Способ термической обработки слитков Советский патент 1982 года по МПК C21D1/78 

Изобретение касается термической обработки слитков из сталей лецебуригного класса и может быть использовано для повышения уровня технологической пластичности быстрорежущих сталей при горя чей аеформации. Известен способ ступенчатой высокотемпературной обработки слигкоа инструментальных сталей с целью уменьшения карбицной неоцнороцности и повышения пластичности. Согласно способу холодные слитки поовергаются ступенчатому нагреву ао температур на 2О-ЗО°С ниже тем ператур неравновесного солицуса, выаерживают при этих температурах 2 ч, охлажцают ао температуры горячей аеформации, выцерживают при этой температуре 2 ч, затем подвергают деформации Или замецленно охлаждают tl . Недостатком этого способа является опасность перегрева и пережога слитков п выдержке в области подсолицусньос температур, что может привести к снижению пластичности и, вследствие сгабилизаДИН карбидной фазы, ухудшить служебные свойства стали. Кроме того, способ характеризуется большой потерей металла на окалинообразсжание и ограниченность промышленного применения иэ-за отсугствия специального термического оборудования (например, в методических нагревательных печах и обычных термических печах этот процесс осуществить нельзя). Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ термической обработки слитков из быстрорежущих сталей, относящихся к ледебуритному классу, включающему замедленное охлаждение с температуры криствллизацин и последующий изотермический отжиг по режиму: нагрев выше 20бО С, выдержку, охлаждение со скоростью 4О град/ч до 750С, выдержка до завершения распада аустенита и послецующае охлаждение с аналогичной скоростью до ЗООС 21 . Недостаюк известного способа заключается в том, что он не обеспочивает су 390 щесгвенного повышения пласт-гчЕости лигой стали и улучшения цеформируемости слитков при горячей обработке цавлением. Это связано с низкой температуро аустенизации и проявлением структурной насхюаотвенности при образовании аустени га в процессе нагрева холоцных слитков, имеющих после замеаленного охлаж цения мартенситную или мартенсито-сорбитную структуру. Температура аустенизации 8 при изотермическом отгкиге недостаточна цля развития аиффузионных процессов, контро-лирутощих карбидны реакции в метастабильных вторичных (матричных) карбидах NASnC. Поэтому в сталях тиш P6MS я Р6М5К5 сохраняЬтся неодаороаность вторичных карбнаоБ по || зовому сосгаву (МблС ), которая не полностью устраняется при нагреве слитков перец аеформацией я созцаег цополнительную неоанороцность твераого раствора (аусгенига). В случае проявления структурной наслецственностн в слитках, нмеюшйх нсхоцную мартенситную или сорбйто-маргенсит ную структуру в результате грацнентного нагрева в промышленных печах формируется неоднородная аустенитная сгрукгура Это связано с тем, что при рпрецеленных скоростях нагрева в участках с мартенситной структурой аустенит образуется п бёацйффузионному механизму с воссганов лением исходного зерна, а в участаах с сорбитовой структурой фазовое превревщение сопровождается перекристаллизацией (нормальный механизм) с образованием мелкокристаллического аустенита. В результате этого при нагреве под пластическую деформацию в слитках созо,аются области с различной диффузионной способ ностью и различными свойствами твердого раствора. Как фазовая, так и структурная неоднородность вызывает неравномерность МйК родеформаций и рекристаллизационных процессов и ухудшает пластичность стали при горггчей обработке давлением. Цель изобретения - повышение технологической пластичности при горячей обработке давлением. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки слитков, включающем замедленное охлаждение с температуры кристалт1задии н изотермический отжиг, в процессе заMeartteHBoro охлаждения слитки выдерживают при MH +{20О-400)°С до выравнивания температуры по сечению, после 7 7 40®С чего и выаерн а грев а ют ао нсивают ао завершения перлитного превращения, нагревают до i,e:,j+(4O-19О)°С и охлаждают цо температуры изотермического отжига. Прецварительная перлнтизация слитков предотвращает проявление структурной наслецсгвенности при нагреве их в аустенитную обгисгь, благодаря 4eMyd- превращение протекает с фазовой перекристаллизацией, приводящей к измельчению первичного зерна аустеннта я формированию однородной зеренной структуры твераого раствора. Температура выдержки в прсцессе за- меаленного охлаждения Мн +(2ОО-4ОО)С обусловлена тем, что ниже Мц+2ООс возможно начало мартенситного превращения в джквационных участках, а вьпие Мц- -4ООС резко уменьщается температурный градиент, стимулирующий выравнивание температуры по сечению слитка. Нагрев цо 72О 74ОС и выдержка необходимы аля завершения перлитного превращения переохлажценного аустенита. Повыщение темперагзфы аустенизации при отжиге аоАс-- -(4О-19О)С обеспечивает интенсивное протекание карбидных реакций во вторичных карбицвх, в результате чего их фазовый состав становится более однородным. При этом также ускоршотся процессы распада метасгабильных эвтектических карбидов при нагреве под горячую аефсфмацию, что улучшает их пластические свойства. Температура аус- тенизацни AC-J- C 4О-190) С выбрана исхоая КЗ того, что, во-первых, в зависимости ог марки быстрорежущей стали меняетс;й устойчивость карбидных фаз и ях превращение протекает при разных температурах. Наггрймер, в стали Р6М5 карбидное превращение вторичных карби аов интенсивно развивается пря температуре Ас.5+(4О-8О)С, а для стали Р6М5ФЗ, имеющей более устойчивые карбиды, требуется температура С и выше. Во-вторых, температура отжига должна обеспечивать высокую диффузионную подвижность атомов углерода и карбидообразующих элементов, участвующих в карбидных реакциях, но не вызьшать опасности перегрева стали. Верхняя граница выбранного интервалаАс.з+190®С на ЮОС ниже температуры неравновесного comioyca и не вызьявает опасности перегрева стали. Повышение температуры аустеннзаци более АС|Ц-190 С увеличивает пластичность, номожет привести к перегреву лигой стали в ликвационных участ590ках. Кроме того, охлпжаони: литой стали ао этих температур препятствует релаксации структурных дефектов кристаллизации и понижает устойчивость аустенита в перлитной области. В результате термической обработки литой быстрорежущей стали (слитков) по предлагаемому способу достигается вырав;нивание фазового состава матричных кар бицов, измельчение первичного зерна аустенита и понижение термической стабильноети эвтектической карбидной составляющей. В комплексе эти факторы повышают циф,|(узионную. способность матрицы, способствует более равномерному протеканию микроаеформаций в металлической основе и эвтектических карбидах в результате чего возрастает общая пластичность стали и улучшается деформируемость слитко Преалагаемый способ опробован на сталях Р6М5, Р6М5К5, Р6М5ФЗ и др. В лабораторных условиях выплавляют и отливают в квадратные слитки лабораторные плавки стали Р6М5К5 массой 50 кг. Извлеченнью из изложниц слитки подвергают термообработке по известному и по предлагаемому способу. Затем из них изготавливают образцы и испыты вают на горячее кручение на установке СМЗТ-Ют. Температура испытания - : зо (116О С, выдержка 2О мин. Ппастичность стали характеризуют числом оборотов до разрушения обрааха. Результаты испытаний показывают, что применение термообработки литой стали по прецлагаемому способу повышает ее пластичность на ЗО-40%. В промышленных условиях по предлагаемому способу проводят термообработку слитков массой 115О кг сталей Р6М5К5 Р6М5 и Р6М5.ФЗ промышленных плавок. После стрнпперования спитки юмешают. в подогретую термическую печь емкостью 25 т, выдерживают 2 ч при 400-50О®С, повышают температуру до 720-740 С, выдерживают для пеолитизации 8 ч, затем 97.6 повышают температуру цо 92О-97О С (в зависимсх;ти от ма{жн стали), выцерживают аля аусгенизации 6 ч, охлаждают до 740±20-С, выдерживают 6 ч и сМсокчательно охлажаают с отключенной печью 8 ч. Часть плавок поавергают термообработке по предлагаемому способу с разделением операции перлитизации, что повышает технологичность процесса и гфиаает ему необходимую маневренность, и ооследующего отжига в условиях гфоизвоаПрименение предлагаемого способа для термической обработки слитк ж иромьпиленных плавок сталей Р6М5, Р6М5ФЗ и Р6М5К5 позволяет повысить выхоа гоцного на блюминге на 5,8 и 12% соогвегственно. Формула изобретения Способ термической обработки слиткой преимущественно из сталей ледебуритного класса, включающий замедленное охлаждение с температуры кристаллизации и изотермический отжиг, от лишающийся тем, что, с целью повышения технологической пластичности 1фи Горя- обработке давлением, в процессе аамедленного охлаждения слитки выдерживают при Лц+(200-400)С до выравнивания температуры по сечению, после чего нагревают до 72О-74О С и выдерживают цо завершения перлитного преврЕице- ния, нагревают доАс2,+(40-190)С и охлажцают до температуры изотермическо|г го отжига. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 281514, кл. С 21Г 1/78, 1968. 2. Райцес В. Б. Термическая обработка на металлургических заводах. Металлургия, 1971, с. 14-18.