Способ защиты низкоуглеродистой стали от обезуглероживания при высокотемпературной обработке

 

Изобретение относится к способам защиты изделий при высокотемпературной обработке. Способ заключается в нанесении на поверхность низкоуглеродистой стали с объемным содержанием углерода C_o слоя металлического порошка с содержанием углерода C₁ и толщиной h, величина которой связана с оптимальным временем t_v защиты изделия от обезуглероживания соотношением: , где: D - коэффициент диффузии углерода в металл основы при верхней температурной границе обработки изделия, а y - корень уравнения в котором - интеграл вероятности. 2 табл., 4 ил.

Изобретение относится к способам защиты стальных изделий при высокотемпературной обработке (термической обработке, прокатке) и, в частности, может быть использовано для защиты проката от обезуглероживания в потоке стана.

Наиболее близким к изобретению является способ нанесения на поверхность заготовки железного металлического порошка, содержащего более 0,7% углерода, и слоя изолирующего материала, позволяющего защищать от обезуглероживания при высокотемпературном нагреве до 1300-1450 ^oC низкоуглеродистые стали.

Недостатком данного способа является отсутствие точного технологического регламента организации и эксплуатации защитного покрытия, что может привести с учетом кинетической природы действия защитного покрытия в одних случаях избыточному науглероживанию поверхностных слоев изделия, а в других к их ускоренному обезуглероживанию.

Техническим эффектом изобретения является повышение эффективности защиты металлических изделий от обезуглероживания на основе прогнозирования характерных времен кинетической защиты поверхности детали, учитывающих толщину h защитного слоя, соотношение концентраций углерода в прокатной основе: C_o и в защитном слое C₁, а также температурно-диффузионные условия /Д Д(Т)/ "защиты" поверхностных слоев детали науглероженным покрытием.

Технологически, увеличивая плотность и равномерность защитного покрытия /Fe + C/, можно обойтись без слоя изолирующего материала и представить защитный слой + металлическую основу как композиционную систему с одинаковой металлической матрицей /Fe/, в защитном слое h в начальный момент времени "растворен" углерод с концентрацией Cl, во всей же прочей части детали - C_o.

Точное решение данной модельной задачи приводит к следующему "концентрационному" выражению для углерода в "композиции": где X- координата, "отсчитывающая" от поверхности "композиции", Д коэффициент диффузии углерода в сплаве при заданных Т X условиях обработки.

интеграл вероятности.

Выбирая в качестве "временного критерия" эффективной защиты прокатной основы от обезуглероживания время "снижения" C (X, t) на границе X t до исходной величины C_o, мы получаем, что толщина h защитного слоя должна быть связана с временем t₀ эффективной защиты проката соотношением: (фиг. 3) где y корень уравнения
На фиг. 1 изображена диффузионно-кинетическая схема "работы" защитного покрытия на металле; на фиг. 2 "концентрационные профили" углерода в композиции: защитный слой + металлическая основа для двух фиксированных моментов времени: t₂ > t₁; на фиг. 3 "концентрационный профиль" углерода C(X, t₀) для момента времени t₀, определяющим оптимальную защиты металла основы от обезуглероживания, на фиг. 4 график зависимости

В таб. 1 функция f f(y) представлена в табличном виде, в табл. 2 представлены значения f и y для наиболее распространенных сочетаний C₁ и C₀ в низкоуглеродистых сталях.

Пример. Оценим время эффективной защиты низкоуглеродистой стали (C₀ 0,1% C), прокатываемой при Т 844 ^oC (Д_c 62 10^-7 см², железо-углеродистым покрытием с концентрацией углерода 1% С. Толщины защитных слоев выбираем: h₁ 0,5 мм; h₂ 1 мм. Протабулировав зависимость f f(y) (табл. 1), мы для заданного соотношения концентраций C₀ и C₁ находим y 0,4. Тогда для случая h₁ 0,5 мм, получаем:

Соответственно, для h₂ 1 мм.

Полученные величины времен хорошо коррелируют с кинематическими данными обезуглероживания сталей в близких температурных условиях.

Формула изобретения

Способ защиты низкоуглеродистой стали от обезуглероживания при высокотемпературной обработке, включающий нанесение на поверхность науглероженного порошка железа, отличающийся тем, что науглероженный порошок железа наносят слоем толщиной h, определяемой из соотношения

где D коэффициент диффузии углерода в металл основы при верхней температурной границе обработки изделия;
t_о оптимальное время защиты изделия от обезуглероживания;
y корень уравнения
в котором C_о содержание углерода в стали;
C₁ содержание углерода в порошке железа;
интеграл вероятности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5