Способ обработки аустенитных нержавеющих сталей Советский патент 1992 года по МПК C21D6/00 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при обработке давлением аустенитных нержавеющих сталей системы Fe-Cr-Ni для изготовления высоконагруженных конструкций.

Аустенитные нержавеющие стали, обладающие коррозионной стойкостью, широко применяются для работы в агрессивных средах. Однако они термически не упрочняются и их применение в высоконагруженных конструкциях ограничено невысокими значениями предела прочности ( оь 600- 800 МПа) и текучести ( а 02 250-400 МПа). Повышение прочностных характеристик сталей данного класса позволяет расширить область их применения, заменить ими дорогостоящие высокопрочные стали.

Известен способ обработки метаста- бильной аустенитной стали 16 Сг-10 Ni, заключающийся в деформации при комнатной температуре со степенью е 93% и последующем отжиге при 800-900 К в течение 5-10 мин. При холодной деформации из метзстабильного аустенита образуется мартенсит деформации, который при последующемнагревепретерпевает

а} -у-превращение. В результате такой обработки формируется структура с средним размером зерен аустенита 0,5 мкм и предел текучести повышается до о Q2 700 МПа.

Однако такая обработка неприменима к стабильным аустенитным сталям, температура образования мартенсита деформации которых, как правило, i , лежит в области отрицательных температур. Кроме того, не достигается существенного повышения прочности свойств.

Известен способ обработки стабильных аустенитных сталей, заключающийся в обработке стали на твердый раствор при 1140°С в течение 1,5 ч, охлаждении в воде, последующем охлаждении в жидком азоте (-196°С) и деформации до получения 80% мартенсита, старении при 400°С в течение 2 ч. При такой обработке достигается высосл С

-ч со со

N 00 СЛ

копрочное состояние: ав 1900-2300 МПа; а 02 1500 МПа.

Недостатком данного способа является то, что при нагреве при 400°С не происходит

обратной а1 - у перекристаллизации, а наблюдается лишь расслоение твердого раствора на обедненные и обогащенные хромом зоны и выделение карбидов типа Ме2зСе, приводящее к существенному повышению прочности. Сохранившаяся мар- тенситная структура снижает коррозионную стойкость стали.

Известен способ обработки нержавеющих аустенитных сталей типа 18-8, включающий нагрев при 1080°С и закалку на твердый раствор, охлаждение до-196°С, за- тем выдержку (отогрев) до температуры -150 -180°С, последующую деформацию заготовок со степенью Ј 15-20% и отпуск при 200-250°С.

Указанный способ обеспечивает высокие прочностные свойства ( ав 1900 МПа) за счет сохранения структуры мартенсита.

Известен способ получения мелкозернистой аустенитной стали марок SUS 304, SUS 316, согласно которому заготовки нагревают до 1100°С в течение 30 мин, охлаж- дают, затем подвергают обработке давлением при температуре ниже точки начала мартенситного превращения при деформации (-196°С), после образования 20% мартенсита сталь нагревают при 1000°С в течение 30 мин, вновь получая аустенитную структуру, размер зерен 7-8 баллов по шкале ASTM, что соответствует 20-30 мкм. При этом устраняется разнозернистость.

Недостатком данного способа является высокая температура как предварительного, так и последующего нагрева, способствующая в первом случае формированию крупнозернистой структуры и впоследствии получению грубопластинчатого мартенсита, во втором вызывающая диффузионный распад мартенсита и рост зерен.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки нержавеющих сталей типа 18-10, по которому заготовки стали 12Х18Н10Т нагревают при 1100°С и закаливают в воду. Затем проводят охлаждение при -40 -100°С и деформацию со степенью 25-40% за несколько проходов. Деформированные заготовки подвергаются старению при 450°С в течение 30 ч. Для обратного превращения мартенсита в аус- тенит проводят нагрев в соляной ванне при 760°С в течение 8 мин и закалку в воду. В результате формируется аустенитная структура со следующими механическими свойствами: ав 82-95 кг/мм2; а 02 620

5

0

5

0

5

0

5

0

5

75 кг/мм2; 6 25-30%; V 65-70%, ан 7 кгм/см .

Недостатком известного способа является также высокая температура обратного превращения, при которой происходит и рекристаллизация, что не обеспечивает сохранения прочности на достаточно высоком уровне.

Цель изобретения - повышение предела прочности и текучести за счет получения однородной субмикронной структуры аусте- нита в сталях системы Fe-Cr-Ni.

Поставленная цель достигается тем, что заготовки предварительно деформируют в изотермических условиях при 900-1000°С со степенью не менее 60% и закаливают в воду после прекращения деформации, затем проводят охлаждение при -196°С и деформацию, при этом образуется мартенсит деформации, обратное а - у-превращение проводят непосредственно после холодной деформации при 630-560°С.

Предлагаемый способ позволяет получить структуру аустенита со средним размером зерен 0,1-0,3 мкм с пределом прочности Ј1500 МПа, текучести а 02 1400 МПа.

Проведение горячей деформации как способа подготовки мелкозернистой микроструктуры для повышения пластичности при последующей сверхпластической деформации в технике известно. Этот температурный интервал соответствует области протекания динамической рекристаллизации в аустенитных сталях, в результате формируется мелкозернистая ( 10 мкм) микроструктура. Однако сочетание горячей деформации с закалкой со штампа и холодной деформации при отрицательных температурахпозволяетполучитьвысокодисперсный бесструктурный мартенсит, последующий нагрев которого приводит к формированию субмикронной структуры аустенита и существенному повышению предела прочности и текучести.

Проведение закалки непосредственно после горячей деформации при этом позволяет зафиксировать твердый раствор. Твердый раствор, зафиксированный после деформации, существенно отличается от твердого раствора, зафиксированного после нагрева без деформации. В первом случае фиксируется структура с более высокой плотностью дислокаций, что впоследствии оказывает влияние на полноту мартенситного превращения и размер пластин мартенсита.Приобратном

а - у-превращении размер зерен вновь образовавшегося аустенита определяется

толщиной мартенситных пластин, за счет чего достигается субмикронная структура. Способ известным способам горячую деформацию не применяли. Таким образом, применение предварительной горячей деформации с закалкой в воду в сочетании с обработкой при отрицательных (-196°С) температурах и последующим нагревом при 630-650°С отличают предлагаемый способ от известных.

Выбор температурной области деформации 900-1000°С обусловлен тем, что деформация ниже 900°С не обеспечивает полного протекания динамической рекристаллизации и обрсчзования равноосной микроструктуры. Деформация выше 1000°С нецелесообразна из-за роста зерен ввиду протекания динамической собирательной рекристаллизации, активизации процессов возврата. Деформация со степенью менее 60% также не обеспечивает протекания динамической рекристаллизации в полном объеме, приводит к образованию разнозернисто- сти, неоднородности микроструктуры.

Нагрев стали после холодной деформации при 630-650°С обусловлен тем, что ниже

630°С обратное а1 -у-превращение не является полным, в структуре имеется остаточный мартенсит. При нагреве выше 650°С

обратное а - у-превращение совмещается с частичной рекристаллизацией, что ведет к снижению прочностных характеристик.

Таким образом, совокупность процессов, предварительной деформации при 900- 1000°С с закалкой со штампа, деформации при отрицательных температурах, последующий нагрев при 630-650°С позволяет повысить предел прочности и текучести за счет получения однородной субмикронной структуры аустенита в нержавеющих сталях системы Fe-Cr-Ni.

Способ прост в осуществлении, Горячая деформация может быть проведена на гидравлических прессах, снабженных изотермическим блоком для нагрева. Нагрев заготовок и последующий отжиг могут быть выполнены в печах камерного типа. Последующий отжиг также может быть проведен в соляных ваннах.

Пример. Исходной заготовкой служат прутки промышленной стали 12Х18Н10Т стандартного химического состава.

Заготовки / 40x60 мм нагревают до и подвергают изотермической деформации при этой температуре. Оборудование - гидравлический пресс усилием 630 тс, оснастка - изотермический блок нагрева

УИШИБ-280 с плоскими бойками. Скорость деформации . Применяют схему деформации осадка с кантовкой. Суммарная степень деформации 80%, Осаженные заготовки со штампа закаливают в воду.

В результате получают однородную мелкозернистую микроструктуру с средним размером зерен 6 мкм.

Штампованные заготовки охлаждают в

жидком азоте в течение 30 мин, затем подвергают осадке с кантовкой на 90° между плоскими бойками на гидравлическом прессе усилием 400 тс до степени 40%.

Затем заготовку нагревают в соляной

ванне при 630°С в течение 5 мин. Проводят контроль структуры. Из штамповки вырезают разрывные образцы с диаметром рабочей части 5 мм. Механические испытания проводят по стандартным методикам испытаний на растяжение. Результаты контроля микроструктуры и механических испытаний приведены в таблице.

Аналогично проводят обработку с изменением температуры предварительной деформации, степени деформации, температуры нагрева.

Дополнительно проведена обработка по режиму известного способа. Результаты сведены в таблицу 1.

Из таблицы видно, что при обработке предлагаемым способом получают субмикронную структуру в сочетании с высоким пределом прочности и текучести. Предел прочности повышается по сравнению с состоянием поставки более чем в 2 раза, а с известным способом в 1,7 раза предел текучести - в 4 и 2 раза соответственно.

, Таким образом, обработка предлагаемым способом позволяет существенно повысить прочностные свойства нержавеющих аустенитных сталей Fe-Cr-Ni при сохранении аустенитной структуры и, следовательно, расширить диапазон применения их в технике, сократив применение

специальных высокопрочных сталей.

Формула изобретения

Способ обработки аустенитных нержа- веющих сталей, преимущественно Fe-Cr-Ni, включающий закалку на твердый раствор, деформацию при отрицательной температуре ниже -100°С и последующий нагрев для обратного превращения мартенсита в аус- тенит, отличающийся тем, что, с целью повышения предела прочности и текучести за счет получения субмикронной структуры аустенита, предварительно перед закалкой проводят деформацию при 900-1000°С со степенью не менее 60%, нагрев до 630-

650°Сдля превращения мартенсита ваусте- нит производят непосредственно после деформации при отрицательных температурах,

Изобретение относится к металлургии и обработке давлением. Сущность: сталь системы Fe-Cr-Ni деформируют при 1000% со степенью Ј,60% и закаливают в воде, затем охлаждают при 196°С и деформируют. Обратное а - у-превращение проводят после холодной деформации при 630- 650°С. 1 табл.

Лр« оСраиотне по иЗоестнему способу нагрев при старении прочсркли в среде воздуха, нагрев 760 с ч нагрыз по предлагаемому с юсобу 620-660°С проьодили в соляной ванне