Способ обработки низкоуглеродистой стали

 

1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ, включающий аустенитизацию , холодную и теплую деформацию -при температуре ниже Ас, , отличающийся тем, что, с целью повышения прочности, вязкости и технологичности стали, теплую деформцию осуществляют со степенями обжатия 20-40% в интервале температур tfjijc - Ас, при этом значение t pjjj. определяют по формуле /virtKC с -273 ОТС в ВВС где -1 температура, соответствующая верхней границе интервала динамического деформационного старения (ДЦС); Q..-,,.- максимальная энергия макс активации ДДС минимальное время намин хождения металла в очаге деформации; f...: - минимальная плотность миН дислокаций в металле; R постоянная из уравне-/ ния температурной зависимости; коэффициент диффузии Dn i углерода или азота в матрице, (Л а холодную деформацию проводят со степенью 3-5%. 2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, нагрев до температуры теплой деформации осуществляют со скоростью 80 200 град/с. Ю 3.Способ по п.1, отличаюсо щий с я тем, что, с целью повышения хладостойкости стали, охлажЮ дение после аустенитизации ведут 4 со скоростью 60-130 град/с. 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1129248 А

1(5П С 21 Р 8 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фв с

Q мо кс

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3482155/22-02 (22) 17.08.82 (46) 15.12.84. Бюл. Р 46 (72) Ю.П.Гуль, Л.В.Ксаверчук, В.Н.Данченко, Г.И.Хаустов, Г.Н.Науменко, И.Ю.Коробочкин, О.С.Вильямс, Т.N.Êoâàëü÷óê, Б.П.Бабенко и М.Г.Каплун (71) Днепропетровский металлургический институт (53) 621.785.79 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Р 645970, кл. С 21 D 8/00, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР

В 767223, кл. С 21 D 9/08.

З.Заявка Японии Р 47-126982, кл, С 21 D 7/13, 18.12.72. (54)(57) 1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ, включающий аустенитизацию, холодную и теплую деформацию -при температуре ниже Ac„, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности, вязкости и технологичности стали, теплую деформцию осуществляют со степенями обжатия 20-40% в интервале температур 1 DDC — Ас, при этом значение 1 ВВс ойределяют по формуле где 1 — температура соответств ввс

I вующая верхней границе интервала динамического деформационного старения (ДДС);

0„, — максимальная энергия активации ДЛС; — минимальное время нахождения металла в очаге деформации;

& „„ — минимальная плотность дислокаций в металле;

R — постоянная из уравнения температурной зависимости;

3о — коэффициент диффузии углерода или азота в ю матрице, а холодную деформацию проводят со степенью 3-5%.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю- С шийся тем, что, с целью повышения производительности, нагрев Я до температуры теплой деформации осуществляют со скоростью 80

200 град/с.

3. Способпоп.1, отличаю- Я шийся тем, что, с целью повышения хладостойкости стали, охлаждение после аустенитизации ведут со скоростью 60-130 град/с. 4ь

1129248

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве металлопродукции из нелегированных сталей с получением на готовом размере высоких значений прочностных характеристик, вязкости и хладостойкости .

Известен способ механико-термической обработки низкоуглеродистой стали, включающий нагрев до аустенитного состояния, охлаждение со

10 скоростью 30-100 град/с, деформацию при комнатной температуре со степе ью 5-40% через 5-40 с и отпуск при 600-700 С с охлаждением на воздухе Г12 °

Однако жесткие ограничения промежутка времени от охлаждения до холЬдной деформации существенно осложняют технологию и не всегда могут быть выдержаны в производственных условиях. Необходимость специального отпуска также вносит определенные затруднения при использовании указанного способа в поточной тех нологии, поскольку производительность всего процесса обработки лимитируется длительностью отпуска.

Используемая в этом способе холодная деформация со степенью до 40% в определенной степени ограничивает деформационную способность металла, требует использования мощного оборудования для ее осуществления.

Известен способ изготовления из20

30 делий, преимущественно труб из мало" калибровке изделий и не дает возможности совмещать операцию термообработки с технологическим формоизменением.

Интервал температур тепловой деформации не связан с используемь -. мы степенями деформации и предварительной обработкой, что не исключает возможности попадания в интервал температур 1ЩС (деформационного динамического старения).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки стали, включающий нормализацию, холодную обработку давлением со степенью деформации не менее

15% и теплую ковку в интервале температур 45() С - Ас.1 (.3.), 55

Однако ограничение нижнего ин-. тервала температуры теплой деформации значением 450оС создает опас." ность попадания при деформации в интервал Температур ДДС с соответI

65 углеродистой стали, включающий про- 35 катку, з. калку с использованием тепла прокатного нагрева, отпуск и деформацию при температуре отпуска, причем деформацию производят при 50С-650оС со степенью 5-15% (2g.

Однако известный способ может быть применен преимущественно при ствующим снижением пластичности и вязкости стали.

Кроме того, теплая деформация (ковка) в известном способе не позволяет-получать изделия, изготавливаемые другими методами, например, трубы, получаемые волочением, прокаткой, редуцированием, т.е. известный способ недостаточно технологичен.

Цель изобретения — повышение прочности, вязкости и технологичности, а также повышение производительности и хладостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки низкоуглеродистой стали, включающему аустенизацию, холодную и теплую деформацию при температуре ниже

Ас теплую деформацию осуществляют со степенями обжатия 20-40% в интервале температур 1 с — Ас,, при

8 этом значение 1 определяют по формуле ф оСо Я где — температура, соответствующая верхней границе интервала динамического деформационного старения (ДЦС);

6м„„ — максимальная энергия активации ДДС ° — минимальное время намин хождения металла в очаге деформации; т „ — минимальная плотность дислокаций в металле; р - постоянная из уравнения температурной зависисмости;

2, - коэффициент диффузии углерода или азота в матрице, а холодную деформацию проводят со степенью 3-5Ъ.

Нагрев до. температуры теплой деформации. осуществляют со скоростью

80-200 град/с. Охлаждение после аустенизации ведут со скоростью 60130 град/с.

Предлагаемый способ обеспечивает создание механически и термически стабильной дислокационной структуры,.определяющей высокий комплекс механических свойств. Указанный ин.тервал скоростей охлаждения из аустенитной области оказывает благоприятное влияние на вязкость стали, как при комнатной, так и при отрицательной температуре при уровне относительного удлинения не менее 16%., что обычно гарантирует . удовлетворительную пластичность для осуществления последующей деформации.

1129248

273=50fC

Снижение скорости охлаждения ниже 60 град/с не обеспечивает поставI ленную цель по одновременному повышению прочности и вязкости, хладостойкости, а увеличение скорости охлаждения более 130 град/с приводит к падению пластичности, к нежелательному короблению иэделия, затрудняет последующую холодную дефо рма цию.

Происходящие структурные изменения в низкоуглеродистой стали при охлаждении ее с указанной скоростью из аустенитной области обеспечивают формирование четкой ячеистой структуры при последующей холодной деформации ее со степенью 3-5Ъ, в то время как при деформации низкоуглеродистой стали в нормализованном или отожженном состоянии такая структура формируется только при деформации со степенью ЗОЪ и более.

Снижение степени деформации, при которой формируется ячеистая структура, уменьшает величину поглощения металлом при деформации энергии, способствует более равномерному распределению ее по микрообъемам, приводит к увеличению сопротивления разрушению, затрудняет рекристаллизацию при последеформационном нагреве, не требует прокатного оборудования большой мощности. Увеличение степени деформации более 5% термически упрочненной стали существенно не влияет на морфологию ячеистой структуры, а следовательно, нецелесообразно. Деформация со степенями менее 3% не обеспечивает формирования требуемой ячеистой структуры.

Стальной заготовке, подвергнутой термическому упрочнению и холодной деформации, заданную форму придают теплой деформацией.

В процессе нагрева до температур теплой деформации снижается уровень остаточных напряжений в термически упрочненной и продеформированной при комнатной температуре низкоуглеродистой нелегированной =тали, прочностные свойства сохраняются на достаточно" высоком уровне, так как по указанным причинам процессы рекристаллизации затруднены. Этот эффект в большей мере проявляется при скоростях нагрева до температуры теплой деформации 80-200 С/с.

Использование скоростного нагрева до температур теплой деформации способствует повышению производительности прокатных агрегатов, дает воэможность использовать предлагаемый процесс в поточных высокопроизводительных линиях. Нагрев стали со скоростью менее 80 C/c не обеспечивает преимуществ способа по сравнению с использованием в нем обычного печного нагрева. При10

55 менять скорости нагрева выше 200 С/с нецелесообразно, так как достижение их технически затруднено, а эффект повышения получаемого комплекса свойств за счет использования скоростей нагрева под теплую деформацию более 200 С/с практически отсутствует.

Теплая деформация со степенями деформации 20-40Ъ в интервале температур tz> — Ac„ используется как для получения комплекса свойств, сочетающего высокую прочность и достаточную пластичность, так и для придания заготовке окончательной формы. Уменьшение степени деформации менее 20% дает слабый эффект упрочнения и не технологично для формообразования. Увеличение степени деформации более 40% вызывает нежелательное снижение пластичности и вязкости, приводит к анизотропии свойств.

Существенным моментом в предлагаемом способе является соблюдение температурного интервала теплой деформации. Снижение температуры ниже температуры, соответствующей верхней границе интервала динамического деформационного старения (Ф вс ) приводит к резкому возрастайию уси»:. лий деформации, что снимает благо-. приятный эффект теплой деформации и приводит к охрупчиванию (интервал

ДДС) ° При нагреве до температуры выше Ac„ теряется эффект предлагаемого способа, заключающийся. в одновременном повышении прочности, пластичности, вязкости и хладостойкости, из-за происходящей фазовой перекристаллизации.

Осуществляемая в укаэанном интервале температур теплая деформация подготовленной предыдущими операциями структуры способствует дальнейшему накоплению дислокаций, их закреплению, развитию процессов типа полигонизации, что обеспечивает оптимальное сочетание прочности, вязкости и хладостойкости.

Пример расчета по заявленной формуле.

Величины Я „ è 2, взяты из макс справочников. газовая постоянная; ж — определяют экспериментально миН по данным рентгеноструктурного анализа;

Т„„„- определяют, исходя иэ скорости деформации и длины очага деФормации, при длине очага деформации 30 мм и скорости деформации V 5 м/с и Ч =

= 10 м/с г„ = 0,006 с; Т = 0,003 с, 20100 о

t С---- ——

1,987 . (4 .0,006 10 .0,02) 1129248

Условия обработки

Механические свойства

КС1/МДж/м

КС1ГМДж/M

Степень теплой деформацки, ф

Температура теплой деформации, Степень холодной деФормации

Скорость охлаждения, град/с хп .I в

МПа в

МПа

Способ обработки

+20 оС

+20 -40

С ОС

-40 оС

20 15 450 645 573 19 1,60 1,38 0.,62 Р,24 -20

4 20 600 724 628 18 1,48 1,01 1,37 0,98 -60

Прототип

130

4 . 40 600 736 654 18 1,54 1 36 1,48 1,25 -60

130

Предлагаемый 30 (образцы)

130

4 20 550 611 523 18х5 Огб4 Os47 Ох43 Ок24 20

4 47 550 .43 668 15,0 0,73 0,52 0,57 0,27 +20

4 15 550 670 577 20;7 0,86 0,57 0,51 0,16 -20

4 20 550 662 571 21,4 0,72 0,48 0,59 0,21 -20

4 40 470 873 833 13к2 Ох57 Ох41 Ох35 Ох 09 +20

4 .40 750 613 526 19,8 0,78 0,60 0,48 0,18 -20

4 40 550 760 689 14,1 0,72 0,41 0,49 0,17 +20

130

130

130

150

Нредлагаемый (трубы) 5 21,5 550 701 619 18,5 1,39 1,12 1,32 1,11 -40

5 21,5 550 714 618 18 1,52 1,40 1,45 1,32 -40

110

< С=- 273=54fC

1,987 (4.0,003 10 0 02) Пример осуществления способа.

Обработке по предлагаемому способу и способу-прототипу подвергают плоские образцы из стали 20 размером 8Х12х250 мм, Результаты обработки приведены в табл. 1. 10

Предлагаемый способ также опробован при волочении труб иэ стали 20 размером 42Х4,5 мм.

Трубы нагревают до 910 " 930 C и охлаждают со скоростями 65 и 15

110 град/с. Проводят нагрев до температуры теплой деформации 550 C и волочение со степенью деформации по диаметру 21,5%. . Размер труб после волочения 20

32,0х4,5 мм.

Результаты обработки приведены в табл. 1.

Предлагаемый способ, обеспечивая одновременное повышение прочности, вязкости и хладостойкости стали, дает возможность реализовать высокопрочное состояние в конструкции.

Повышение прочности и вязкости стали 20 позволяет уменьшить толщину стенки труб при сохранении равной конструктивной прочности.Снижение" толщины стенки на 1 мм профильных труб размером 80х80хб мм дает. экономию 284 кг на 1 т.

В результате обработки по предлагаемому способу свойства стали 20 соответствуют свойствам легированной стали 15х5 м, что дает возможность заменить легированную сталь малоуглеродистой.

Сравнение свойств стали приведено в табл. 2.

Экономический эффект от замены стали. 15ХМ на сталь 20 составляет

700 тыс. руб. в год.

Таблица 1

1129248

Марка стали

КСЧ М Дж/м ,Мпа

15Х5М

588

412 16 0,98

618-654 18-18,5 1,39-1,54

701-736

П р и м е ч а н н е : ГОСТ 550-75. Предлагаемый способ.

Составитель И.Липгарт

Редактор Н.Горват Техред С. Мигунова Корректор М.Демчик

Заказ 9307/21 Тираж 539 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д,4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4 (6,, ИПа

Та блица 2

1" * 1