Спосіб термообробки доевтектоїдних сталей

1. Спосіб термообробки доевтектоїдної сталі, що включає нагрівання до температури Ас 3 + (3050 °С), витримку 1-2 хв/мм товщини сталі, подальше охолоджування до кімнатної температури, який відрізняється тим, що перед охолоджуванням вказану сталь переохолоджують на повітрі до температури Ас1 + (30-50 °С), витримують 40-90хв. при цій температурі. 2. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що залежно від необхідних властивостей охолодження доевтектоїдної сталі проводять в різних середовищах - повітрі, воді, маслі, розплавах солей. 3. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що в разі утворення у структурі вказаної сталі мартенситу і бейніту здійснюють відпускання. Винахід належить до галузі чорної металургії, а саме способам термообробки доевтектоїдних сталей. Відомий спосіб термообробки доевтектоїдних сталей, що включає нагрів до температури Ас 3 + (30-50 °С), витримку 1-2 хв/мм і подальше охолоджування до кімнатної температури (Гуляев А.П. Металловедение / А.П.Гуляев. - М.: Металлургия, 1986.- 544 с). Проте цей спосіб при заданій міцності не завжди забезпечує необхідну пластичність і ударну в'язкість. Відомий спосіб термообробки доевтектоїдних сталей (прийнятий за найближчий аналог), що включає нагрів до температури Ас3 + (30-50 °С), витримку 1-2 хв/мм товщини сталі, охолоджування до кімнатної температури і відпускання (Гуляев А.П. Металловедение / А.П. Гуляев.- М.: Металлургия, 1986.- 544 с). Цей спосіб термообробки дозволяє отримати підвищену пластичність і ударну в'язкість, але не завжди можуть бути досягнуті необхідна міцність унаслідок розпаду мартенситу і/або бейніту. У основу винаходу поставлена задача розробки способу термообробки доевтектоїдних сталей, у якому нові умови виконання термообработки дозволяють отримати комплекс підвищених механічних властивостей у порівнянні з відомим способом. Для вирішення поставленої задачі в способі термообробки, що включає нагрів до температури Ас3 + (30-50 °С), витримку 1-2 хв/мм товщину сталі, подальше охолоджування до кімнатної температури. Відповідно до винаходу перед охолоджуванням до кімнатної температури сталь переохолоджують на повітрі до температури Ас і + (30-50 °С), витримують 40-90 хв. при цій температурі. При цьому залежно від необхідних властивостей охолодження до кімнатної температури проводять в різних середовищах на повітрі, воді, маслі, розплаві солей та ін. Крім того, у разі здобуття у структурі мартенситу і бейніту здійснюють відпускання. Це дозволяє отримати підвищений рівень міцнісних, пластичних властивостей і ударної в'язкості. Така послідовність операцій обумовлена наступним. Нагріваючи до температури Ас3 + (3050°С) забезпечують здобуття дрібного зерна аус (19) UA (11) 95409 (13) C2 (21) a201009842 (22) 09.08.2010 (24) 25.07.2011 (46) 25.07.2011, Бюл.№ 14, 2011 р. (72) МАЛІНОВ ЛЕОНИД СОЛОМОНОВИЧ, МАЛІНОВА ДАР'Я ВОЛОДИМИРІВНА (73) ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) SU 1 515 714 A1, 10.12.1996 UA 10 127 U, 15.11.2005 UA 79 717 C2, 10.07.2007 UA 48 647 U, 25.03.2010 RU 2 087 549 C1, 20.08.1997 WO 00/39352 A2, 06.07.2000 EP 0 900 851 B1, 05.12.2001 JP 03-253511 A, 12.11.1991 3 95409 теніту. Вища температура нагріву наводить до зростання зерна аустеніту, а нижча - не забезпечує повної перекристалізації. Дрібнозернистість аустеніту забезпечує велику протяжність міжзеренних границь. Переохолодження сталі до температури Ас3+(30-50 °С) і витримка 40-90 хв викликає дифузійний перерозподіл легуючих елементів між  і  фазами і збагачення останньою аустенітутворюючими елементами (вуглецем, марганцем та ін.), що містяться в сталі. Цьому сприяє велика протяжність міжзеренних границь. Нижча температура, ніж Ас3 + (30-50 °С), вимагає більш тривалих витримок, що знижує продуктивність термообробки, а вищий нагрів - зменшує концентрацію легуючих елементів в аустеніті. Менша витримка, ніж 40 хв не достатня для перерозподілу легуючих елементів між  і  фазами, а більша, ніж 90 хв - малоефективна і знижує продуктивність термообробки. Після завершення витримки при температурі Ас3+(30-50 °С) залежно від необхідних властивостей, проводять охолоджування до кімнатної температури в різних середовищах (повітря, вода, масло, розплав солей та ін.). В разі здобуття в структурі сталі мартенситу і бейніту проводять відпускання на необхідну температуру. В результаті отримують дисперсну багатофазну структуру з різним вмістом легуючих елементів в кожній структурній складовій. Утворюється поєднання міцних і пластичних структур, що забезпечують підвищений рівень міцності і пластичності. Дослідження проведені на кафедрі «Матеріалознавство» ПДТУ. Приклад 1 Сталь 20ГЛ, в якій Ас1=720 °С, а Ас3=860 °С, була термооброблена за запропонованим способом: нагрів на 890 °С, витримка 20 хв, переохолодження на повітрі до 760 °С, витримка 60 хв, охолодження до кімнатної температури на повітрі. В результаті набуті наступні механічні властивості: 0,2 = 432МПа, B = 620МПа,  = 35 %,  = 70%, 2 КСU=1,6Мдж/м Після звичайної нормалізації з нагрівом на 890°С, витримкою 20 хв і подальшим охолоджуванням на повітрі набуті нижчі механічні властивості: 0,2 = 408 МПа, B = 562 МПа,  = 22 %,  = 2 50 %, KCU = 1,2 Мдж/м . Приклад 2 Сталь 20ГЛ термооброблена за запропонованим способом: нагрів на 890 °С, витримка 20 хв, переохолодження на повітрі до 760 °С, витримка 60 хв, охолоджування у воді до кімнатної температури, відпускання при 200 °С, витримка 60 хв, охолодження на повітрі до кімнатної температури. Набуті наступні механічні властивості: 0,2 = 1140МПа, B = 1215 МПа,  = 12 %,  = 46 %, 2 KCU = 0,73 МДж/м . Після гартування по звичайному режиму: нагрів на 890 °С, витримка 20 хв, охолодження у воді та аналогічного низького відпускання набуто приблизно тих же міцнісних властивостей при нижчих 4 пластичності і ударній в'язкості: 0,2 = 1130 МПа, B = 1220 МПа,  = 8 %,  = 30 %, KCU = 2 0,35МДж/м . Приклад 3 Сталь 20ГЛ термооброблена за запропонованим способом: нагрів на 890 °С, витримка 20 хв, переохолодження на повітрі до 760 °С, витримка 60 хв, охолодження в розплаві солей до 470 °С, витримка 40 хв, охолодження на повітрі до кімнатної температури. Набуті наступні механічні властивості: 0,2 = 923 МПа, B = 992 МПа,  = 24 %, 2  = 60 %, KCU = 1,78 Мдж/м . Після звичайного ізотермічного гартування: нагрів на 890 °С, витримка 20 хв, охолодження в розплаві солей до 470 °С, витримка 40 хв, охолодження на повітрі до кімнатної температури набуті нижчі механічні властивості: 0,2 = 910 МПа, B = 953 МПа,  = 18 %,  = 50 %, KCU = 1,28 Мдж/м . Приклад 4 Сталь 30ХГСА, в якої Ас1= 760 °С, а Ас3 = 830°С, термооброблена за запропонованим способом: нагрів на 880 °С, витримка 20 хв, переохолодження на повітрі до 790 °С, витримка 60 хв, охолодження на повітрі до кімнатної температури. Набуті наступні механічні властивості: 0,2 = 2 467МПа, B = 697 МПа,  = 25 %,  = 60 %, KCU 2 =1,35 Мдж/м . Після звичайної нормалізації, що включає нагрів на 880 °С, витримку 20 хв, охолодження на повітрі до кімнатної температури, набуто приблизно тих же міцнісних властивостей при нижчих пластичності і ударній в'язкості : 0,2 = 470 МПа, B = 705 МПа,  = 15 %,  = 50 %, KCU = 0,85 Мдж/м . Приклад 5 Сталь 30ХГСА термооброблена за запропонованим способом: нагрів на 880 °С, витримка 20 хв, переохолодження на повітрі до 790 °С, витримка 60 хв, охолодження до кімнатної температури в маслі, відпускання при 200 °С, витримка 60 хв, охолодження на повітрі до кімнатної температури. Набуті наступні механічні властивості: 0,2 = 2 1513МПа, B = 1647 МПа,  = 13 %,  = 52 %, 2 KCU = 1,1 Мдж/м . Після звичайного гартування: нагрів на 880 °С, витримка 20 хв, охолодження в маслі до кімнатної температури і відпускання при 200 °С, витримка 60хв, охолодження на повітрі до кімнатної температури. Ця сталь має нижчі механічні властивості: 0,2 = 1488 МПа, B = 1637 МПа,  = 9%,  = 2 49%, KCU = 0,89 Мдж/м . Приклад 6 Сталь 30ХГСА термооброблена за запропонованим способом: нагрів на 880 °С, витримка 20 хв, переохолодження на повітрі до 790 °С, витримка 60 хв, охолодження в маслі до кімнатної температури, відпускання при 540 °С, витримка 60 хв, охолодження на повітрі до кімнатної температури. Набуті наступні механічні властивості : 0,2 = 5 95409 870МПа, B = 970 МПа,  = 23 %,  = 62 %, KCU 2 = 1,2 Мдж/м . Після звичайного поліпшення по режиму: нагрів на 880 °С, витримка 20 хв, охолодження в маслі до кімнатної температури, відпускання 540 °С, витримка 60 хв, охолодження на повітрі до кімнат Комп’ютерна верстка Мацело В. 6 ної температури набуті нижчі механічні властивості: 0,2 = 847МПа, B = 943МПа,  =19 %,  = 2 59%, KCU = 0,9 Мдж/м : Наведені приклади показують ефективність запропонованого способу. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601