способ термической обработки заготовок из сталей

Формула изобретения

Способ термической обработки заготовок из сталей преимущественно бейнитного класса, включающий охлаждение после горячей деформации, выдержку в колодце и окончательное охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что охлаждение после деформации ведут сначала до Ac₁ (20 30)^oС со скоростью 15 60^oС/мин, затем до температуры на 10 20^oС выше конца ферритоперлитных превращений со скоростью 1,0 4,5^oС/мин, а охлаждение в колодце осуществляют в течение 10 30 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к способу термической обработки для удаления водорода и повышения пластичности в сталях, преимущественно бейнитного класса.

Известен способ термической обработки для удаления водорода из заготовок сталей [1] включающий охлаждение их на воздухе с нерегулируемой скоростью с температуры конца горячей пластической деформации до 500 600^oC, выдержку, замедленное охлаждение в неотапливаемых колодцах в течение не менее 45 ч с последующим охлаждением на воздухе.

Однако известный способ не обеспечивает эффективного удаления водорода из сталей, поскольку в сталях бейнитного класса при температурах 500 600^oC характерна высокая устойчивость переохлажденного аустенита, и в условиях замедленного охлаждения за период выдержки в неотапливаемых колодцах скорость диффузии водорода слишком мала, а растворимость водорода в аустените большая, в результате чего происходит лишь перераспределение его в объеме металла. Поэтому наличие в заготовках избыточного водорода приводит к ухудшению пластических и вязких свойств готового проката, образованию поперечных и продольных трещин, разрушению стержней под собственным весом и требует немедленной обезводороживающей обработки, что в современных условиях массового производства трудноосуществимо.

Известен способ термической обработки для удаления водорода из заготовки сталей бейнитного класса [2] включающий охлаждение заготовок после горячей пластической деформации со скоростью 3 6^oC/мин до температуры на 30 - 50^oC ниже окончания перлитного превращения, выдержку в колодцах в течение 15 20 ч с последующим охлаждением на воздухе.

Основным недостатком этого способа является замедленная диссорбция водорода из-за наличия в структуре стали большого количества аустенитной составляющей, приводящее, в конечном счете, к снижению пластичности и вязкости готовой продукции и образованию трещин из-за избыточного количества диффузионно-подвижного водорода.

Известный способ удаления водорода из заготовок сталей бейнитного класс наиболее близкий по технической сущности к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

Задача изобретения состоит в разработке способа термической обработки, направленного на достижение технического результата: удаление водорода, повышение пластичности, исключение трещинообразования, повышение относительного удлинения, увеличение угла загиба в холодном состоянии, повышение ударной вязкости.

Указанный технический результат достигается тем, что заготовки стали после пластической деформации охлаждают сначала со скоростью 60 15^oC/мин до температуры T A_с1 (плюс 20 минус 30)^oC, затем со скоростью 1,0 4,5^oC/мин до температуры на 10 20^oC выше конца ферритно-перлитных превращений с последующей выдержкой в неотапливаемых колодцах в течение 10 30 ч с последующим охлаждением на воздухе.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленный способ отличается от известного скоростями охлаждения как до, так и в зоне A_c1 (плюс 20 минус 30)^oC, а также температурой ковша охлаждения на 10 30^oC выше зоны ферритно-перлитных превращений.

Таким образом, заявленный способ соответствует условию патентоспособности "новизна".

Совокупность признаков заявленного способа позволяет достичь указанный технический результат. В способах, приведенных в дополнительных источниках информации, указанный технический результат не достигается. Таким образом, заявленный способ соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Пример 1. Заготовки диаметром 70 мм из стали 20ХГ2Т бейнитного класса с температуры конца прокатки 1020^oC до температуры 760^oC, (A_c1 + 20^oC), охлаждали со скоростью 15^oC/мин, затем собирали в переносной "карман" в плотно уложенный пакет и проводили последующее охлаждение со скоростью 45^oC/мин до температуры 660^oC, (+20^oC конца области ферритно-перлитных превращений), а затем весь металл плавки уложили в неотапливаемые колодцы и с закрытыми крышками охлаждали в течение 10 ч.

Готовый сортовой прокат (арматурные стержни диаметром 14 мм) без дополнительной обезводораживающей обработки имел высокую пластичность (₅=12-18,5% загиб в холодном состоянии 180^o при C 3d), ударная вязкость KCU при плюс 20^oC равна 10 12 H/мм², а при минус 60^oC 41,5 6 H/мм².

Продольных и поперечных трещин после прокатки и хранения на складе не обнаружено.

Пример 2. Заготовку диаметром 90 мм из стали 22Х2Г2СР после горячей пластической деформации с температуры конца прокатки 1050^oC охлаждали в потоке воздушной смеси при расходе воды 8 м³/ч и давлении воздуха 1,8 атм со скоростью 25^oC/мин до температуры 745^oC (A_c1 - 30^oC). После этого металл собирали в переносный "карман" и приводили в принудительное управляемое охлаждение со скоростью 3^oC/мин до температуры 630^oC (+10^oC конца зоны ферритно-перлитных превращений), а затем заготовки всей плавки плотно уложили в неотапливаемые колодцы и с закрытыми крышками охлаждали в течение 20 ч.

Готовый сорт без дополнительной обезводораживающей обработки имел высокую пластичность (₅=10-16% загиб в холодном состоянии 180^o при C 3d), ударная вязкость КС при +20^oC равна 11,2 11,8 Дж/см², а при минус 60^oC 4,6 7,2 Дж/см². Продольных и поперечных трещин после прокатки и хранения на складе не обнаружено.

Температуру и скорость охлаждения всего опытного металла контролировали по закладной термопаре. Пробы на содержание водорода отбирали сразу после прокатки и после конца охлаждения в неотапливаемых колодцах. Для исключения диффузионных процессов образцы для определения водорода после горячей пластической деформации с температуры конца прокатки закаливали в воде и до начала анализа хранили в жидком азоте.

Конкретнее режимы обработки по предлагаемому и известному способам и результаты исследования металла приведены в таблице. В таблице также представлены результаты исследования стали, подвергнутой способам удаления водорода из заготовки:

способом заявляемым,

способом за пределами заявляемого,

известным способом (прототип).

По результатам исследования заявленный способ обладает преимуществом по сравнению с прототипом: повышает пластические свойства и ударную вязкость готовой продукции, исключает в ней трещинообразование.

Приведенные примеры конкретного выполнения заявленного способа подтверждают соответствие условию патентоспособности "промышленная применимость".