способ изготовления ультрамелкозернистых листов из коррозионно-стойких ферритоаустенитных сталей

Формула изобретения

1 Способ изготовления ультрамелкозернистых листов из коррозионно-стойких ферритоаустенитных сталей, пригодных для сверхпластической формовки деталей сложной формы, включающий горячую прокатку, холодную прокатку и нагрев до 900 1000С в течение 10 30 мин, отличающийся тем, что заготовку перед горячей прокаткой нагревают до температуры на 10 50С выше температуры полного растворения аустенита, деформацию оканчивают при температуре на 200

250С ниже температуры минимальной устойчивости переохлажденного феррита, горячекатаный лист подвергают гетерогенизационному отжигу при температуре на 5 150С ниже температуры минимальной устойчивости феррита в течение времени, необходимого для выделения 25 40 об. аустенита и затем прокатывают с обжатием 50 80%

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, преимущественно к термической обработке и обработке давлением металлов, и предназначено для изготовления сверхпластичных листов из коррозионностойких феррито-аустенитных сталей.

В металлургии известны способы получения холоднокатаных листов, обладающих высокой способностью к деформации, из двухфазных сталей. Например, обработка, включающая горячую прокатку, холодную прокатку, отжиг при 730 - 850^oС и быстрое охлаждение со скоростью 30 300^oС/с [1] Однако получаемый указанным способом лист не обладает достаточным запасом пластичности при повышенных температурах и, следовательно, не в состоянии подвергаться большим степеням деформации без разрывов.

Другие известные способы улучшения пластичности двухфазной стали при повышенных температурах представлены в обзорной информации (Шалимова А.В. Наумова Н.И. Алалыкин А.А. Сверхпластичность сталей и сплавов на основе железа: Обзор. информ. Ин-т "Черметинформация". М. 1988, с. 17 18). Один из них включает горячую прокатку при температуре 1250 1200^oС с последующим отжигом при температуре 900^oС. При данном способе в стали формируется относительно грубозернистая структура и уровень пластических характеристик получаемого листа недостаточен для СПФ деталей более или менее сложной конфигурации. По другому способу, дающему лучшие показатели сверхпластичности, сталь закаливают в воде с температуры 1250^oС, подвергают холодной прокатке с большим обжатием (80%) и затем проводят рекристаллизационный отжиг при температуре 900 950^oС или нагрев под СПД до той же температуры. Промышленное использование этого способа затруднено необходимостью проведения операции закалки крупногабаритных заготовок с высокой температуры. Кроме того, листы, полученные этим способом, имеют сильную анизотропию показателей сверхпластичности, что приводит к образованию на поверхности отформованных деталей деформационного рельефа. Таким образом, известные способы изготовления листов для сверхпластической формовки отличаются высокой трудоемкостью и низким качеством продукта.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ, запатентованный в США [2] который включает горячую деформацию с температуры 1205^oС и последующую холодную прокатку с обжатием 64% (табл. II, спл. 2). При нагреве листов под СПД (до температуры 900 - 1000^oС) происходит формирование ультрамелкозернистой структуры за счет одновременного прохождения процессов рекристаллизации и распада сильно наклепанного феррита и сталь становится сверхпластичной. Недостатком этого способа является относительно неравноосная структура в листах, обуславливающая сильную анизотропию показателей сверхпластичности, а также сильная зависимость параметров получаемой структур и свойств от колебаний химического состава стали в пределах марки.

Предлагаемый способ изготовления ультрамелкозернистх листов из коррозионностойких феррито-аустенитных сталей, пригодных для сверхпластической формовки деталей сложной формы, включающий горячую прокатку, холодную прокатку и нагрев до температур 900 1000^oС в течение 10 30 минут, отличающийся тем, что заготовку перед горячей прокаткой нагревают до температуры на 10 - 15^oС выше температуры полного растворения аустенита (Т_sol), деформацию оканчивают при температуре на 200 250^oC ниже температуры минимальной устойчивости переохлажденного феррита (Т_tr), охлаждают со скоростью, обеспечивающей сохранение переохлажденного феррита, горячекатаный лист подвергают гетерогенизационному отжигу при температуре на 5 150^oС ниже температуры минимальной устойчивости феррита в течение времени, необходимого для выделения 25 40 об. аустенита и затем прокатывают с обжатием 50 80%

Нагрев до температуры на 10 50^oС выше Т_sol перед горячей прокаткой обеспечивает наличие в стали однофазной ферритной структуры. В процессе горячей прокатки по мере снижения температуры листа феррит становится неравновесным. Горячая прокатка проводится таким образом, чтобы прокат подстуживался со скоростью, большей критической, и распад переохлажденного феррита либо подавлялся, либо происходил при температуре не выше (Т_tr - 200^oС). Горячекатаный лист подвергают отжигу при температуре (Т_tr-5^oС)>T_отж> (T_tr 150^oC). Длительность отжига выбирается в зависимости от температуры и должна гарантировать выделение аустенита в количестве 25 40 об. в виде дисперсных включений. В присутствии частиц аустенита деформация при холодной прокатке носит неравномерный характер, при последующем нагреве под СПД в листовой заготовке формируется структура с ультрамелким равноосным зерном. Это обеспечивает высокий уровень и изотропность показателей сверхпластичности. При более высокой, чем заявляется температуре отжига аустенит выделяется в грубой форме, что приводит к снижению технологической пластичности при холодной прокатке и ухудшению показателей сверхпластичности. Снижение температуры отжига нижеуказанных в заявке пределов неоправданно удлиняет время, необходимое для выделения требуемого количества аустенита, и может приводить к образованию нежелательных фаз, снижающих пластичность стали. Выделение при отжиге аустенита в меньшем, чем заявляется количестве не дает положительного эффекта. Использование при отжиге больших выдержек приводит к огрублению выделений аустенита, что снижает пластичность сплава и затрудняет его холодную прокатку.

Холодная прокатка со степенью 50 80% создает повышенную плотность дислокаций, необходимую и достаточную для протекания рекристаллизации при последующем нагреве. Деформация приводит к вытягиванию зерен феррита и частиц аустенита, что способствует формированию более мелкозернистой структуры. Использование прокатки с обжатием менее 50% не создает достаточной движущей силы для формирования ультрамелкого зерна при рекристаллизации и не обеспечивает требуемого уровня показателей сверхпластичности. При обжатиях более 80% происходит снижение деформируемости стали при прокатке, развиваются трещины по кромке листа, что уменьшает выход годного.

Пример осуществления

Коррозионностойную феррито-аустенитную сталь 03Х26Н6 промышленной выплавки обработали в соответствии с предлагаемым способом и способом-прототипом. Химический состав стали приведен в таблице 1.

В таблице 2 представлены температура полного растворения аустенита стали данных плавок (Т_sol), температура наименьшей устойчивости переохлажденного феррита (T_tr), а также температурные и временные интервалы обработки стали в соответствии с предлагаемым способом. Степень превращения определяли по изменению намагниченности насыщения стали после отжига. Долю превращенного объема определяли как отношение текущего количества аустенита к равновесному.

Показатели сверхпластичности определяли по результатам испытаний плоских образцов, вырезанных параллельно (индекс ) и перпендикулярно (индекс ) направлению прокатки листа. В качестве характеристики анизотропии относительного удлинения () использовали отношение .

Пример А1 (нижний предел)

Лист из стали плавки А, полученный обработкой по режиму: нагрев до 1240^oС, горячая прокатка, смотка в рулон (укладка в стопу) при 670^oС, охлаждение на воздухе, отжиг при температуре 770^oС в течение 19 минут, холодная прокатка с обжатием 50% имел = 980%, а K= 0,97.

Пример А2 (верхний предел)

Относительное удлинение листа из стали плавки А, полученного обработкой по режиму: нагрев до 1280^oС, горячая прокатка, смотка в рулон при 720^oС, охлаждение на воздухе, отжиг при температуре 915^oС в течение 12 минут, холодная прокатка с обжатием 80% составило d = 1000%, K= 1,0.

Пример А3

Горячекатаный лист из стали плавки А, полученный прокаткой с 1260^oС, смотали в рулон при 700^oС. Режимы отжига, холодной прокатки и свойства листов при 950^oС приведены в таблице 3.

Пример А4 (запредельные режимы)

Вариант А4.1 При горячей прокатке с температуры 1300^oС на поверхности листа из стали плавки А образовались множественные дефекты в виде плен. Сохранение дефектов при дальнейшей обработке (режим 3.3 таблицы 3) привело к снижению выхода годного листа с 90% до 55% При этом лист имел следующие свойства: d = 800%, K= 0,8.

Вариант А4.2

Лист из стали плавки А, изготовленный по режиму: нагрев до 1220^oС, горячая прокатка, далее варианту 3.3 (см. табл. 3) имел d = 600%, K= 0,7.

Вариант А4.3

Горячекатаный лист из стали плавки А, изготовленный как в примере 3, обработали по режимам, указанным в таблице 4. Там же приведены показатели сверхпластичности полученных листов.

Пример 5 (способ-прототип)

После обработки по режиму горячая прокатка при 1205^oС, холодная прокатка с обжатием 64% относительное удлинение листа из стали плавки А составило d = 570%, K= 0,5.

В результате обработки стали плавки В по тому же режиму получен лист с относительным удлинением d = 985%, K= 0,95, но при этом в процессе горячей прокатки наблюдалось растрескивание кромок, снизившее выход годного листа на 20%

Пример В

Лист из стали плавки В после горячей прокатки с 1360^oС, смотали в рулон при 700^oС. Режимы отжига, холодной прокатки и свойства листов при 950^oС приведены в таблице 5.

Из приведенных данных следует, что по сравнению с известными способами, обработка в соответствии с предлагаемым способом обеспечивает изготовление сверхпластичных листов с высокой пластичностью, формуемостью и изотропным относительным удлинением вне зависимости от колебаний химического состава в пределах марки и позволяет исключить труднореализуемую в промышленных условиях операцию закалки крупногабаритных заготовок в воде с высоких температур. Предлагаемый способ применим при изготовлении листов как полистной, так и рулонной прокаткой. применение данного способа изготовления сверхпластичных листов из коррозионностойкой феррито-аустенитной стали обеспечивает повышение качества листов за счет уменьшения анизотропности и увеличения относительного удлинения, что в целом существенно повышает экономические показатели процессов сверхпластичной формовки, позволяет расширить ее область применения для изготовления деталей более сложной формы.