Способ термической обработки углеродистых аустенитных сталей Советский патент 1981 года по МПК C21D6/00 C21D1/78 

(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ УГЛЕРОДИСТЫХ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ

1

Изобретение относится к металлургии черных металлов, в частности к способам термической обработки металлов, и может быть использовано для термической обработки заэвтектоидных сталей, преимущественно метастабильных углеродистых аустенитных сталей, например среднемарганцовистых сталей, содержащих 0,8-1,4% углерода; 5-9% марганца и другие компоненты.

Метастабильные углеродистые аустенитные стали значительно превосходят по износостойкости стабильные стали и являются более экономичными из-за пониженного содержания в них стаби лизирующих аустенйт легирующих компонентов. Так, Метастабильные марганцовистые углеродистые стали с 5-9% марганца имеют износостойкость в условиях ударно-абразивного изнашивания в г,5-2,О раза выше, чем стабильные высокомарганцовистые стали, содержащие более 10% марганца (например .ст. 110 Г 13Л}. Однако недостаточная пластичность и вязкость метастабильных сталей ограничивает применение их в промышленности.

Существующие способы закалки Llj позволяют получить необходимую вязJKOCTb и пластичность, только для

стабильных сталей путем формирования аустенитной или аустенитно-карбидной структуры с устойчивым аустенитом. Наличие устойчивого аустени5 та обеспечивает необходимую вязкость и пластичность, но снижает износостойкость стали. Формирование же в качестве основы строения стали .неустойчивого аустенита известными

О способами термообработки хотя и приводит к повышению износостойкости, но снижает вязкость и пластичность. Поэтому эти способы термообработки не обеспечивают необходимую вязкость

15 и пластичность метастабильных сталей, имеющих в качестве основы строения неустойчивый аустенйт.

Таким образом, извес гные способы термообработки не позволяют получить

20 стали с необходикяым сочетанием пластичности, вязкости и износостойкости в условиях ударно-абразивного изнашивания. Мезвду тем наличие способа термообработки, обеспечивающего

25 повышение пластичности и вязкости метастабильных углеродистых сталей со структурой неустойчивого аустенита, позволяет получить необходимое сочетание пластич/юсти, вязкости и износостойкости.

Наиболее близким к предлагаемому является способ термической обработки углеродистых аустенитных сталей, преимущественно высокомарганцовистых, включающий двойной отжиг, второй из которых проводят при температуре, превышающей на 50-80°С температуру А, и закалку на аустенитнокарбидную структуру. При этом первый отжиг проводят при температуре на 100-1бО°С ниже А, а после второго отжига стальзакаливают на мартенситнокарбидную структуру. Этот способ термообработки позволяет получить в углеродистых аустенитных сталях, преимущественно в высокомарганцовистых, аустенитно-карбидную структуру с метастабильной аустенитной основой. Получение метастабильной основы у высркомарганцовистых (стабильных) сталей обеспечивают за счет обеднения аустенита марганцем и углеродом, которое производят в процессе термообработки путем перевода этих элементов в карбиды. Наличие метастабильного аустенита в основе строения стали повышает износостойкость за счет того, что метастабильный аустенит обеспечивает упрочнение поверхностных слоев стали в процессе изнашивания в значительно большей степени, чем стабильный, особенно с обогащением аустенита углеродом и обеднением марганцем. Это связано с тем, что метастабильны аустенит при деформации подвергается не только наклепу, как это происходит со стабильным аустенитом, но и, в отличие от него, превращается частично в высокотвердую и износостойкую d -фазу, называемую мартенситом деформации, и тем полнее, чем больше в нем углерода и меньше марганца Наличие метастабильного аустенита обусловливает повышение твердости поверхностных слоев стали при деформации их в процессе изнашивания и этим повышает износостойкость стали 12.

Однако данный способ получения метастабильного аустенита, а также наличие в строении карбидов придает ей низкую пластичность и вязкость и этим не обеспечивает необходимое сочетание пластичности, вязкости и износостойкости стали для условий ударно-абразивного изнашивания.

Цель изобретения - повышение платичнс сти и вязкости стали в сочетании с износостойкостью для условий ударно-абразивного изнашивания.

Эта цель достигается тем, что согласно способу, включающему изотермический отжиг,который проводят при температуре на 100-1бО°С ниже температуры А и закалку, сталь после изотермического отжига охлаждают до температуры окружакяцей сред со скоростью 150-200 град/ч в район

температур 350-200°С, затем сталь нагревают под закалку до температуры А с-1(350-450)° С со Скоростью 1801200 град/мин, а закалку стали проводят в период первичной рекристаллизации аустенита.

Изотермический отжиг при температуре на 100-160°С ниже AC-I обеспечивает распад аустенита на oL-фазу и карбиды. Охлаждение до температуры окружакицей среды обеспечивает даль.нейшее превращение нераспавшегося обедненного углеродом и марганцем остаточного аустенита в бейнит и мартенсит. При этом бейнитное превращение достигается за счет снижения скорости охлаждения до 150-200 град/ч в области температур промежуточного превращения 350200 0. 5олее низкая скорость охлаждения не приводит к существенному повышению количества бейнита, но значительно увеличивает продолжительность термообработки.

При температуре выше 350°С, а также в области температур мартенситного превращения ниже 200°С скорость охлаждения не лимитируется. Распад аустенита в процессе изотермического отжига, а также превращение нераспавшегося остаточного аустенита в бейнит и мартенсит при охлаждении стали до температуры окружающей среды позволяет осуществить полную фазовую перекристаллизацию первичных зерен аустенита путем обратного превращения этих продуктов распада бейнита и мартенсита в аустенит при дальнейшем нагреве под закалку, т.е. по схеме аустенит - продукты распада (oL-фаза и карбиды) + + бейнит + мартенсит - аустенит.

Ускоренный нагрев сгтали под закалку со скоростью не менее 180 град/мин до температуры A.j. + н- (350-450) С позволяет избежать протекания вышеуказанного обратного фазового превращения при температуре АС АС, и тем самым осуществить его в области надкритических температур стабильного состояния аустенита. Это обусловливает протекание первичной рекристаллизации аустенита наличие которой позволяет разрушить структурную наследственность, т.е. ориентированную кристаллизацию аустенитных зерен по отношению к первичному зерну, и получить мелкокристаллический излом с высокой степенью измельчения первичного аусте.нитного зерна (на порядок выше исходного) . Это приводит к рафинировке структуры и повышению механических свойств, в том числе пластичности и вязкости сталей. Однако нагрев со скоростью более 1200 град/мин приводит к образованию микротрещин в местах концентратов напряжений изделия.

Закалку стали проводят в период первичной рекристаллизации аустенита, что обеспечивает получение мелкокристаллического излома и измельчение аустенитных зерен и этим улучшение механических свойств стали. Вьщержку стали перед закалкой при температуре А, + (350-450) С oijpaничивают продолжительностью периода первичной рекристаллизации. Дальнейшее увеличение ее приводит к собирательной рекристаллизации аустенита, вызывающей укрупнение аустенитных зерен.

Закалка заэвтектоидных сталей по предлагаемому способу термообработки обеспечивает, в зависимости от химсостава стали и продолжительности нагрева ее под закалку, получение структур на основе аустенита или мартенсита как без карбидов, так и при наличии незначительных количеств карбидной фазы.

Пример осуществления способа. Берут, например, метастабильную аусте-

Предлагаемый 10,6

Известный 5,0

Обработанная предлагаемым способо сталь по сравнению с известным имеет более чем в два раза выше пластичность и вязкость. При этом предлагаемый способ несколько повьииает износостойкость стали в условиях ударно-абразивного изнашивания, несмотря на отсутствие карбидной фазы (или незначительное содержание ее) в строении стали. Наличие карбидной фазы хотя и снижает пластичность и вязкость стали, но увеличивает износостойкость ее.-Однако образование карбидов в значительной степени обедняет аустенитную основу углеродом, что снижает износостойкость стали. Поэтому образование карбидов известным способом не приводит к значительному повышению износостойкосГти стали. Износостойкость стали определяется в основном свойствами аустенита, представляющего основу (более 90%) в строении стали. Предлагаемый способ термообработки обеспечивает повышение износостойкости как за счет получения метастабильного аустенита, обогащенного углеродом, так и определенных

нитную углеродистую сталь, со|1ержащую, вес.%:

1,2 1,2 7,0 2,0 Остальное

и подвергают ее изотермическому отжигу при 570°С 5 ч при распаде аустенита на с1-фазу и карбиды. Затем сталь охлаждают в печи до 200°С со скоростью 180 град/ч и в дальнейшем на воздухе до температуры окружающей среды для превращения нераспавшегося аустенита в бейнит и мартенсит. Затем для обеспечения обратного фазового превращения продуктов распада аустенита, бейнита и мартенсита в аустенит, сталь нагревгиот со скоростью 200 град/мин до , выдерживают 3 мин и закаливают в воде н аустенитную структуру.

Результаты термообработки приведены в таблице.

14,5 1,06 Мелкозернистая

аустенитная

7,1 1,00 Мелкозернистая

аустенитнокарбидная

40 условий его формирования. Наличие такого аустенита: в строений стали обеспечивает образование мартенсита в поверхностных слоях стали при деформации их в процессе изнашивания. от действия динамических нагрузок, что повышает твердость поверхностных слоев и этим увеличивает износостойкость стали при абразивном изнашивании .

Таким образом, предлагаемый способ термообработки обеспечивает увеличение пластичности и вязкости в два и более раза в сочетании с износостойкостью стали для условий ударно-абразивного изнашивания, т.е. позволяет получить необходимое соетание пластичности, вязkocти и износостойкости.

60

Формула изобретения

Способ термической обработки углеродистых аустенитных сталей, преимущественно метастабильных, вклю65каннйий изотермический отжиг при температуре на 100-160 С ниже АС, и закалку, отличающнйся тем, что, с целью повышения пластич,ности и вязкости при сохранении износостойкости в условиях ударноабразивного изнашивания, сталь после изотермического отжига охлаждают в интервале температур 350-200°С,со скоростью 150-200 град/ч и нагревают под закалку со скоростью 1801200 град/мин до температуры на 350-450 С вьиде АС . Источники информации-, принятые во внимание рри экспертизе 5 ГОСТ 2176-67. орское свидетельство СССР №444819, кл. С 21 D 1/78, 1973.