Результат интеллектуальной деятельности: Способ деформационно-термической обработки аустенитных коррозионностойких сталей

Изобретение относится к области металлургии конструкционных сталей и сплавов, а именно к термомеханической обработке (ТМО) аустенитных коррозионно-стойких сталей, и может быть использовано во многих отраслях промышленности.

Известен способ деформационно-термической обработки аустенитных нержавеющих сталей, включающий пластическую деформацию путем горячей прокатки и термическую обработку. Горячую прокатку проводят в интервале температур 973-1173 К до истинной степени деформации от 1 до 2, последующую термическую обработку осуществляют путем отжига в интервале температур 1323-1373 К и с временем выдержки в течение от 10 до 30 мин, затем проводят холодную прокатку при комнатной температуре до истинной степени деформации от более 3,5 до 4 с последующим отжигом в интервале температур 773-973 К с длительностью от 30 мин до 2 ч (патент RU 2482197, МПК C21D 6/00, C21D 8/00, опубл. 20.05.2013).

Известен способ термомеханической обработки коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, включающий пластическую деформацию заготовки стали путем прокатки. Предварительно осуществляют гомогенизационный отжиг заготовки стали в интервале температур 1273-1373 К в течение 30 минут и охлаждение в воде, а прокатку проводят в два этапа, при этом на первом этапе прокатку проводят в интервале температур 673-973 К до истинной степени деформации от 0,5 до 1, затем осуществляют отжиг в интервале температур 673-873 К с выдержкой от 1 до 2 часов и последующим охлаждением на воздухе, а на втором этапе прокатку проводят в интервале температур 673-773 К до истинной степени деформации более 2 с последующим охлаждением на воздухе (патент RU 2525006, МПК C21D 6/00, C21D 8/00, опубл. 10.08.2014). Известный способ принят за прототип.

Недостаток прототипа - пластическую деформацию осуществляют прокаткой (роллингом), в результате чего структура стали недостаточно проработана и прочностные характеристики невысоки.

Задачей изобретения является разработка способа термомеханической обработки аустенитных коррозионно-стойких сталей, позволяющего повысить их прочностные свойства при температурах деформации ниже температуры рекристаллизации с сохранением однородной аустенитной структуры.

Технический результат изобретения - увеличение степени наклепа стали (повышение прочностных свойств аустенитной стали за счет изменения структуры и фазового состава в процессе пластической деформации).

Задача решается, а технический результат достигается способом деформационно-термической обработки аустенитных коррозионно-стойких сталей, который осуществляют по двум вариантам.

По первому варианту способ деформационно-термической обработки аустенитных коррозионно-стойких сталей включает предварительный гомогенизационный отжиг заготовки с последующим охлаждением со скоростью, обеспечивающей сохранение пересыщенного раствора легирующих элементов в аустените, и пластическую деформацию заготовки в два этапа. В отличие от прототипа осуществляют интенсивную пластическую деформацию кручением под высоким гидростатическим давлением, причем на первом этапе проводят теплую интенсивную пластическую деформацию с постепенным понижением температуры от 723К до 573К с достижением истинной степени деформации от 4,5 до 7,5, а на втором этапе осуществляют холодную интенсивную пластическую деформацию при температуре до 293К с достижением истинной степени деформации 2,25 и выше.

По второму варианту способ деформационно-термической обработки аустенитных коррозионно-стойких сталей включает предварительный гомогенизационный отжиг заготовки с последующим охлаждением со скоростью, обеспечивающей сохранение пересыщенного раствора легирующих элементов в аустените, и пластическую деформацию заготовки в два этапа. В отличие от прототипа осуществляют интенсивную пластическую деформацию кручением под высоким гидростатическим давлением, причем на первом этапе проводят холодную интенсивную пластическую деформацию при температуре до 293К с достижением истинной степени деформации не менее 3,5, а на втором этапе осуществляют теплую интенсивную пластическую деформацию при 723К с достижением истинной степени деформации более 3,5.

Технический результат достигается следующим образом.

При использовании интенсивной пластической деформации (ИПД) кручением под высоким гидростатическим давлением исходная структура с высокой степенью однородности подвергается интенсивному измельчению за счет реализации основных механизмов пластической деформации - дислокационного скольжения и двойникования. Благодаря использованию ИПД удается накопить большие степени деформации при сохранении целостности образца. Измельчение структуры в свою очередь, согласно известному закону Холла-Петча, приводит к повышению прочности. Вклад в прочность также вносит механизм дисперсионного упрочнения, реализующийся через выделение из пересыщенного твердого раствора мелкодисперсных фаз, инициированное интенсивной пластической деформацией и температурным воздействием (деформационным разогревом).

Предлагаемый способ термомеханической обработки позволяет получить однородную мелкозернистую структуру и развитую дислокационную субструктуру в аустенитной коррозионно-стойкой стали при температурах ниже температуры рекристаллизации, которые отвечают условиям менее затратной холодной и теплой деформации, более эффективной для создания высокой степени наклепа (упрочнения), и не требует применения специального охлаждающего оборудования для заготовки и инструмента.

Сущность изобретения поясняют примеры конкретного выполнения.

Пример 1 (вариант 1)

В качестве исходной заготовки был использован пруток стали 08Х18Н10Т диаметром 20 мм. Предварительно заготовка была подвергнута гомогенизационному отжигу при температуре 1050°С в течение часа и последующему охлаждению на воздухе (скорость охлаждения ~3°/сек). В результате была сформирована аустенитная структура, представляющая собой пересыщенный твердый раствор, со средним размером аустенитных зерен 25 мкм. Интенсивную пластическую деформацию проводили методом кручения при давлении 6 ГПа в два этапа:

1. На первом этапе проводили деформацию с постепенным понижением температуры с Т=723 К до Т=573 К. Суммарная степень деформации составила 4,5.

2. На втором этапе температура деформации составила Т=293 К со степенью деформации 2,25.

Пример 2 (вариант 2)

В качестве исходной заготовки был использован пруток стали 08Х18Н10Т диаметром 20 мм. Предварительно заготовка была подвергнута гомогенизационному отжигу при температуре 1050°С в течение часа и последующим охлаждением на воздухе (скорость охлаждения ~3°сек). В результате была сформирована аустенитная структура со средним размером аустенитных зерен 25 мкм. Интенсивную пластическую деформацию методом кручения при давлении 6 ГПа проводили в два этапа:

1. На первом этапе температура деформации составила Т=293 К, степень деформации 3,7.

2. На втором этапе деформация была проведена при Т=723 К, степень деформации 3,7.

В обоих вариантах была сформирована ультрамелкозернистая микроструктура с размером зерен от 60-125 нм, а рентгено-структурный анализ выявил наличие аустенитной фазы. Полученная микроструктура определила высокий уровень механических свойств коррозионно-стойкой аустенитной стали (См. таблицу).

Таким образом, предложенный способ деформационно-термической обработки аустенитных коррозионно-стойких сталей позволяет повысить их прочностные свойства при температурах деформации ниже температуры рекристаллизации с сохранением однородной аустенитной структуры.