Способ получения высокопрочной коррозионно-стойкой вязкой углеродистой легированной стали и продукт, полученный должным способом
Изобретение относится к области металлургии. Способ получения легированных сталей, в которых высокая прочность и вязкость комбинируются с высокой коррозионной устойчивостью. В данном способе получают с помощью смещенной реечной микроструктуры, в которой смещенные рейки мартенсита по существу свободны от сдвоенного перемежения с тонкими пленками удерживаемого аустенита при отсутствии карбидов, нитридов и карбонитридов самоотпуска как в смещенных рейках мартенсита, так и в удерживаемых пленках аустенита. Такая микроструктура получается путем выбора состава сплава, в котором начальная температура мартенсита составляет 350
С или выше, или путем выбора режима охлаждения из фазы аустенита через область перехода мартенсита, при которой исключается попадание в области, в которых происходит самоотпуск. Кроме того, заявленные продукты получены при применении данного способа. Способ позволяет получить стали с высокой прочностью и вязкостью и высокую коррозионную стойкость. 8 н. и 20 з. п. ф-лы, 3 ил.
С или выше. Предпочтительное средство достижения этого результата состоит в использовании состава сплава, который содержит углерод в качестве легирующего элемента с концентрацией от приблизительно 0,01 мас.% до приблизительно 0,35 мас.%, более предпочтительно от приблизительно 0,05% до приблизительно 0,20%, или от приблизительно 0,02% до приблизительно 0,15%. Примеры других легирующих элементов, которые также могут быть включены в состав сплава, представляют собой хром, кремний, марганец, никель, молибден, кобальт, алюминий и азот как по отдельности, так и в комбинации. Хром является в особенности предпочтительным ввиду его пассивирующей способности, в качестве дополнительного средства улучшения коррозионной стойкости стали. Когда в состав включен хром, его содержание может быть различным, но в большинстве случаев количество хрома выбирают в диапазоне от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 13 мас.% по весу. Предпочтительный диапазон содержания хрома составляет от приблизительно 6% до приблизительно 12%, и наиболее предпочтительный диапазон составляет от приблизительно 8% до приблизительно 10 мас.%. Когда в составе присутствует кремний, его концентрация также может быть различной. Максимальное содержание кремния предпочтительно составляет приблизительно 2 мас.%, и наиболее предпочтительно от приблизительно 0,5% до приблизительно 2,0%.Процедуры обработки и условия, описанные в четырех американских патентах авторов Thomas и др., ссылки на которые были приведены выше, включающие существующую практику использования полосового стана и проволочного прокатного стана, могут использоваться при выполнении настоящего изобретения для нагрева состава сплава до фазы аустенита, охлаждения сплава из фазы аустенита через область перехода мартенсита и прокатки сплава в одном или большем этапах процесса обработки. В соответствии с этими процедурами, нагрев состава сплава до фазы аустенита предпочтительно производится при температуре до 1150
С или более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 900
С до приблизительно 1150
С. Сплав затем выдерживают при этой температуре аустенизации в течение достаточного периода времени для получения по существу полной ориентации элементов в соответствии с кристаллической структурой фазы аустенита. Прокатка выполняется управляемым образом в одном или большем количестве этапов во время процедур аустенизации и охлаждения для деформации зерен кристалла и для накопления энергии деформации в зернах, а также для направления вновь формируемой фазы мартенсита в смещенную реечную структуру реечного мартенсита, разделенного тонкой пленкой задержанного аустенита. Прокатка при температуре аустенизации способствует диффузии легирующих элементов для формирования однородной кристаллической фазы аустенита. Это обычно достигается путем прокатки до вытяжки 10% или больше, и предпочтительно до вытяжки в диапазоне от приблизительно 30% до приблизительно 60%.Далее может применяться частичное охлаждение, после которого следует дополнительная прокатка, благодаря которой происходит направление зерен и кристаллической структуры в направлении расположения смещенных реек, после чего следует конечное охлаждение, которое выполняется таким образом, чтобы скорость охлаждения позволила исключить попадание в области, в которых формируются продукты самоотпуска или преобразования, как описано выше. Толщина смещенных реек мартенсита и пленок аустенита может изменяться в зависимости от состава сплава и условий обработки и не является критичной для настоящего изобретения. В большинстве случаев, однако, задержанные пленки аустенита составляют от приблизительно 0,5% до приблизительно 15% от объема микроструктуры, предпочтительно от приблизительно 3% до приблизительно 10% и наиболее предпочтительно максимально приблизительно 5%. На фиг.2 изображена схема смещенной реечной структуры сплава с по существу параллельными рейками 21, состоящими из зерен фазы кристаллов мартенсита, причем эти рейки разделены тонкими пленками 22 задержанной фазы аустенита. Для этой структуры следует отметить, что в ней отсутствуют карбиды и осадки, вообще (включая нитриды и карбонитриды), которые присутствуют в структурах известного уровня техники, как дополнительные иглообразные структуры со значительно меньшими размерами, чем две изображенные фазы, и диспергированные по смещенным рейкам мартенсита. Отсутствие этих осадков способствует существенному повышению коррозионной стойкости сплава. Требуемая микроструктура также получается при отливке таких сталей, и при охлаждении с достаточной высокой скоростью для получения микроструктуры, изображенной на фиг.2, как описано выше.На фиг.3 изображена диаграмма, представляющая зависимость напряженности от деформации для микроструктур четырех сплавов, рассматриваемых в объеме настоящего изобретения, причем все четыре сплава имеют смещенную реечную структуру и не содержат продуктов самоотпуска. Каждый сплав содержит 0,05% углерода с переменным количеством хрома, причем квадратики представляют 2% хрома, треугольники 4%, кружочки 6% и прямая линия 8%. Площадь под каждой кривой напряженности-деформации представляет собой меру вязкости стали и следует отметить, что увеличение содержания хрома приводит к увеличению площади и, следовательно, вязкости, и при этом все четыре уровня хрома дают кривую с достаточной площадью под ней и, следовательно, высокой вязкостью.Легированные стали в соответствии с настоящим изобретением являются в особенности предпочтительными в продуктах, в которых требуется высокий предел прочности на разрыв и которые изготовляют с использованием обработки, включающей операцию холодной формовки, поскольку микроструктура сплавов сама по себе делает их в особенности пригодными для холодной формовки. Примеры таких продуктов представляют собой листовой металл для автомобилей и проволоку или стержни такие, как используются в автомобильных покрышках с радиальным армированием.Вышеприведенное описание прежде всего предназначено для иллюстрации. Другие модификации и вариации различных параметров состава сплавов, процедур и условий обработки могут быть выполнены так, что они будут включать основные и новые концепции настоящего изобретения. Они будут очевидны для специалистов в данной области техники и включены в объем настоящего изобретения.Формула изобретения
1. Способ получения высокопрочной коррозионно-стойкой вязкой углеродистой легированной стали, включающий формирование состава сплава, состоящего из железа и по меньшей мере одного из легирующих элементов, и углерода с получением при воздушном охлаждении структуры мартенсита, нагрев сплава до высокой температуры для его аустенизации, когда состав сплава принимает однородную фазу аустенита так, чтобы легирующие элементы перешли в раствор, и охлаждение однородной фазы аустенита с достаточно высокой скоростью, предотвращающей самоотпуск и обеспечивающей получение микроструктуры мартенсита, отличающийся тем, что формируют состав сплава с содержанием углерода в пропорциях, позволяющих получить начальную температуру мартенситного превращения Ms, по меньшей мере приблизительно составляющую 350
С, с получением при охлаждении на воздухе микроструктуры мартенсита, а охлаждение однородной фазы аустенита после аустенизации ведут с достаточно высокой скоростью для получения мартенсита с микроструктурой, содержащей рейки мартенсита, перемежающиеся пленками удерживаемого аустенита без образования карбидов.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев сплава осуществляют до высокой температуры, составляющей 900-1150
С для его аустенизации.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют состав сплава с содержанием углерода от приблизительно 0,01 до приблизительно 0,35 мас.% от состава сплава.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют состав сплава с содержанием углерода от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,20 мас.% от состава сплава.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют состав сплава с содержанием углерода от приблизительно 0,02 до приблизительно 0,15 мас.% от состава сплава.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют состав сплава, дополнительно содержащий по меньшей мере один легирующий элемент - хром в количестве, достаточном для придания углеродистой стали коррозионной стойкости.7. Способ по п.6, отличающийся тем, что хром составляет от приблизительно 1 до приблизительно 13 мас.% от состава сплава.8. Способ по п.6, отличающийся тем, что хром составляет от приблизительно 6 до приблизительно 12 мас.% от состава сплава.9. Способ по п.6, отличающийся тем, что хром составляет от приблизительно 8 до приблизительно 10 мас.% от состава сплава.10. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют состав сплава, дополнительно содержащий по меньшей мере один легирующий элемент - кремний в количестве, достаточном для придания углеродистой стали коррозионной стойкости.11. Способ по п.10, отличающийся тем, что максимальное количество кремния составляет приблизительно 2,0 мас.% от состава сплава.12. Способ по п.10, отличающийся тем, что количество кремния составляет от приблизительно 0,5 до приблизительно 2,0 мас.% от состава сплава.13. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют состав сплава, дополнительно содержащий по меньшей мере один легирующий элемент - азот, а охлаждение однородной фазы аустенита после аустенизации ведут с достаточно высокой скоростью для получения мартенсита с микроструктурой, содержащей рейки мартенсита, перемежающиеся пленками удерживаемого аустенита и не содержащей, по существу, карбиды, нитриды и карбонитриды.14. Способ по п.1, отличающийся, тем, что нагрев сплава осуществляют до высокой температуры в диапазоне от приблизительно 1000 до приблизительно 1050
С.15. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев сплава осуществляют до высокой температуры, составляющей максимум приблизительно 1150
С.16. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение однородной фазы аустенита после аустенизации ведут для получения мартенсита с микроструктурой, в которой пленки удерживаемого аустенита составляют от приблизительно 0,5 до приблизительно 15% указанной микроструктуры.17. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение однородной фазы аустенита после аустенизации ведут для получения мартенсита с микроструктурой, в которой пленки удерживаемого аустенита составляют от приблизительно 3,0 до приблизительно 10% указанной микроструктуры.18. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение однородной фазы аустенита после аустенизации ведут для получения мартенсита с микроструктурой, в которой пленки удерживаемого аустенита составляют максимум приблизительно 5,0% указанной микроструктуры.19. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют состав сплава с содержанием углерода от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,1 мас.% от состава сплава и дополнительно содержащего по меньшей мере один легирующий элемент, выбранный из группы, состоящей из кремния и хрома, в количестве по меньшей мере приблизительно 2,0 мас.% и марганец в количестве по меньшей мере приблизительно 0,5 мас.%, а охлаждение однородной фазы аустенита после аустенизации ведут в воде.20. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют состав сплава с содержанием углерода от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,1 мас.% от состава сплава и дополнительно содержащего по меньшей мере один легирующий элемент, выбранный из группы, состоящей из кремния и хрома, в количестве по меньшей мере приблизительно 2,0 мас.% и марганец в количестве приблизительно 0,5 мас.%, а охлаждение однородной фазы аустенита после аустенизации ведут в воде.21. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют состав сплава с содержанием углерода от приблизительно 0,03 до приблизительно 0,05 мас.% от состава сплава и дополнительно содержащего по меньшей мере один легирующий элемент - хром, в количестве от приблизительно 8,0 до приблизительно 12,0 мас.% и марганец в количестве от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,5 мас.%, и проводят воздушное охлаждение однородной фазы аустенита после аустенизации.22. Продукт из высокопрочной коррозионно-стойкой вязкой углеродистой легированной стали, состоящей из железа, по меньшей мере одного из легирующих элементов и углерода, закаленного и имеющего структуру мартенсита, отличающийся тем, что продукт изготовлен способом по п.1, сталь содержит углерод в пропорциях, позволяющих получить начальную температуру мартенситного превращения Мs, по меньшей мере приблизительно составляющую 350
С, с получением при охлаждении на воздухе структуры мартенсита с микроструктурой, содержащей рейки мартенсита, перемежающиеся с пленками удерживаемого аустенита без образования карбидов.23. Продукт из высокопрочной коррозионно-стойкой вязкой углеродистой легированной стали, состоящей из железа, по меньшей мере одного из легирующих элементов и углерода, закаленного и имеющего структуру мартенсита, отличающийся тем, что продукт изготовлен способом по п.1, содержит от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,2 мас.% углерода и от приблизительно 6,0 до приблизительно 12 мас.% хрома.24. Продукт из высокопрочной коррозионно-стойкой вязкой углеродистой легированной стали, состоящей из железа, по меньшей мере одного из легирующих элементов и углерода, закаленного и имеющего структуру мартенсита, отличающийся тем, что продукт изготовлен способом по п.1, содержит от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,2 мас.% углерода и до приблизительно 2,0 мас.% кремния.25. Продукт из высокопрочной коррозионно-стойкой вязкой углеродистой легированной стали, состоящей из железа, по меньшей мере одного из легирующих элементов и углерода, закаленного и имеющего структуру мартенсита, отличающийся тем, что продукт изготовлен способом по п.1, при котором нагрев состава стали выполняют при максимальной температуре приблизительно 1150
С, а пленки удерживаемого аустенита составляют максимум приблизительно 5,0% от указанной микроструктуры, полученной на стадии охлаждения.26. Продукт из высокопрочной коррозионно-стойкой вязкой углеродистой легированной стали, состоящей из железа, по меньшей мере одного из легирующих элементов и углерода, закаленного и имеющего структуру мартенсита, отличающийся тем, что продукт изготовлен способом по п.19.27. Продукт из высокопрочной коррозионно-стойкой вязкой углеродистой легированной стали, состоящей из железа, по меньшей мере одного из легирующих элементов и углерода, закаленного и имеющего структуру мартенсита, отличающийся тем, что продукт изготовлен способом по п.20.28. Продукт из высокопрочной коррозионно-стойкой вязкой углеродистой легированной стали, состоящей из железа, по меньшей мере одного из легирующих элементов и углерода, закаленного и имеющего структуру мартенсита, отличающийся тем, что продукт изготовлен способом по п.21.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3


















