×
20.05.2019
219.017.5d58

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ФЕРРИТОПЕРЛИТНЫХ СТАЛЕЙ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к технологии термической обработки поковок, предназначенных для изготовления деталей и узлов, работающих при низких температурах, например, контейнеров для перевозки и длительного хранения (более 50 лет) отработавшего ядерного топлива. Техническим результатом изобретения является повышение хладостойкости низкоуглеродистых сталей. Поставленный технический результат достигается за счет того, что полуфабрикат подвергают закалке с температуры выше критической точки А, высокому отпуску в диапазоне температур 620-670°С с охлаждением на воздухе и дополнительному отпуску в диапазоне температур 400-450°С с выдержкой 3-3,5 ч с последующим охлаждением на воздухе. 2 табл.

Изобретение относится к технологии термической обработки поковок, предназначенных для изготовления деталей и узлов, работающих при низких температурах, например, контейнеров для перевозки отработавшего ядерного топлива.

Известны способы термической обработки поковок из сталей перлитного класса, позволяющие снизить в них внутренние напряжения и повысить вязкопластические свойства (Гуляев А.П. «Металловедение», М. изд-во «Металлургия», 1977 г., стр.275-281).

Известен способ термической обработки низкоуглеродистых сталей, состоящий из отжига или нормализации, который позволяет снизить внутренние напряжения и повысить хладостойкость.

Согласно известному способу поковки нагревают до температуры выше точки Ас3, выдерживают при этой температуре и медленно охлаждают с печью или на воздухе. Недостатком этого способа является выделение из аустенита в процессе охлаждения ферритоперлитной смеси с пластинчатой формой цементита и предвыделений третичного цементита, которые приводят к охрупчиванию стали при низкой температуре. (В.Г.Сорокин, А.В.Волосников и др. «Марочник сталей и сплавов», Москва, изд-во «Машиностроение», 1989 г.).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ термической обработки низкоуглеродистых сталей, включающий закалку с температурой 840-870°С, охлаждение в воде, высокий отпуск при температуре 620-670°С с последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры. (Ю.П.Солнцев, Т.И.Титова, Книга «Стали для Севера и Сибири», Санкт-Петербург, Химиздат, 2002 г., стр.306-307).

Недостатком известного способа, как установлено исследованиями, является недостаточная хладостойкость низкоуглеродистых ферритоперлитных сталей за счет возникновения в них зон предвыделений третичного цементита при охлаждении после отпуска.

Техническим результатом изобретения является повышение хладостойкости низкоуглеродистых ферритоперлитных сталей.

Поставленный технический эффект достигается за счет того, что в способе термической обработки полуфабрикатов из низкоуглеродистых ферритоперлитных сталей, включающем закалку с температуры выше критической точки Ас3, последующий высокий отпуск в диапазоне температур 620-670°С, с охлаждением на воздухе, согласно изобретению, после высокого отпуска проводят дополнительный отпуск в диапазоне температур 400-450°С с выдержкой 3-3,5 ч с последующим охлаждением на воздухе.

Как установлено исследованиями, нагрев под закалку до температуры 930÷20°С вызван необходимостью растворения в аустените карбидов и нитридов ванадия и ниобия, повторный нагрев при отпуске до температуры 400-450°С необходим для коагуляции третичного цементита. Известно, что после закалки и высокого отпуска низкоуглеродистые ферритоперлитные стали приобретают сорбитную структуру, т.е. ферритоцементитную смесь, где цементит имеет округлую форму.

Однако высокий отпуск в диапазоне температур 620-670°С с охлаждением на воздухе приводит к образованию в стали участков с предвыделениями третичного цементита, что резко снижает хладостойкость стали. Вызвано это тем, что предвыделения третичного цементита имеют параметры решетки, отличные от матрицы, и в последней создают растянуто-сжатые области, что приводит к возникновению напряжений 2 рода, которые снижают хладостойкость стали.

В процессе проведенных исследований с помощью программы Image Expert Professional проведен количественный анализ структурно-фазового состояния исследуемых сталей, количественное определение относительной доли структурных составляющих и определение количественного содержания фаз, входящих в состав исследуемого образца, было установлено, что выделение третичного цементита происходит после дополнительного отпуска при температуре 350°С, а коагуляция его происходит при температуре 400-450°С (таблица 2).

Время выдержки при температуре 400-450°С, равное 3-3,5 ч, необходимо и достаточно для завершения процесса коагуляции третичного цементита.

Установлено также, что при температуре отпуска 350°С происходит охрупчивание стали из-за предвыделений и мелких включений третичного цементита.

Повышение температуры выше 450°С приводит к растворению третичного цементита и при последующем охлаждении - к образованию его предвыделений, а снижение температуры ниже 400°С сразу приводит к образованию предвыделений и мелких цементитных включений и, как следствие, в одном и другом случае имеет место охрупчивание стали.

Пример выполнения заявленного способа.

На металлургическом заводе ОАО «ОМЗ-Спецсталь» была выплавлена низкоуглеродистая ферритоперлитная сталь марки 09Г2СА-А, химический состав которой приведен в таблице 1.

Таблица 1
Химический состав стали 09Г2СА-А
Марка
стали
Содержание элементов, мас.%
С Si Mn Р S Cr Ni Cu V Nb
09Г2СА-А 0,007 0,58 1,38 0,008 0,005 0,18 0,21 0,15 0,04 0,03

Из этой стали была изготовлена крупногабаритная поковка размером ⌀1000×900 мм. Из поковки были вырезаны заготовки размером 20×20×60 мм, которые были подвергнуты закалке с температуры 930÷20°С в воде и высокому отпуску при температуре 620, 670 и 650°С с выдержкой в течение 2,5 ч с последующим охлаждением на воздухе.

Затем заготовки после основной термической обработки подвергли дополнительному отпуску при температуре 350, 400, 450 и 500°С с выдержкой 3,0 и 3,5 ч.

Из этих заготовок были изготовлены ударные образцы «Шарпи» с острым надрезом и испытаны при температуре -60°С по ГОСТ 9454. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2
Влияние режимов термической обработки на хладостойкость стали марки 09Г2СА-А
Способ Параметры способа Структура Свойства
Предлагаемый Закалка, °С Отпуск, °С Дополнит. отпуск, °С Выдержка, ч Мелкие карбиды, % Скоагулированные карбиды, % Ударная вязкость KCV-60 Дж/см2
930 620 350 3,0 7,9 2,3 12
400 3,5 6,1 4,3 114
450 3,0 5,8 4,9 117
500 3,5 7,4 3,1 56
930 670 350 3,0 8,3 2,7 15,0
400 3,5 6,5 4,4 130,0
450 3,0 6,0 5,1 132,0
500 3,5 7,5 3,5 68,0
Известный 930 650 - - 5,0 6,0 10,0
Примечание:
1. Требование НТД:KCV-60≥29 Дж/см2
2. Исходное состояние основного металла: - закалка + высокий отпуск.
3. Результаты испытаний усреднены по 3-м образцам на точку.
4. Испытания на ударный изгиб при температуре -60°С проводились на образцах V-образных надрезом, тип 11, изготовленным в соответствии с ГОСТ 6454-78.
5. Контроль микроструктуры осуществлялся при увеличении 1000 крат на металлографическом микроскопе «UNIMET SERIES MR», оснащенном цифровой камерой EPSON 3100Z, с последующей компьютерной обработкой.

Как видно из полученных результатов образцы, обработанные по предлагаемому способу, имеют более высокие значения хладостойкости по сравнению с образцами, термообработанные по известному способу.

Ожидаемый технико-экономический эффект по сравнению с прототипом выразится в возможности создания новых изделий специальной техники повышенной надежности и долговечности из экономнолегированной низкоуглеродистой ферритоперлитной стали за счет повышения ее хладостойкости.

Способ термической обработки полуфабрикатов из низкоуглеродистых ферритоперлитных сталей, включающий закалку с температуры выше критической точки А, последующий высокий отпуск в диапазоне температур 620-670°С с охлаждением на воздухе, отличающийся тем, что после высокого отпуска проводят дополнительный отпуск в диапазоне температур 400-450°С с выдержкой 3-3,5 ч с последующим охлаждением на воздухе.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 21-25 of 25 items.
09.06.2019
№219.017.79e4

Смесь для изготовления литейных форм и стержней

Изобретение относится к области литейного производства. Смесь содержит в мас.%: огнеупорный наполнитель в виде порошка недоплава производства электротехнического периклаза 40,0-50,0, связующее в виде жидкого стекла 5,0-12,0 и порошок лома использованных литейных форм из недоплава 45,0-48,0....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002312732
Дата охранного документа: 20.12.2007
09.06.2019
№219.017.7a36

Способ гранулирования флюса

Изобретение относится к методам гранулирования флюсов для сварки низколегированных хладостойких сталей и сплавов, широкого диапазона составов и может быть применено во всех отраслях промышленности, производящих сварочные материалы, для сварки сталей и сплавов широкого диапазона составов, в том...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002387521
Дата охранного документа: 27.04.2010
09.06.2019
№219.017.7ab0

Титановый сплав для трубопроводов и трубных систем теплообменного оборудования атомной энергетики

Изобретение относится к металлургии титановых сплавов, содержащих в качестве основы титан с заданным отношением легирующих и примесных элементов, и предназначено для использования в судовом и энергетическом машиностроении при производстве трубопроводов и сварных трубных систем, отвечающих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002351671
Дата охранного документа: 10.04.2009
09.06.2019
№219.017.7c90

Способ сварки плавлением меди и ее сплавов со сталями

Изобретение может быть использовано в машиностроении, судостроении и других отраслях промышленности при изготовлении различных узлов и конструкций, включающих соединения медных сплавов со сталями, кроме деталей или изделий из оловянных бронз. Предварительно на кромку стальной детали наплавляют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002325252
Дата охранного документа: 27.05.2008
10.07.2019
№219.017.ad15

Способ производства штрипса для труб магистральных трубопроводов

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к производству штрипсовой стали для магистральных трубопроводов диаметром до 1420 мм, толщиной не менее 20 мм и не более 40 мм. Для повышения прочностных свойств и сопротивляемости хрупким разрушениям при температуре до -20°С при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002383633
Дата охранного документа: 10.03.2010
Showing 11-16 of 16 items.
20.05.2019
№219.017.5d50

Способ производства листов из хладостойкой стали

Изобретение относится к технологии производства листового проката, предназначенного для изготовления деталей и узлов конструкций, работающих при низких температурах, например контейнеров для перевозки и длительного хранения отработавшего ядерного топлива. Для повышения хладостойкости листов из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002394108
Дата охранного документа: 10.07.2010
20.05.2019
№219.017.5d5b

Листовая хладостойкая сталь для высоконагруженных конструкций контейнерной техники атомной и термоядерной энергетики

Изобретение относится к области металлургии, а именно к листовой хладостойкой стали, используемой в атомном энергомашиностроении при серийном производстве высоконадежной контейнерной техники для транспортировки и длительного хранения отработавшего ядерного топлива и радиоактивных отходов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002413782
Дата охранного документа: 10.03.2011
01.06.2019
№219.017.7211

Способ производства поковок из штамповых сталей типа 5хнм

Изобретение относится к производству поковок из штамповой стали типа 5ХНМ, предназначенных для изготовления штампов для горячей штамповки. В процессе выплавки стали в нее вводят кальций в количестве от 0,0005 до 0,003%. Затем осуществляют ковку, при которой перед первым выносом слиток нагревают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690084
Дата охранного документа: 30.05.2019
09.06.2019
№219.017.7a7d

Способ термической обработки высокопрочной коррозионно-стойкой стали мартенситного класса

Изобретение относится к области термической обработки деталей и предназначено для использования в судовом и энергетическом машиностроении при изготовлении силовых крепежных элементов систем и узлов высокого давления. Техническим результатом изобретения является создание и промышленное освоение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002388833
Дата охранного документа: 10.05.2010
29.06.2019
№219.017.999e

Способ ковки крупногабаритных колец

Изобретение относится к кузнечному производству и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных колец и обечаек, наружный диаметр которых превосходит межколонное расстояние пресса. Способ включает осадку, прошивку и раскатку на оправке. После раскатки поковке придают овальную форму...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002279328
Дата охранного документа: 10.07.2006
23.05.2023
№223.018.6d2e

Способ изготовления поковок из сталей аустенитного класса

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при изготовлении толстостенных поковок из сталей аустенитного класса, применяемых для получения изделий тепловой и атомной энергетики. Выплавленный слиток после полного прогрева подвергают гомогенизации при температуре...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002766225
Дата охранного документа: 10.02.2022
+ добавить свой РИД