Способ механико-термической обработки нержавеющих ферритных сталей Советский патент 1993 года по МПК C21D8/00 

Изобретение относится к области термической обработки металлических материалов в сочетании с обработкой давлением и может быть использовано в электротехнической промышленности, судовом и энергетическом машиностроении при производстве трубопроводной электромагнитной арматуры и исполнительных механизмов систем управления и защиты (СУЗ) атомных электростанций .

Целью изобретения является повышение уровня физико-механических свойств и коррозионной стойкости обрабатываемой стали и надежное обеспечение требуемых тяговых характеристик элетро- магнитных сборок.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем нагрев до температуры отжига, выдержку и охлаждение, перед отжигом осуществляют холодную пластическую деформацию, состолцую в предварительном наклепе метгллс) на , отжиг металла проводят при температуре 750+10 С в течение 2-2,5 час, охлаждение после от- ,ига.

Предлагаемый способ механико-термической обработки высокохромистой Лерритной стали осуществляют следующим образом:

Наклеп со степенью деформации ,,

00

Ю

ю

|5ь СА)

CJ

Нагрев до температуры 750i10 С,

Выдержка при этой температуре в течение 2-2,5 ч,

Охлаждение в воде,

Проведение предварительной пласти ческой обработки в интервале критической степени деформации (6-8%) ока зывает существенное влияние на улучшение целого комплекса важнейших физико-механических свойств, во многом определяющих работоспособность магни томягкой ферритой стали (02X16МТ) в конструкции магнитопроводов различных исполнительных устройств и механизме .

Предварительный наклеп стали со структурой хромистого феррита при де Формации 6-8 способствует, как пока зали электронно-макроскопические исследования, формированию оптимальной гонкой структуры металла с плотностью дислокаций в приграничных областях 5 Ю9 - 5 10ю см-1. При образующейся дислокационной структуре метал ла скрытая энергия наклепа способствует преимущественному развитию процесса роста зерна по механизму слияния то при завершении рр рьстзплиза- 1,иои1 обрабо1чп обеспечивает тре- i/yeruiM yp i f нь iWrtHt MI in фитико-механи-it citu зоиств стали. i

При мглой степени деформации (j- Mai. пгчость чсрмограмцчных об- iтс ТРИ дефектами кристаллического г трем П ; . ьм.) езничитопьнг и по- JT / Гг с зани0 норы сюбо,г и х (р де1) 1 оч рекристаллизациоиних зе- р м д ь , значительного , с тгч ,1 .u r iq в свободней .iriiH. РМЧТОМУ при налои гепени дсфьоиа , in первичная рекристаллиза- си VK ,rt г ч/смо i с i пли при заявленной температуре ттжига трудноосуществима и замотнт о роста тг-рнэ при зторич- ной рекрмстчллизации прикгичегки не нпблп е т ел.

Гри более вь ссчих, по сравнению с yi г;чп11ьыми в Формуле изобретения, степенях деформации ( б ) наблюдается осуцоствленное изменение убструк- туры металла, возрастает число участков и с повышенной плотностью дефектов кристаллического строения ( pi -. 10I( и, следоватепьно, увеличивается вероятность зарождения цент ров рекристаллизации. При этом скорость образования рекристалли овзн- нь х зародышей нередко превышав ско

рость их роста, что предопределяют формирование неоднородной разнозер- нистой структуры и оказывает после дующее влияние на ухудшение всего

о

комплекса заданных структурно-чувствительных физико-механических и служебных характеристик.

Известно, что одним из наиболее

д частых и опасных видов коррозионного разрушения высокохромистых ферритных сталей и сплавов является их повышенная чувствительность к межкристаллизационной коррозии (МКК). Поэтому реЈеляющее значение для подавления склонности этой группы материалов к МКК имеет правильный выбор режима термической обработки.

Выбранный режим последующей тер20 мической обработки () обусловлен тем, что при этой температуре наиболее полно протекают рекристалли- зационные и диффузионные процессы. Незначительные колебания величины температуры нагрева в интервале - 10°С обусловлены неточностью показаний температур и находятся в пределов погрешностей измерений. Указанная температура отжига выбрана с уче30 том наиболее активногр образования и выделения специальных карбидс.1 титана (Tic), определяющих высокий уровень коррозионной стойкости металла и, в маетности, подавление склонности к

35 МКК.

Изучение влияния температуры нагрета на структуру металла и состав выделяющихся Лаз подтвердило, что наиболее оптимальной обратной, с точ40 ки зрения надемного беспечения стойкости исследуемой стали против меж- кристаллитного растрескивания, является отниг в интервале температур 750f10 С. Обработка стали при тем45 пературах вне пределов, указанных в формуле изобретения, существенно ухудиает служебные характеристики стали и приводит металл в состояние, повышена и чувствительности к МКК.

5Q Как показали металлографический и карбидный анализы, одной из причин, вызывающей повышение склонности стали к межкристаллитной коррозии, является выделение по границам зерен

.... после нагрева при более низких или

55 с

более высоких температурах, по сравнению с заявляемым способом, высокохромистых карбидов типа r,Lg и нитридов , что приводит t обеднению

51827

по хрому приграничных областей и повышению электрохимический гетерогенности структуры.

Одним из отличительных признаков к способа является то, что длительность выдержки при нагреве составляет 2,0- 2,5 час вместо 16 мае. Такой режим нагрева продиктован тем, что за этот отрезок времени успевают пройти не- fQ обходимые рекристаллизационные и диффузионные процессы, в результате которых формируется оптимальная структура полиэрического хромистого феррита, обеспечивающая высокий уровень 15 всего комплекса заданных свойств материала. При этом углерод, находящийся в твердом растворе, практически весь связан в специальные мелкодисперсные карГпды титана, что обеспе- 20 чивает равномерное распределение хрома по всему объему зерна и полное подавление склонности стали к МКК. Как показали металлографический и микро- рентгеноспектральный анализы образ- 25 цов, прошедших выдержку по известному способу, структура стали характеризуется развитым процессом коагуляции карбидов и снижением в приграничных областях содержания хрома за счет 30 образования и выделения высокохромистых избыточных фаз типа карбидов и нитридов хрома. Наблюдаемая при этом разнозернистость и элетрохимическая гетерогенность стали активизирует снижение таких ее важных структурно- чувствительных характеристик,как сопротивление МКК и хрупкому разрушению (Ткр и KCv), во многом определяющих работоспособность конструкции магнитопровода в условиях ударного и циклического нагружения, а также при длительной эксплуатации в корро- зионно-активных средах.

Важное значение в способе обработ- 45 ки имеет скорость охлаждения стали после операции рекристаллизационного отжига. Все легированные стали и, а частности, высокохромистые композиции проявляют повышенную чувстви- 50 тельность к отпускной хрупкости и при медленном охлаждении на воздухе переходят в охрупченное состояние, в результате чего сопротивление металла хрупкому разрушению существенно по- 55 нижается. Включение в заявляемый способ обработки операции быстрого охлаждения металла в воде с температуры отжига предотвращает развитие от35

40

7

к Q 5 0 5 0

5 0 5

5

0

IIб

пускной хрупкоетм и является также епс одним отличительным признаком. Такая дополнительная операция позволяет полностью подавить отпускную хрупкость стали и сохранить на достаточно высоком уровне ее пластичность и ударную вязкость. Гри этом порог хладоломкости (ТКр i, характеризующей сопротивление стали хрупкому разрушению, смещается в область отрицательных температур (табл. 2), что имеет исключительно важное значении для повышения надежности и работоспособности материала в конструкции приводных механизмов С43 томных элект ростанций.

Применение способа обработки при производстве судовой электромагнитной арматуры и электромагнитных приводов исполнительных механизмов СЧЗ АЭС позволяет повысить эксплуатационную надежность и ресурс работы судового и энергетического оборудования. В этом случае вероятность безотказной работы электромагнитных сборок приводных механизмов составляет не менее 0,995. Общий экономический эффект от использования предлагаемого способа обработки составляет 30-50 тыс.руб. на одно изделие.

Заготовки для изготовления образцов и шлиЛов прокатывались на обжимном стане ДУО-210 с различной степенью деформации (3-15) при скорости прокатки 0,3 м/с. Металл после прокатки подвергался рекристаллизацион- ному отжигу в интервале температур 550-850°С с последующим охлаждением в воде, а также физико-химическим и электронно-микроскопическим исследованиям. Установлены основные Лизико- механические свойства и характеристики, определяющие работоспособность материала в конструкции электромагнитного привода. В табл. 1 представлен состав стали 02Х16МТ, поставляемой по ОСТ 6,, на которой было проведено экспериментальное опробование заявляемого способа, в табл.2 - результаты обработки заявляемым и известным способами.

Формула изобретения

Способ механико-термической обработки нержавеющих ферритных сталей, включающий наклеп, отжиг с выдержкой и охлаждение в воде, отличающ и и с я тем, что, с целью повыше- нил магнитных свойств, сопротивления хрупкому разрушению и межкристаллитной коррозии, наклеп ведут со степенью деформации 6-8%, отжиг проводят при 750110°С с выдержкой 2,0-2,5 ч.

Использование: изобретение относится к термической обработке нержавеющих сталей и сплавов в сочетании с обработкой давлением и может найти широкое применение в судовом и энергетическом машиностроении. Сущность: заготовки для изготовления образцов и шлифов прокатывались на обжимном стане ДУО-210 с различной степенью деформации (3-15%) при скорости прокатки 0,3 м/с.Металл после прокатки подвергался рекристаллизационному отжигу в интервале температур 550-850°С с последующим охлаждением в воде, а такие физико-химическим и электронно- микроскопическим исследованием. 2 табл. Ј

Таблица 1

Химсостав ферритной стали 02Х16МТ, на которой проведено опробование заявляемого

способа обработки

Результаты обработки стали 02XJ6MT предлагаемым и известным способами

соответствии с -рс ооаниями ГОСТ ISOSB- - 1. Результаты механических испытаний усреднены по образцам на точку. Орэкгографический анализ поверхности излома образцов, проведенный методом сканирования на растровом электронном микроскопе показал, что доля вязкой составляющей в зоне разрушения образцов, обработанных заявляемым способом, в 2-3 раза больше, нем в образцах пес.1 и обработки известным способом.

Оценка склонности металла к жкристаллитной коррозии (МКК) производилась в соответствии с требованиями ГОСТ бОЗ -б1).

Таблица 2