Способ термомеханической обработки стали ферритного класса Советский патент 1983 года по МПК C21D9/08 

(5) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ ФЕРРИТНОГО КЛАССА

, - 1 ,... Изобретение относится к металлургии, в частности к термомеханической обработке окалиностойкйх хромистых сталей ферритного класса, и может быть использовано при производстве проката для химического и нефтяного машиностро;ения, автомобиле- и судостроительной, энергетической и ядерной промышленности, а также для любой другой отрасли техники, где требуются недорогие материалы с повышенной жаростойкостью и пластичностью.

Известны способы улучшения коррозионных и пластических свойств легированных сталей, не склонных к охрупчиванию. Способы включают горячее деформирование с термообработкой и без нее и повторную пластическую деформацию в области температур ниже температуры рекристаллизации.

Так, для повышения жаростойкости котельных сталей перлитного класса предложено теплое деформирование при температуре на 200-300 С ниже температуры рекристаллизации и относительном обжатии 8-13 затем отжиг в защитной атмосфере в течение 6-10 ч tl 1

Однако такие условия непригодны для высокохромистой стали ферритного класса, при малых относительных обжатиях они не снижают дефектность стали после термообработки и не улучша1от пластичность.

Для придания коррозионностойкой метастабильной стали аустенитного класса равномерного удлинения, высокой прочности, ударной вязкости, коррозионной стойкости предусматривают деформацию при температурах от 200 С до температуры рекристаллизации 12 .

Довольно широкий температурный интервал деформации и малые относительные обжатия не сохраняют стабильность поверхностных свойств и не повышают вязкость высокохромистой стали, которая требует других температурных режимов динамического разупрочнения. Для повышения способности нержавеющей стали феррито-мартенситного клас са к глубокой вытяжке известен способ согласно которому горячекатаная полоса деформируется при 450-700°С с относительным обжатием 15-50 и подвергается непрерывному отжигу 3 В данном температурном интервале деформаций частично могут быть улучшены поверхностные свойства, но относительные обжатия для получения удовлетворительных вязких и пластических свойств в высокохромистых сталях недо статочны. Таким образом, выбор температуры теплого деформирования обусловлен химическим составом стали, исходным состоянием подката. Сведения о возможности одновременного улучшения повёр хностных и пластических свойств окалиностойких хрюмистых сталей ферритного класса теплым деформированием отсутствуют. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ термомеханической обработки стали ферритного класса, который с целью повышения ударной вязкости стали включает горячую пластическую деформацию, последующее деформирование при температурах ниже температуры рекристаллизации со степенью относител ного обжатия не менее 0 ij } Однако при известном способе дефор мацию рекоменд.уют проводить в узком интервале температур, трудно осуществимом в производственных условиях. Предложенная область температур деформации не вызывает улучшения поверх ностных свойств стали. Потери металла при окислении 800-1100°С близки к горячему деформированию: привес после, деформирования при 700°С составляет 0,22-1, мг/см2, при 900-1200°С 0,27-1,75 мг/см. Возможно, это связано с ростом текстурованности и плотности дислокаций в структуре после высокотемпературной деформации и термообработки. Способ разработан для исходной мелкозернистой структуры стали, требующей специальной обработки заготовок. Данная температура деформирования для разнозернистой высокохромистой стали с условным размером зерна 0150 мм (балл 6-2 дает понижение удар ной вязкости пр1И температуре испытания минус -60°С до 0,5 кгм/см , а после старения при +75°С в течение 1-2 ч до 2 кгм/см2 (комнатная температура испытания). Целью изобретения является повышение окалиностойкости, уменьшение охрупчивания в области отрицательных температур и после старения при 75 С высокохромистой стали ферритного класса при сохранении ее механических свойств при комнатной температуре. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термомеханической обработки стали ферритного класса, включающему горячую деформацию и последующее деформирование при температурах ниже температуры рекристаллизации, операцию деформирования ведут в интервале температур 0,,5 температуры плавления, а затем проводят закалку от температу э рекристаллизации. Предлагаемое деформирование в интервале 350-600 (от 0,3 до 0,5 температуры плавления) в отличие от прототипа обеспечивает получение субструктуры феррита, динамически разупрочненного по 1 стадии возврата - отдыха. После термообработки такая структура имеет рекристаллизованные по механизму возникновения и миграции большеугловых границ зерна неправильной формы -с извилистыми границами. Деформирование при 650-750 С (температура прототипа) разупрочняет высокохромистый феррит по jТ стадии динамического возврата - полигонизации. Термообработка в этом случае дает округлые зерна, рекристаллизованньге по механизму зародышеобразования. Деформирование выше с термообработкой, увеличивает плотность дислокаций и текстурованность в стали (полюсная плотность отражения от /200/ увеличивает интенсивность в два раза), что ухудшает окалиностойкость, повышает охрупчивание в области отрицательных температур и после старения при 75С. Деформирование ниже 350°С с термообработкой укрупняет зерно в структуре, что по данным промышленной технологии снижает стабильность свойств. В данном изобретении деформирование проводят со степенью относительного обжатия 60-70, в результате чего порог хладноломкости стали снижают в раза (до бО-ЮО С). Дальнейшее повышение относительного обжатия увеличивает энергоза- аты при деформировании ез эффективного повышения свойств. Деформирование со степенью относительного обжатия менее 60% понижает порог хладноломкости стали лишь в раза (до 170-250°С). Деформирование проведено ни прока ных станах 120 и 300, механические свойства определены на разрывной машине и МК-30,, микроструктура изучена с помощью микроскопа ЭПИТИПокалиностойкость - гравиметрическим методом по ГОСТ 6130-71. П р и м е р 1. Трубную заготовку стали то/вциной 20 мм нагревают до температуры 700°С (согласно прототипу), выдерживают 30 мин, после чего деформируют прокаткой в глад ких валках со степенью относительного обжатия 60%, охлаждают на воздухе Затем проводят термообработку: нагре до 780°С со скоростью 100°С/мин, выдержку - 30 мин и закалку в воде. В результате получены ударная вязкость при комнатной температуре - 22; при температуре испытания минус -60°С 0,5; после старения при , 1-2 ч 7-2 кгм/см . Привес стали в этих условиях составляет 0,22 мг/см при 0,28-900С; О.ЭЫООО С и 1,3 1100с. Толщина слоя окиси хрома на поверхности после - 10 мкм, зоны внутреннего окисления - 15 мкм. Размер зерна полученной структуры 25 30 мкм (балл 7-8 ), плотность дислока ций более 910всм-2. П р и м 6 р 2, Трубную заготовку стали 15Х25Т нагревают до температуры деформирования , относительное обжатие - 601, затем термообработка. Получают следующие свойства: ударная вязкость при комнатной темпе ратуре - 17, температуре испытания минус ,5, после старения - Ц 12 кгм/см . Привес стали после испытания на жаростойкость в течение Зг5 составляет 0,18 мг/см при 800°С, 0,2-900°С, 0,57-1000С, 1,07-1100°С. Толщина слоя окиси хрома 9 мкм,зона Внутреннего окисления 150 мкм. Размер зерна полученной структуры - 30-35 мкм (балл 7), плот ность дислокаций - 8-10° см. П р и м е р 3- Трубную заготовку стали 15Х25Т нагревают до температуры деформации , относительное обжатие - 60%, затем термообработка. Получают ударную вязкость при комнатной температуре - 15, температура испытания минус -бО°С-5, после старения - 8-15 кгм/см . Привес стали 0,13 мг/см2- , 0,23 - 900°С, 0,75 - , 0,98 - . Состав защитной пленки по примеру 2. Размер зерна полученной структуры 30-35 мкм (балл 7) П р и м е р . Трубную заготовку стали 15Х25Т нагревают до температуры деформации 500 С, относительное обжатие - 70%, затем термообработка. Получают следующие свойства: ударная вязкость при комнатной температуре 15, температура испытания минус -60 С3, после старения - 6-12 кгм/см , привес стали 0,16 мг/см - , 0,22900°С, 0,6-1000°С 0,8 - . Состав защитной пленки по примеру 2. Размер зерна полученной структуры 25-30 мкм (балл 7-8). Таким образом, в интервале температур окисления 800-1 в течение 3, ч показано увеличение привеса термообработанных образцов из стали 15Х25Т с ростом температуры деформации: 0,13-1,1 мг/см (после 350-600С) и 0,2-1, мг/см 2(700 С - прототип). Известно, что увеличение длительности окисления до 1000 ч при этой стали сохраняет эффект торможения в диффузии элементов основы и атомов внедрения в мелкозернистой структуре за счет пониженной дефектности последней. На окисленных образцах высокохромистой стали после деформации при 350-600°С и термообработки получают более тонкие поверхностные слои окиси хрома и увеличенную в 2-10 раз зону внутреннего окисления с двуокисью титана, улучшающую сцепление наружной окалины со сталью при термоциклировании. Установлено, что при комнатной температуре механические свойства окалиностойкой хромистой стали, прокатанной при 350-600 и и термообработанной, удовлетворяют требованиям ГОСТ , 5582-75, 59 9-75ц 7350-77: предел прочности 50-5 кгс/мм, предел текучести 30-35 кгс/мм, относительное удлинение , относительное сжатие 75-80%. Порог хладноломкости термообработанной стали 15Х25Т, деформированной при 350-600°С, составляет минус , после 700°С - около нуля. Величина ударной вязкости при комнатной температуре 15-18 (350-600 С) и 22 кгм/см (), а в области отрицательных температур испытания минус О и-бО С и 1 кгм/см соответственно. После выдержки 1-2 ч при 75°С ударная вязкость стали смижается до 10-12 i (ЗБО-бОО С) и 2-7 кгм/см2 (). Предлагаемый способ термомеханической обработки окалиностойких хромистых сталей ферритного класса по сравнению с известным снижает потери металла на окисл ;ние при деформации стали и охлаждении в смотанном рулоне в 1,5 раза, т.е. 0,. мг/см вместо 0,24-1,5 мг/см после деформирования при 700-1200 С, и повышает эффективность очистки металле от трудноснимаемой окалины. Например, для листов из высокохромистой стали длительность щелочного травления снижается с ЦО до 30 мин, а кислотного с 60 до tO мин; позволяет эффективнее использовать изделия из ферритной ста ли при высоких температурах 800ПОО С, так как жаростойкость стали улучшается в 1,.5 раза (0,13 t, 1 мг/см в сравнении с 0,2-1, мг/см2. по прототипу). Кроме того, стоимость 1 т высокохромистой безникелевой стали в раза дешевле, чем стали с никелем (350 р/т и 9б8 р/т);обеспечивает хорошее качество поверхности деформированного металла. Например, брак высокохромистой стали по пбверхностным дефектам составляет 2%, а в результате теплого деформирования дефектов проката в 1эиде трещин и рванин 9 i 758 не наблюдается; снижает охрупчивание стали в области отрицательных температур и после старения в 1,5-5 раз, т.е. с 2-7 до 10-12 кгм/см после старения и после испытаний при минус kO с 0,5-1,5 до 4-6 кгм/см2. Формула изобретения Способ термомеханической обработки стали ферритного класса, включающий горячую деформацию, последующее деформирование при температурах рекристаллизации, отличающийс я тем, что, с целью повышения сопротивления окислению и стойкости к охрупчиванию, деформирование заготовок осуществляют в интервале температур 0,,5 температуры плавления, а затем проводят закалку от температур рекристаллизации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 663740, кя. С 21 О 9/08, 1979. 2.Патент США № 3752709, кл. 148-12, 1973. . 3. Патент ФРГ V 2б59б14, кл. С 21 О 7/14, 1978. 4. Авторское свидетельство СССР Н 333205, кл. С 21 D 8/00, 1972.