Способ сфероидизирующей термической обработки проката из углеродистых и легированных сталей Советский патент 1992 года по МПК C21D1/78 

Изобретение относится к области термической обработки проката из углеродистых и легированных сталей для получения в них карбидной фазы глобулярной формы .

Известен способ производства калиброванной стали для холодной высадки, включающий горячую прокатку, охлаждение со скоростью больше критической до 760- 500°С, охлаждение на воздухе, волочение со степенью 21-40% за один проход, отжиг при 550-700°С в течение 2-5 ч.

Недостаток приведенного способа - большая длительность операций термической обработки при получении сфероидизи- рованной структуры стали.

Известен также способ сфероидизиру- ющей термической обработки стали, преимущественно малоуглеродистой легированной конструкционной для точной чистовой вырубки, включающий охлаждение с температуры конца прокатки с заданной скоростью, при которой отсутствует

образование продуктов перлитного превращения, и отжиг при 650°С.

Недостаток приведенного способа - довольно длительная выдержка металла при температурах окончательного отжига, каф правило не менее 4 ч.

Известен способ сфероидизирующей обработки углеродистых и легированных сталей, включающий пластическую деформацию при температурах, на 50-120°С превышающих точку АС1, охлаждение до 650°С со скоростью 30-100°/ч, а затем на воздухе.

Недостаток приведенного способа - большая длительность процесса, в целом 1,5-3 ч получаемая значительная разнораз- мерность карбидных частиц, что неизбежно снижает технологические характеристики металла предназначенного для холодной высадки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и получаемому эффекту является известный способ сферои|f{We

дояпЪ

XI

о ел ю о ел

дизации карбидов в углеродистых и легированных сталях, включающий горячую прокатку, охлаждение до температур на 20-100°С ниже АС1, пластическую деформацию при этих температурах и отпуск при температуре 650-700°С.

Недостаток способа - значительная длительность осуществления обработки в целом. Приведенный недостаток обусловлен прежде всего формированием микроструктуры металла в процессе деформирования. Так, при однонаправленной деформации - прокатке сфероидизации подвергаются карбиды, которые имеют неблагоприятную ориентацию относительно результирующего вектора деформации.

Указанные карбиды разрушаются и в дальнейшем при температуре выдержки превращаются в глобули. Однако, в микроструктуре присутствует значительное количество благоприятно ориентированных карбидов в форме пластин, которые нераз- рушились при деформации, поэтому для сфероидизации их и предложена операция дополнительного отпуска 650-700°С.

Цель изобретения - сокращение времени обработки для получения полной сфероидизации цементита в стали и сохранение формы проката.

Поставленная цель достигается тем, что: 1) в известном способе, включающем горячую прокатку, охлаждение, деформацию, охлаждение на воздухе, охлаждение осуществляют со скоростью, предотвращающей распад аустенита по перлитному механизму до температуры на 101-170°С ниже Aci; 2) после охлаждения до температуры на 101-170°С ниже Ас1, сталь подвергают знакопеременной деформации изгибом; 3) изгиб осуществляют при отношении толщины проката к радиусу изгиба 0,5-1.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Прокат, например круг, после горячей прокатки подвергают охлаждению, которое в литературе называют двухстадийное и представляет собой охлаждение сначала до 800-900°С, а затем после выдержки 1-2 с со скоростью;предот- вращающей распад аустенита по перлитному механизму до требуемой температуры, что значительно снижает перепад температуры (по сравнению с одностадийным ох- лаждением)между поверхностными и центральными объемами металла. По предлагаемому способу требуемая температура на 101-170°С ниже АС1, далее сталь подвергают знакопеременному деформированию изгибом при этой температуре, причем отношение толщины проката (его диаметра) к радиусу изгиба должно составлять 0,5-1. После этой операции следует охлаждение на воздухе.

После горячей прокатки охлаждение до температур на 101-170°С ниже значения АС1 5 позволяет получить полностью аустенитную структуру металла при этих температурах, другими словами, в металле до деформирования отсутствуют объемы, претерпевшие распад аустенита по перлитному механизму

0 - отсутствие цементита пластинчатой формы. По сравнению с прототипом, снижение температуры, при которой осуществляют , деформирование, приведет к понижению устойчивости аустенита, следовательно рас5 пад его на феррито-цементитную начнется после более короткой инкубационной выдержки и будет протекать значительно быстрее.

Осуществление знакопеременного пла0 стического деформирования по сравнению с однонаправленной деформацией (прототип) приводит к полному разрушению выделившихся карбидов пластинчатой формы и, следовательно, к быстрой их сфероидизации. Обусловлено указанное положение

5 значительной изменчивостью ориентации результирующего вектора деформации при знакопеременном нагружении по сравнению с однонаправленной. Кроме этого, более равномерное распределение дефектов

0 кристаллического строения (при знакопеременной деформации) приводит и к более равномерному распределению скоростей динамических рекристаллизации и сфероидизации структурных составляющих и, как

5 следствие этого, структуры в целом. Поэтому, по сравнению с прототипом, по предлагаемому способу отпадает необходимость в проведении дополнительного отпуска при 650-700°С.

0 Величина деформации при знакопеременном деформировании, оцениваемая отношением толщины проката к радиусу изгиба 0,5-1, достаточна для введения требуемого количества дефектов кристалличе5 ского строения для получения сфероидизированной структуры цементита в стали. Указанный интервал отношения 0,5- 1, из-за существования при изгибе перепада степени деформации от поверхностных

0 слоев к центральной зоне и разделенных нейтральной линией, обеспечивает перекрытие зон (сжатия и растяжения), что неизбежно приведет к проработке всего сечения металла. Если же осуществлять знакопере5 менный изгиб при отношении менее 0,5, перекрытия пластических (растянутых и сжатых) зон не будет и в осевых (центральных) областях деформация будет недостаточна для эффективного протекания

сфероидизации - следствие этого неравномерность структуры. Отношение более 1 - нетехнологично.

Уменьшение отклонения температуры относительно Aci до значения менее чем 101°С из-за значительной длительности ин- кубационного периода будет сопровождаться удлинением времени обработки в целом.

При осуществлении деформирования при температурах более чем на 170°С отно- сительно точки Ас1 из-за ускорения процессов распада аустенита наблюдаемая неоднородность распределения скорости сфероидизации по сечению металла приведет к увеличению времени обработки и к необходимости как по прототипу введения дополнительной операции - отпуску при 650-700°С.

При деформировании знакопеременным изгибом при отношении диаметра (тол- щины) проката менее 0,5 недостигается требуемая величина деформации и равномерность ее по сечению металла для полной сфероидизации цементита.

При отношении более 1 возникают трудности технического характера - существенно возрастают нагрузки при протяжкз проката (из-за результирующей силы трения) до таких значений, что может наблюдаться разрушение металла.

Поэтому осуществляя деформирование знакопеременным изгибом вместо однонаправленной деформации при температуре, несколько низкой чем по прототипу, получаем снижение длительности обработ- ки в целом и отказываемся от операции отпуска при 650-700°С.

Пример 1. Сталь листовую, содержащую 0,39% С, 1,69% Мп, 1,1% Si, 1,2% Со после горячей прокатки при 950°С на тол- щину 3 мм подвергали охлаждению со скоростью 295 град/с до температуры 626°С (на 101°С ниже Aci), далее следовал знакопеременный изгиб при этой температуре при отношении толщины проката к радиусу изгиба 0,5 (радиус изгиба 6 мм). Анализ микроструктуры показал достижение сферои- дизированной структуры цементита за 0,5 с.

Пример 2. Сталь, содержащую 0,3% С, 1,51% Мп, 0,89% Si, 1,1% Сг, после горя- чей прокатки при 985°С на диаметр 8 мм

подвергали охлаждению со скоростью 301 град/с до температуры 557°С (на 170°С ниже Aci), далее следовал знакопеременный изгиб при этой температуре при отношении диаметра проката к радиусу изгиба 1 (радиус изгиба 8 мм). Анализ микроструктуры показал достижение сфероидизированной структуры цементита за 0,8 с.

Пример 3. Сталь, содержащую 0,28% С, 1,7% Мп, 1,33% Si, 0,83% Сг после горячей прокатки при 995°С на диаметр 6 мм, подвергали охлаждению со скоростью 323 град/с до температуры на 110°С ниже АС1 (617°С), далее следовал знакопеременный изгиб при этой температуре при отношении , диаметра проката к радиусу изгиба 0,99 (радиус изгиба 6,06 мм). Время сфероидизации составило 1 с.

Пример 4. Сталь, содержащую 0,4% С, 1,8% Мп, 1,9% Si, 1,1% Сг, после горячей прокатки при 948°С на диаметр 7,7 мм подвергали охлаждению со скоростью 350 град/с до температуры на 105°С ниже АС1 (622°С), далее следовал знакопеременный изгиб при этой температуре, при отношении диаметра проката к радиусу изгиба 0,7 (радиус изгиба 11 мм). Время сфероидизации составило 0,9 с.

Таким образом, как следует из примеров применения предлагаемого способа обработки стали последний позволяет сократить время получения сфероидизированной структуры цементита до 0,5-1 с. По сравнению с известным способом устраняется дополнительный отпуск при 650-700°С.

Формула изобретения

Способ сфероидизирующей термической обработки проката из углеродистых и легированных сталей, включающий горячую прокатку, охлаждение, деформацию и окончательное охлаждение на воздухе, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что, с целью сокращения времени обработки при обеспечении полной сфероидизации цемента в стали и сохранении формы проката, охлаждение выполняют со скоростью, предотвращающей распад аустенита по перлитному механизму до температуры АС1 101-170°С, деформацию осуществляют знакопеременным изгибом при отношении толщины проката к радиусу изгиба 0,5-1,0.

Использование: изобретение используется при термической обработке проката из углеродистых и легированных сталей для получения в них карбидной фазы глобулярной формы. Сущность: прокат, например круг, после горячей прокатки подвергают охлаждению со скоростью, предотвращающей распад аустенита по перлитному механизму до температуры на 101-170°С ниже АС1, далее сталь подвергают знакопеременному деформированию изгибом при этой температуре, причем отношение толщины проката (его диаметр) к радиусу изгиба должно составлять 0,5-1, окончательное охлаждение выполняют на воздухе.