СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к металлургам, преимущественно к области термомеханической обработки низколегированных сталей, и может быть использовано для изготовления ответственных элементов конструкций, крепежных изделий различного назначения.

В настоящее время известны многочисленные способы получения мелкозернистой структуры стали.

Широко известен способ обработки (RU 2443786 С1, опублик. 27.02.2012) низкоуглеродистых сталей, включающий равноканальное угловое прессование при пересечении каналов под углом 90° с постоянным поворотом вокруг оси в одну сторону, отличающийся тем, что равноканальному угловому прессованию подвергают низкоуглеродистую сталь с бейнитной структурой, а равноканальное угловое прессование проводят при температуре 300-400°С с истинной степенью деформации 2-4, после чего формируют зеренную структуру путем проведения отжига при температуре 400-600°С.

Сущность изобретения заключается в следующем. Исходная бейнитная структура, полученная закалкой низкоуглеродистой стали с высоких температур аустенитизации, имеет равномерное распределение дисперсных карбидов, высокую дисперсность продуктов превращения и плотность дислокации, вследствие чего обладает достаточно высокой механической прочностью.

Проведение РКУ-прессования заготовки из низкоуглеродистой стали с бейнитной структурой по маршруту Вс (с постоянным поворотом вокруг оси в одну сторону под угол 90°) при температуре 300-400°С с истинной степенью деформации 2-4 приводит к значительному изменению структурных элементов, преобразованию малоугловых границ зерен в большеугловые, к формированию частично субмикрокристаллической структуры.

Недостатком данного способа обработки является его технологическая сложность и, как следствие, ограничение сортамента полученных изделий.

Известен способ обработки сталей аустенитно-мартенситного класса. Сущность прототипа заключается в нагреве заготовки из стали 07X16H6 до температуры 1180°С с последующей выдержкой в течение 1,5 часа, деформации ковкой или штамповкой в интервале температур 1180-900°С с охлаждением на воздухе. Поковку нагревают до температуры 1050°С, выдерживают в течение 5-10 мин, закаливают, затем подвергают деформации при температуре 675°С с последующим отпуском при температуре 700°С в течение 2 часов (RU №2034048, опублик. 30.04.1995). Данный способ обработки рекомендован для производства различных деталей сепараторов в молочной промышленности.

Недостатком данного способа обработки является то, что стальную заготовку нагревают до температуры выше 1100°С, что приводит к росту аустенитного зерна, как следствие, формируется неоднородная структура и падает пластичность стали. Последующую деформационную обработку стальных заготовок проводят при повышенных температурах, что создает напряженный режим работы оборудования и снижает экономическую эффективность данного способа.

Известен способ Бернштейна М.Л. Термомеханическая обработка металлов и сплавов, т.2, с. 1069. - М.: Металлургия, 1968 г., где исходным состоянием стали является отожженное состояние, структурно представляющее ферритокарбидную смесь. В таком состоянии сталь подвергается холодной пластической деформации и последующему длительному предрекристаллизационному отжигу для полигонизации при температуре несколько ниже температуры рекристаллизации, с последующим охлаждением до комнатной температуры. После этого сталь подвергается скоростному электронагреву (65 град/с) с целью осуществления передачи блочной субструктуры, образующейся в результате процесса полигонизации, при выдержке ниже рекристаллизационных температур, аустениту при нагреве под закалку.

Субструктура, образующаяся при предрекристаллизационном отжиге, весьма неустойчива, и чтобы передать ее аустениту при нагреве под закалку, необходимо применять большую скорость нагрева. Это представляет значительную технологическую сложность. К недостаткам известного способа можно также отнести трудность избежать при выдержке частичной рекристаллизации, длительность отжига и невысокий эффект обработки в повышении механических свойств обрабатываемой стали.

Наиболее близким решением к предложенному изобретению является способ термомеханической обработки низколегированной стали (SU 1101457, опублик. 07.07.1984), включающий нагрев, деформацию, охлаждение, закалку с последующим отпуском.

Недостатком данного способа является сложность осуществления способа, за счет применения обработки, заключающейся в подстуживании, обработанная сталь имеет недостаточные прочностные свойства.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка нового способа деформационно-термической обработки низколегированных сталей для повышения их прочностных свойств за счет формирования субмикрокристаллической структуры. Целью изобретения является повышение твердости, прочности, вязкости разрушения и обрабатываемости стали.

Технический результат достигается за счет нагрева заготовок со скоростью 80-100 град/мин до субкритических температур Ac₁ - 5-15°С, выдерживают при этих температурах 2-2,5 ч и прокатывают со степенью деформации 30-60%. После деформации заготовки нагревают до температур Ac₁ + 40-50°С, закаливают в масле и отпускают при 200-300°С в течение 2 ч. Для повышения обрабатываемости при механической обработке за счет уменьшения твердости заготовки охлаждают с температур деформации на воздухе и подвергают механической обработке. Готовые изделия греют до температур Ac₁ + 40-50°С, закаливают в масле и при температуре в течение 2 ч. Применение способа позволяет значительно повысить механические свойства стали и уменьшить трудоемкость изготовления из нее изделий.

Способ заключается в том, что отливку из стали куют и закаливают с температуры ковки в масле. Затем заготовка нагревается до субкритических температур (Ac₁ - 5-15°С), выдерживается при этих температурах и подвергается пластической деформации со степенью обжатия 30-60%. Затем следует стандартная термическая обработка, включающая в себя закалку и отпуск при температурах 180-200°С. Способ позволяет получить стали с мелкозернистой структурой и высоким уровнем прочностных характеристик.

В результате обработки по предлагаемому способу наблюдается уменьшение размера зерна в стали после обработки до 2-5 мкм, повышение значений ударной вязкости по сравнению с аналогичными сталями после стандартной обработки, уменьшение склонности сталей к проявлению эффекта обратимой отпускной хрупкости. Это позволит расширить область применения сталей и снизить материалоемкость изделий из них. Также наблюдается снижение температуры вязко-хрупкого перехода в область отрицательных температур, что позволит использовать изделия в условиях севера.

Пример

Отливку из стали 9ХС обрабатывают по предложенному способу.

Свойства стали, обработанной согласно известному и предложенному способам, представлены в табл. 1, из которых следует, что применение способа позволяет значительно повысить эксплуатационные свойства стали и уменьшить трудоемкость изготовления из нее изделий.