Спосіб термічної обробки металопродукції з конструкційних легованих сталей

Спосіб термічної обробки металопродукції з конструкційних легованих сталей, який включає нагрівання, ізотермічну витримку та охолодження, який відрізняється тим, що ізотермічну витримку здійснюють в інтервалі температур від (Ас1 - 20) °С до Ас1, протягом часу, що визначається з розрахунку 4-8 хв/мм, залежно від ступеня хімічної неоднорідності. (19) (21) u201102645 (22) 09.03.2011 (24) 26.12.2011 (46) 26.12.2011, Бюл.№ 24, 2011 р. (72) ТКАЧЕНКО ІГОР ФЕДОРОВИЧ, УНІЯТ МИХАЙЛО АНАТОЛІЙОВИЧ (73) ТКАЧЕНКО ІГОР ФЕДОРОВИЧ, УНІЯТ МИХАЙЛО АНАТОЛІЙОВИЧ 3 ділянок фериту і продуктів розпаду переохолодженого аустеніту. Як наслідок, відбувається істотне зниження механічних, експлуатаційних властивостей металопродукції, корозійної стійкості та ін. В процесі ізотермічної витримки поблизу критичної точки Ас1, в інтервалі від (Ас1 - 20) °С до Ас1, розвиваються дифузійні процеси у зв'язку з фазовим перетворенням . При цьому, значно прискорюється дифузія легуючих і домішкових елементів, зокрема за рахунок дифузії по межах зерен. Як наслідок, з високою швидкістю відбувається вирівнювання концентрацій хімічних елементів в об'ємах металу. Крім того, в процесі ізотермічної витримки при субкритичних температурах в низьколегованих та середньолегованих сталях відбувається утворення високодисперсних кристалів аустеніту [3, 4]. Внаслідок підвищеної розчинності більшості елементів заміщення в аустеніті в порівнянні з феритом, виникає додатковий стимул для прискорення процесу перерозподілу елемен 65944 4 тів заміщення між  і  фазами. Сукупність розглянутих умов дозволяє з високою ефективністю досягти усунення хімічної неоднорідності та наблизити структуру до рівноваги. Досягнутий ефект зберігається при подальшій аустенітизації. Спосіб здійснюється таким чином. Використовували сталь 30ХГСН2А (ГОСТ 4543-71) масового виробництва з яскраво вираженою структурною смугастістю 4-5 балів (ГОСТ 5640-71). Температура Ас1 сталі складає 715 °С. При проведенні термічної обробки були використані картки розмірами 300 х 200 х 40 мм, які відрізали від листа відповідно до діючого стандарту (ГОСТ 7564-73). Термічну обробку карток проводили в напівпромислових умовах по режимах, які включали: нагрівання та ізотермічну витримку при температурах 680 - (Ас1 + 15) °С протягом від 120 до 400 хвилин з подальшим охолодженням у воді або на повітрі. Параметри досліджених режимів термічної обробки сталі 30ХГСН2А та результати вимірювань Параметри режимів згідно з корисною моделлю № режиму Температура нагрівання Тривалість ізотермі- Бал смугастості термічної об- та ізотермічної витримки, чної витримки, в, хв. робки Тв, °С 1 680 120 4-5 2 695 160 0-1 3 705 240 0 4 715 320 0-1 5 730 400 4-5 Бал смугастості визначали візуально відповідно до ГОСТ 5640-71. Розподіли головних легуючих елементів Мn та Ni між структурними складовими, визначали методом мікрорентгеноспектрального аналізу. Дослідження проводилося на устаткуванні РЕММА-100У і МАР-1 в наступному режимі: прискорююча напруга U0 = 25 кВ, струм І = 10 мА при / кутах відбору випромінювання КМn = 29°37 . Як еталони були використані хімічно чисті марганець та нікель. Зразки, розмірами 8 х 8 х 15 мм для отримання необхідної якості поверхні піддавали шліфуванню і поліруванню. Для визначення вмісту хімічного елементу в Nкомпонентній системі в кількісному мікрорентгеноспектральному аналізі використовується формула [5]: Ci = (Іi/ Іi*)/(fi(C1, С2, ... CN)) де Іi, Іi* - інтенсивності характеристичного випромінювання і-го елементу в зразку та еталоні; C1, С2, ... CN - концентрації інших елементів, що містяться в зразку, fi(C1, С2, ... CN) - корегуюча функція, яка включає до себе складові, що враховують атомний номер fi(z), поглинання fi() та додаткове збудження fi(v): fi = fi(z) fi() fi(v). [5]. На основі вимірювання Сі розраховували Кi за формулою: де Сіп - вміст хімічного елементу (марганцю, нікелю) в смугах перліту, Сіф - вміст хімічного елементу (марганцю, нікелю) в смугах фериту. Значення Кі для марганцю та нікелю в дослі Коефіцієнт розподілу легуючого елементу, Кі КMn КNi 1,98-2,21 1,05-1,10 1,00-0,90 1,02-1,08 2,16-2,25 1,44-1,45 1,09-1,11 1,01-0,98 1,03-1,07 1,67-1,72 дженій сталі наведені в таблиці. Як видно з таблиці, при ізотермічній витримці при температурах нижчих за (Ас1 - 20) °С (Режим № 1): не досягається зменшення існуючого ступеня хімічної неоднорідності для кожного з хімічних елементів; При температурі, вищій за Ас1 (Режим № 5), отримано більший ступінь хімічної неоднорідності, що обумовлено додатковим утворенням рівноважних кристалів аустеніту в зонах збагачених легуючими елементами, які утворюються під час ізотермічної витримки в межах двофазної (+)-області. Тривалістьізотермічної витримки менша тієї, що відповідає 4 хв/мм (Режим № 1) не забезпечує необхідний ступінь перерозподілу хімічних елементів та призводить до збереження значної хімічної та структурної неоднорідності. Тривалість витримки, що перевищує значення, яке відповідає 8 хв/мм, (Режим № 5) викликає надмірне збагачення меж зерен легуючими елементами. Це призводить до додаткового утворення вздовж меж зерен ділянок які, внаслідок вказаного збагачення, отримують перлітоподібну структуру, що викликає посилення структурної неоднорідності. Висновки: як випливає з даних, наведених в таблиці, найбільш сприятливим є спосіб, що включає до себе нагрівання та ізотермічну витримку в інтервалі температур від (Ас1 - 20) °С до Ас1 протягом часу, що визначається із розрахунку 4-8 хв/мм. 5 Використання запропонованого способу дозволяє ліквідувати неоднорідний розподіл хімічних елементів заміщення по межах колишніх дендритних кристалів. За рахунок цього буде збільшена корозійна стійкість металопродукції під час експлуатації в агресивних оточуючих середовищах. Крім того, будуть сформовані мікроструктури з однорідним розподілом складових, що забезпечить відсутність анізотропії механічних властивостей та підвищення спротиву скрихчуванню легованих сталей. Джерела інформації: 1. Металловедение: в 2-х томах: учебник для студентов вузов. Т. 2: Термическая обработка. Сплавы. / И. И. Новиков [и др.]; ред. В. С. Золоторевский. - М. : МИСиС, 2009. - 525 с. 2. Голованенко С. Н. Двухфазные низколеги Комп’ютерна верстка А. Крулевський 65944 6 рованные стали / С. А. Голованенко, Н. М. Фонштейн. - М.: Металлургия, 1986. - 207 с. 3. Ткаченко И. Ф. Об особенностях образования аустенита при нагреве легированных сталей / И. Ф. Ткаченко, К. И. Ткаченко // Вісник Приазовського державного технічного університету : збірник наукових праць. - Маріуполь, 2002. - Вип. 12. - С 90-92. 4. Lis J. Kinetics of the austenite formation during intercritical annealing / J. Lis, A. Lis // Journal of Achievements in materials and manufacturing Engineering, volume. - 2008. - V. 26, N 2. - P. 195198 5. Масленков С. В. Применение микрорентгеноспектрального анализа / С. В. Масленков. - М.: Металлургия, 1985. - 33 с. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601