при последующем охлаждении участки мартенсита имеют

ства фер|)ита, а увеличение ее длительности свыше 600 с привело бы к распаду остающегося аустенита по перлитному механизму и снижению прочности стали.

После выделения заданного количества структурно свободного феррита, определяющего пластические свойства стали, прокат охлаждают со скоростью выше критической для предотвращения остающегося аустенита в мартенсит. При охлаждении с меньшей скоростью в стали формируется феррито-перлитная или феррито-бейнитная структура, что ухудшает соотношение ее прочностных и пластических свойств, а следовательно, и формируемость.

Критическая скорость охлаждения сильно зависит от содержания углеро

ю 5 0

0

5

5

неравноосную форму, вытянуты вдоль границ зерен феррита и могут служить концентраторами напряжений, снижая деформируемость стали.

Охлаждение от температур аустенизации со скоростью менее 20 град/с недостаточно для предотвращения выделения феррита в межкритическом интервале температур даже в низколегированных сталях. Скорость охлаждения 1500 град/с достаточна для предотвращения распада аустенита в интервале температур , как в низколегированных, так и в малоуглеродистых сталях, поэтому дальнейшее ее увеличение нецелесообразно, так как приведет к неоправданному росту расхода охладителя и энергетических затрат.

Верхняя граница температурного интервала выдержек (7S0-550°С), обусловлена температурой .Аг, большинства малоуглеродистых и низколегированных сталей, нижняя - минимальной темпера- турой образования в них структурно свободного феррита по диффузионному механизму. При более низких (ниже 500°с) температурах вьзделение структурно свободного феррита подавляется и образуется бейнито-мартенситная структура, обладающая высокой прочностью и малой пластичностью.

Варьируя временем выдержки при 710-550 С от 5 до 600 с, можно в широких пределах изменять соотношение количеств феррита и мартенсита в структуре стали, а следовательно, и ее прочностные, и пластические свойства. Выдержки менее 5 с недостаточно для выделения необходимого количе-

ства фер|)ита, а увеличение ее длительности свыше 600 с привело бы к распаду остающегося аустенита по перлитному механизму и снижению прочности стали.

После выделения заданного количества структурно свободного феррита, определяющего пластические свойства стали, прокат охлаждают со скоростью выше критической для предотвращения остающегося аустенита в мартенсит. При охлаждении с меньшей скоростью в стали формируется феррито-перлитная или феррито-бейнитная структура, что ухудшает соотношение ее прочностных и пластических свойств, а следовательно, и формируемость.

Критическая скорость охлаждения сильно зависит от содержания углеро 14

да в аустените. С уменьшением объемной доли аустеннта по мере предотвращения содержание углерода в нем растет, резко снижая критическую ско- рость охлаждения. Ее определяют из эмпирического соотношения V 300/

/d-f).

Холодная деформация со степенями 2-60% и нагрев до температур ACj со скоростями 20-300 град/с, а также го- ряЧая пластическая деформация измел- чают зерно аустенита, способствуя образованию при выдержке в интервале 710-550 С и последующем охлаждении со скоростями выше Уцр более мелкозернистого феррита с равномерно распределенными дисперсными- участками мартенсита. Это позволяет дополнительно повысить прочностные свойства стали при сохранении высоких пластических характеристик.

Холодная деформация со степенями менее 20% нецелесообразна из-за возможности попадания в интервал критических деформаций, что привело бы к ухудшению свойств из-за неравномерного развития процессов рекристаллизации. Деформация более 60% нежелательна ввиду возможности возникновения необратимых дефектов, напри мер субмикротрещин.

Нагрев со скоростью менее 20 град/с

ослаблял бы влияние холодной плас- I

тической деформации на размеры зерен аустенита. Увеличение скорости нагрева свьппе 300 град/с нецелесообразно, так как не усиливает положительного влияния холодной пластической«деформации.

Пример 1. Прокат диаметром 6,5 мм из стали с содержанием углерода 0,16% аустенизировали при 920 С, охлаждали со скоростью 1500 град/с до .710°С, выдерживали 550 с при этой темпеjSaType, затем охлаждали со скоростью 445 град/с, (V -у , ,3

430 град/с). После обработки прокат имел предел текучести (С5) 400 МПа, предел прочности (Gg,) 680 МПа, относительное удлинение (S,;,;,) 20%. Уровень прочностных свойств близок к получаемым при термическом упрочнении катанки из стали 3 кп. Однако деформируемость катанки, оцениваемая по соотношению-()/б, после обработки по предлагаемому спо1

собу выше, чем после термического упрочнения в потоке стана (это отношение равно соответственно 0,7 и

0,2). Холодная деформация волочением с обжатием 70% позволила получить проволоку 04 мм, которая по прочностным свойствам ( Ша, 1008 МПа) превосходит арматурную

проволоку класса Врп-1 на 158 МПа, а по относительному удлинению (оо- 4,2%) - в 1,5 раза.

П р и м е р 2. Холоднокатаную с обжатием 25% листовую сталь толщиной

1,4 мм, содержащую 0,18% С, нагревали со скоростью 30 град/с до 930 G, аустенизировали, охлаждали со скоростью 1320 град/с до 550°С, выдерживали при этой температуре 10 с, а затем охт1аждали со скоростью 4 1 О град/с (при ,25, град/с). Полученные свойства после указанной обработки составили: G-p 430 МПа,Ов 540 МГ1а,о 37% и превысили по прочкостным свойствам на 140 МПа (без снижения пластичности} требования, предъявляемые к тонколистовому прокату, предназначенному для холодной штамповки.

ПримерЗ. Прокат диаметром

8мм из стали 09 Г2С аустенизировали при 920°С, охлаждали со скоростью

20 град/с до 700 С, выдерживали при этой температуре 480 с, затем охлаж- дали со скоростью 380 град/с (при ,300/(l-f) 375 град/с и ,2).

Свойства проката после приведен- ной обработки составили:С т 10 МПа. ( МПа, 5 22,8%. Механические свойства болтов после -холодной вы- садки из подката с указанным комплексом свойств составили: МПа, МПа,&5 10%, что соответст- вует комплексу свойств болтов, вин- тов. и шпилек, изготавливаемых из стали ЗОХГСА.

П р и м е р 4. Листовую сталь

09Г2С толщиной 3 мм подвергали горя- чей пластической деформации на величину 40%, охлаждали со скоростью

580 град/с до 600°С, выдерживали при этой температуре 15 с и охлаждали до компактной температуры со скоростью 390 град/с ( град/с ,2). Свойства стали после указанной обработки составили:GT- 646 МПа, 770 МПа, 5 11,5%, что превосходит требования к стали 12Х2НМФА.

П р и м е р 5. Прокат диаметром 6,5 мм из стали, содержащей 0,18% углерода, аустенизировали при 920°С, охлаждали со скоростью 1500 град/с до 700 С, выдерживали при этой температуре 600 с, затем охлаждали со скоростью 400 град/с ( 375 град/с), После обработки прокат имел следующие свойства: GT 410 МПаДц 665 МПа, S ,jjP 18%, что соответствует свойствам термически упрочненной катанки из стали СтЗкп. При этом деформируе- мость, оцениваемая по параметру Gg- ,61, выше чем у катанки, тер- мически упрочненной в потоке стана, для которой ОН равен 0,2.

П р и м е р 6. Холоднокатаный лист толщиной 1,4 мм из стали с содержанием углерода 0,18% нагревали со скоростью 300 град/с до 930°С, аустенизировали, охлаждали со скоростью 1350 град/с до , выдерживали при этой температуре 5 с, а затем охлаждали со скоростью 450 град/с (при ,3; град/с). После обработки сталь имела характеристики ( МПа,0 е 562 МПа, 30%, что соответствует требованиям к горячекатаной листовой стали 08 ГСКГГ для глу бокой вытяжки.

Пример. Листовой прокат толщиной 3 мм из стали 09 Г2С подвергали горячей деформации на 20% при 950°С, охлаждали со скоростью 550 град/с до 710°С, выдерживали 600 с и далее охлаждали со скоростью 420 град/с ,2, град/с). После указанной обработки лист имeJ предел текучестиб 450 МПа, предел прочности СГр 720 МПа, относительное удлинение 5 16%, что соответствует свойствам листов из сяожнолегирован- ной стали 12Х2НМФА специального назначения. .

Примере. Листовой прокат

толщиной 5,2 мм из малоуглеродистой стали, содержащей 0,19% С, подвергали горячей деформации на 60%., охлаждали со скоростью 1220 град/с до 550°С, вьщерживали при этой температуре 5 с и охлаждали со скоростью 420 град/с (,2, град/с). После обработки прокат имел свойства Mna,Ge 550 МПа, 30%, что превышает требования к горячекатанно листовой стали 08ГСЮТ для глубокой вытяжки.

Указанные примеры показывают, что предложенньм способ позволяет получать из малоуглеродистых сталей прокат с высокой деформируемостью и свойствами, соответствующими уровню свойств проката из низколегированной стали. Свойства проката из рядовой низколегированной стали 09 Г2С после обработки по этому способу отвеча от требованиям к прокату специального назначения из сложнолегированной стали .12Х2НМФА.

Таким образом, применение предложенного способа позволяет получить из малоуглеродистой стали Зкп арматурную проволоку с временным сопротивлением разрьшу до 1000 МПа (пример 1), или лист, предназначенный для холодной штамповки с глубокой вытяжкой, по прочностным свойствам превьплающий требованиям к тонколистовому прокату из низколегированной стали (пример 2), заменить сталью 0972С сталь ЗОХГСА при изготовлении крепежа пример 3 и сталь 12Х2НМФА специального назначения (пример 4), Формула изобретения

1.Способ термической обработки проката преимущественно из малоугле- родистых и низколегированных сталей, включающий нагрев выше Ас, с заданно скоростью, аустенизацию при этих температурах, охлаждение до температур ниже Аг, , вьщержку при этих температурах в течение заданного времени, ускоренное охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и пластичности, охлаждение осуществляют до 710-550 С со скоростью 20-1500 град/с, вьщержку проводят в течение 5-600 с, а даль-i нейщее охлаждение осуществляют со скоростью V

v 300/l-f,

где f - объемная доля.аустенита в стали в конце выдержки при 7 10-550° С.

2,Способ по п. 1,отличаю- щ и и с я тем, что перед нагревом выще ACj прокат подвергают холодной деформации с обжатием 20-60%, а нагрев осуществляют со скоростью 20- 300 град/с,

3. Способ по п. 1,отличаю- щ и и с я тем, что перед охлаждение до 710-550 С прокат подвергают горячей пластической деформации.

Изобретение относится к области термической обработки стали и может быть использовано при производстве проката повьшенной прочности, подвергаемого холодной штамповке с глубокой вытяжкой или холодной высадке. Цель изобретения - повышение прочности и пластичности. Это достигается за счет выделения мелкозернистого структурно- свободного феррита и превращения в мартенсит обогащенного углеродом, ; равномерно распределенного в феррит- ной матрице аустенита. Для этого пес- ле аустенизации прокат охлаждают со скоростью 20-1500 град/с до 710- , выдерживают в течение 5-600 с и охлаждают до комнатной температу ры со скоростью выше критической, которую определяют из соотношения 300/(-f), где f - объемная доля аустенита в структуре стали в конце вьщержки при 710-55 0°С. Улучшение комплекса свойств проката может быть достигнуто за счет предварительной холодной деформации на 20-60%, нагрева до температуры ACj со скоростями 20-300 град/с и горячей пластической деформации аустенита. 2 з.п. ф-лы.