CZ2011786A3 - Method of primary heat treatment of formed half-finished products - Google Patents

Abstract

Popisuje se zpusob primárního tepelného zpracování tvárených polotovaru z nelegovaných feriticko-perlitických ocelí s obsahem manganu nad 0,9 % hmotnostních. Tepelné zpracování spocívá v tom, ze po dosazení konecného tvaru polotovaru a následném meziochlazení na vzduchu, je polotovar s teplotou povrchu 150 .degree.C az 550 .degree.C v peci vytemperován na teplotu 350 .degree.C az 500 .degree.C, nacez je anizotermicky zíhán pozvolným ohrevem 4 az 10 .degree.C/hod na zíhací teplotu 600 .degree.C az 650 .degree.C, nacez je pozvolna dochlazen v peci.The method of primary heat treatment of formed semi-finished ferritic-pearlitic steels with manganese content above 0.9% by weight is described. The heat treatment consists in the fact that after the final shape of the semi-finished product is finished and the intercooling is carried out in air, the semi-finished product with a surface temperature of 150 degC to 550 degC is annealed to a temperature of 350 degC to 500 degC. , naciz is anisothermically tempered by gradual heating of 4 to 10 degC / hr at a annealing temperature of 600 degC and 650 degC. The nacin is slowly cooled in an oven.

Description

Způsob primárního tepelného zpracování tvářených polotovarů (57) Anotace:Method of primary heat treatment of wrought blanks (57)

Popisuje se způsob primárního tepelného zpracování tvářených polotovarů z nelegovarých feriticko-perlitických ocelí s obsahem manganu nad 0,9 % hmotnostních. Tepelné zpracování spočívá vtom, že po dosažení konečného tvaru polotovaru anásledném meziochlazení na vzduchu, je polotovar s teplotou povrchu 150 °C až 550 °C v peci vytemperován na teplotu 35 0 °C až 500 °C, načež je anizotermicky žíhán pozvolným ohřevem 4 až 10 °C/hod na žíhací teplotu 600 °C až 650 °C, načež, je pozvolna dochlazen v peci.A method of primary heat treatment of wrought blanks of non-brewed ferritic-pearlitic steels with a manganese content above 0.9% by weight is described. The heat treatment consists in that after reaching the final shape of the workpiece and subsequent intercooling in air, the workpiece with a surface temperature of 150 ° C to 550 ° C is tempered to a temperature of 35 ° C to 500 ° C in the furnace, followed by anisothermal annealing 10 ° C / hour to the annealing temperature of 600 ° C to 650 ° C, after which it is slowly cooled in the oven.

CZ 2011 -786 A3 ««ACZ 2011 -786 A3 «« A

Způsob primárního tepelného zpracování tvářených polotovarůMethod of primary heat treatment of wrought blanks

Oblast technikyTechnical field

Vynálezem je způsob primárního tepelného zpracování tvářených polotovarů z nelegovaných feriticko-perlitických ocelí s obsahem manganu nad 0,9% hmotnostních.The invention is a process for the primary heat treatment of wrought blanks of non-alloy ferritic-pearlitic steels with a manganese content above 0.9% by weight.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Doposud se ocelové tvářené polotovary velkých průřezů po dotváření na konečný tvar tepelně zpracovávají izotermickým žíháním uzpůsobeným s přihlédnutím k tomu, že v nich mohou vznikat vnitřní vlasové trhliny. Tyto polotovary mají v průřezu nejednotné chemické složení, případně i s tím související mikrostruktůru. Zejména polotovary velkých průřezů mají v průřezu nejednotné složení slitiny, jakož i strukturu vzniklou přeměnou austenitu. Tyto rozdílnosti jsou příčinou vzniku vycezenin, které mají podstatně rozdílné chemické složení oproti okolnímu materiálu. Ktvzniku vycezenin značně přispívá přítomnost manganu. Při chlazení tvářeného polotovaru dochází ke vzniku trhlin ve vycezeninách, které lze detekovat ultrazvukovou zkouškou. Pro potlačení vzniku trhlin ve vycezeninách se používá izotermické žíhání v pásmu 550°C až 650°C, při kterém se tvářený polotovar bezprostředně po dohotovení konečného tvaru při teplotě 200i°C až 550°C vsadí do pece vytemperované na teplotu v uvedeném tepelném rozmezí. Tvářený polotovar v peci setrvá po dobu až desítek hodin. Následně se dochlazuje velmi pozvolna v přitápěné peci. Dlouhodobému izotermickému žíhání na teplotě v pásmu 55O°C až 650°C někdy předchází normalizace, od níž se očekává zjemnění austenitického zrna. Proto se klade podle dosavadních zvyklostí důraz na dostatečně dlouhou dobu izotermické výdrže v etapě žíhání a na velmi pomalé následné ochlazování. Dlouhá prodleva při izotermickém žíhání vede ke snížení obsahu vodíku v oceli. Při režimu izotermického žíhání se austenit ve vycezeninách má rozpadat v oblasti perlitického nosu, ale vzhledem k neznámému a proměnnému obsahu manganu v jednotlivých vycezeninách a navíc k výraznému vlivu manganu na polohu Ai a tím i polohy křivky rozpadu austenitu na perlit nebývá vždy teplota předpokládané izotermické přeměny zvolena správně. Pomalé ochlazování vede ke snížení hladiny vnitřních tahových pnutí. Na vývoji tahových pnutí se podílí obsah vodíku v oceli, rychlost ochlazování a možnost transformace austenitu, který se během izotermického žíhání nerozpadl a transformuje až při konečném dochlazování polotovaru. Rychlost ochlazování je podle posledních výzkumů nej častěji příčinou vzniku vlasových trhlin ve vycezeninách tvářených polotovarů velkých průřezů z nelegovaných ocelí se zvýšeným obsahem manganu. Je tomu tak proto, že austenit ve vzniklých vycezeninách je vlivem přítomnosti manganu, který se ve vycezeninách koncentruje, mimořádně stabilní a proces žíhání austenit ve vycezeninách neodstraní. Pro vznik vnitřních vlasových trhlin v průběhu konečného ochlazování tvářeného polotovaru je nejnebezpečnější nesoučasný průběh rozpadu austenitu ve vycezeninách a austenitu v okolním objemu. V závislosti na tavbovém na tavbovém chemickém složení a způsobu výroby oceli mohou mít vycezeniny ležící hluboko pod povrchem tvářeného polotovaru i více jak dvojnásobek obsahu manganu oproti okolnímu objemu. Tvářený polotovar z takového materiálu je tvořen oddělenými objemy ocelí zásadně odlišného chemického složení a tím i zásadně odlišné stability austenitu. Tyto oddělené objemy mají vzájemně odlišné teploty Ai, jakož i jiné křivky izotermického i anizotermického rozpadu austenitu. Dosavadní postupy primárního tepelného zpracování s izotermickou periodou žíhání tuto skutečnost nerespektují.Up to now, the steel wrought blanks of large cross-sections have been heat treated after finishing to the final shape by isothermal annealing adapted to the fact that internal hairline cracks may occur. These blanks have a non-uniform chemical composition in cross-section and possibly a related microstructure. In particular, blanks of large cross-sections have non-uniform alloy composition and cross-sectional austenite structure. These differences give rise to valuations that have a significantly different chemical composition from the surrounding material. The presence of manganese contributes considerably to the formation of valuables. Cooling of the formed blank causes cracks in the debris that can be detected by ultrasonic testing. Isothermal annealing in the range of 550 ° C to 650 ° C is used to suppress crack formation in the sweepings, in which the molded blank is immediately charged to an oven tempered to a temperature within said temperature range immediately after the final shape at 200 ° C to 550 ° C. Wrought blanks remain in the furnace for up to tens of hours. Subsequently, it cools very slowly in a heated oven. Long-term isothermal annealing at a temperature in the range of 55 ° C to 650 ° C is sometimes preceded by normalization, which is expected to refine the austenitic grain. Therefore, according to conventional practice, emphasis is placed on a sufficiently long period of isothermal residence in the annealing phase and on a very slow subsequent cooling. A long delay in isothermal annealing leads to a reduction in the hydrogen content of the steel. In the isothermal annealing regime, austenite should be decomposed in the area of the perlitic nose, but due to the unknown and varying manganese content of the individual remnants and in addition to the significant effect of manganese on the Ai position and hence the austenite decay curve position on perlite chosen correctly. Slow cooling leads to a reduction in the internal tensile stress level. The development of tensile stresses is due to the hydrogen content of the steel, the cooling rate and the possibility of austenite transformation, which did not disintegrate during isothermal annealing and transforms only after the final cooling of the semi-finished product. According to recent researches, the rate of cooling is the most frequent cause of hairline cracks in the wastage of wrought blanks of large cross-sections of unalloyed steels with increased manganese content. This is because austenite in the resulting revaluations is extremely stable due to the presence of manganese, which is concentrated in the revaluations, and does not remove the annealing process of the austenites in revaluations. For the formation of internal hairline cracks during the final cooling of the formed blank, the most dangerous occurrence of austenite decay in the debris and the austenite in the surrounding volume is the most dangerous. Depending on the melt chemical composition and the steel production method, muds deep below the surface of the molded blank may have more than twice the manganese content of the surrounding volume. Wrought blanks of this material consist of separate volumes of steels of substantially different chemical composition and hence substantially different austenite stability. These separate volumes have different Ai temperatures as well as other isothermal and anisothermal austenite decay curves. The prior art methods of primary heat treatment with an isothermal annealing period do not respect this fact.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob podle vynálezu tepelného zpracování tvářených polotovarů z nelegovaných feriticko-perlitických ocelí s obsahem manganu nad 0,9% hmotnostních. Po dotváření konečného tvaru « · polotovaru a následném meziochlazení na vzduchu při teplotě povrchu 15Q°C až 55O?C je polotovar vložen do pece a vytemperován na teplotu 35Q°C až 500°C. Následně se polotovar podrobí pozvolnému ohřevu rychlostí 4 až 1Q°C až na teplotu 600°C až 650°C, načež se pozvolna dochladí v peci. Pro zabránění vzniku trhlin ve vycezeninách není totiž nutné žíhat ocel na nízkou tvrdost, ale zabránit transformaci stabilního austenitu ve vycezeninách na základní strukturu během konečného dochlazování polotovaru. Pří uvedeném anizotermickém žíhání je zaručený rozpad austenitu i ve vycezeninách ještě před tím, než je polotovar konečně dochlazován. Výhodou řešení podle vynálezu je zamezení tvorby vnitřních vlasových trhlin ve vycezeninách optimalizací tepelného zpracování a to uplatněním anizotermického žíhání jako jediné operace po tváření nebo včleněním anizotermického žíhání do složitějšího režimu primárního tepelného zpracování, v obou případech pak s následným pomalým dochlazováním na teplotu dílny. V průběhu pomalém ohřevu dojde k přeměně veškerého austenitu stabilizovaného ve vycezeninách následkem zvýšeného obsahu manganu. V průběhu následného dochlazování tvářeného polotovaru v peci nemohou vznikat zákalné struktury a proto nemůže docházet k superpozici transformačních pnutí na tepelná pnutí, která by byla příčinou stavů napjatosti, při nichž právě ylasové trhliny vznikají. Aplikují-li se režimy primárního vychlazování polotovaru s účastí anizotermického žíhání, je při primárním tepelném zpracování vyloučen vznik bainitu ve vycezeninách ve fázi konečného dochlazování polotovaru. Při anizotermickém žíhání charakterizovaným velmi pozvolným ohřevem se austenit vyskytující se ve vycezeninách rozpadne před etapou konečného dochlazování polotovaru bez ohledu na obsah manganu ve vycezeninách. Je tomu tak proto, že pozvolný ohřev prochází širší teplotní oblastí, ve které se austenit ve vycezeninách s různým obsahem manganu rozpadne buďto na bainit, který se následně popustí, nebo za vyšších teplot na ferit a perlit. Tím se dosáhne nepřítomnosti austenitu ve vycezeninách v etapě konečného dochlazování a zabrání se vzniku vlasových trhlin.These disadvantages are overcome by the process according to the invention of the heat treatment of wrought blanks of non-alloyed ferritic-pearlitic steels with a manganese content above 0.9% by weight. After finishing the final shape of the blank and then cooling it in air at a surface temperature of 15 ° C to 55 ° C, the blank is placed in an oven and allowed to warm to 35 ° C to 500 ° C. Subsequently, the semi-finished product is subjected to a gradual heating at a temperature of 4 ° C to 100 ° C up to a temperature of 600 ° C to 650 ° C, after which it is slowly cooled in an oven. This is because it is not necessary to anneal the steel to a low hardness to prevent crack formation in the crop, but to prevent the transformation of the stable austenite in the crop to the base structure during the final cooling of the blank. With said anisothermal annealing, austenite decomposition is also guaranteed even in liquids before the semi-finished product is finally cooled. The advantage of the solution according to the invention is to prevent the formation of internal hair cracks in the crops by optimizing the heat treatment by applying anisothermal annealing as the only post-forming operation or by incorporating anisothermal annealing into a more complicated primary heat treatment regime. During slow heating, all the austenite stabilized in the debris is converted as a result of the increased manganese content. During the subsequent cooling of the formed blank in the furnace, no hazy structures can arise and therefore there can be no superposition of transformational stresses on thermal stresses, which would cause stress states in which ylase cracks are created. If primary pre-cooling regimes are applied with anisothermal annealing, the formation of bainite in the debris during the primary post-cooling stage is avoided in the primary heat treatment. In anisothermal annealing characterized by very slow heating, the austenite occurring in the crop is broken down before the final cooling stage of the semi-finished product, regardless of the manganese content of the crop. This is because the gradual heating passes through a wider temperature range in which austenite breaks down in either manganese-prone muds to either bainite, which is subsequently dissolved, or at higher temperatures to ferrite and perlite. This achieves the absence of austenite in the scalp at the final aftercooling stage and prevents hairline cracks.

Anizotermické žíhání za účelem potlačení vzniku trhlin ve vycezeninách se může uplatnit jak samostatně, tak i ve složitějších režimech primárního tepelného zpracování tvářených polotovarů. S cílem zjemnit austenitické zrno a dosáhnout rovnoměrných vlastností je výhodné aplikovat anizotermické žíhání po předcházející normalizaci.Anisothermal annealing in order to suppress crack formation in the crop can be applied both individually and in more complex modes of primary heat treatment of wrought blanks. In order to refine the austenitic grain and achieve uniform properties, it is preferable to apply anisothermal annealing after prior normalization.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Příklad 1Example 1

Tvarově dohotovený výkovek o průměru 600mm z nelegované feritickoperlitické oceli o tavbovém hmotnostním chemickém složení 0,17% uhlíku, 1,1% manganu, 0,25% křemíku, 0,007% fosforu a 0,001 síry, o teplotě povrchu 400i°C se založí do žíhací pece s teplotou 500°C a po vyrovnání teplot mezi povrchem a středem se následně se ohřeje rychlostí 6°C/hod na žíhací teplotu 650i°C, načež se pozvolna dochladí v peci na teplotu dílny.600 mm diameter forged non-alloy ferritic-perforated steel with a melting chemical composition of 0.17% carbon, 1.1% manganese, 0.25% silicon, 0.007% phosphorus and 0.001 sulfur, with a surface temperature of 400 ° C The furnace having a temperature of 500 ° C, and after leveling between the surface and the center, was subsequently heated at a rate of 6 ° C / hour to an annealing temperature of 650 ° C, then cooled slowly in the furnace to the workshop temperature.

Příklad 2 /Example 2 /

Tvarově dohotovený výkovek o průměru 850mm z nelegované feritickoperlitické oceli o tavbovém hmotnostním chemickém složení 0,20% uhlíku, 1,4% manganu, 0,27% křemíku, 0,009% fosforu a 0,001 síry, o teplotě povrchu 400^0 se založí do žíhací pece s teplotou 500°C a po vyrovnání teplot mezi povrchem a středem se následně se ohřeje rychlostí 5°C/hod na žíhací teplotu 650°C, načež se pozvolna dochladí v peci na teplotu dílny.Forged 850 mm diameter forged non-alloy ferritic-perforated steel with a melting chemical composition of 0.20% carbon, 1.4% manganese, 0.27% silicon, 0.009% phosphorus and 0.001 sulfur, with a surface temperature of 400 ^ 0 is placed in the annealing the furnace having a temperature of 500 ° C and after equilibrating the temperatures between the surface and the center is subsequently heated at a rate of 5 ° C / hour to an annealing temperature of 650 ° C, then cooled slowly in the furnace to the workshop temperature.

Příklad 3Example 3

Tvarově dohotovený výkovek o průměru 760inm z nelegované feritickoperlitické oceli a tavbového hmotnostního chemického složení 0,19% uhlíku, 1,2% manganu, 0,25% křemíku, 0,008% fosforu a 0,001 síry, o teplotě povechu t * « · í iForged 760inm diameter forged non-alloy ferritic-perforated steel with a melting chemical composition of 0.19% carbon, 1.2% manganese, 0.25% silicon, 0.008% phosphorus and 0.001 sulfur, with a surface temperature t

400°C se normalizuje z teploty 95O°C na vzduchu a při dosažení povrchové teploty 350°C se založí do žíhací pece s teplotou 500°C a po vyrovnání teplot mezi povrchem a středem se následně ohřeje rychlostí 7°C/hod na žíhací teplotu 650°C, načež se pozvolna dochladí v peci na teplotu dílny.400 ° C is normalized from 95 ° C in air and, when the surface temperature reaches 350 ° C, it is placed in an annealing furnace at 500 ° C and after temperature equalization between the surface and the center it is subsequently heated at 7 ° C / h to the annealing temperature. 650 ° C, whereupon it is slowly cooled to the workshop temperature in an oven.

Příklad 4Example 4

Tvarově dohotovený výkovek o průměru 820mm z nelegované feritickoperlitické oceli a tavbového hmotnostního chemického složení 0,22% uhlíku, 'X j,Forged 820 mm diameter forged non-alloy ferritic-perforated steel with a melting chemical composition of 0.22% carbon,

1,25% manganu, 0,28% křemíku, 0,009% fosforu a 0,002 píry, o teplotě povrchu 400PC se normalizuje z teploty 950°C na vzduchu a při dosažení povrchové teploty 350i°C se založí do žíhací pece s teplotou 500°C a po vyrovnání teplot mezi povrchem a středem se následně ohřeje rychlostí 5°C/hod na žíhací teplotu 650°C, načež se pozvolna dochladí v peci na teplotu dílny.1.25% manganese, 0.28% silicon, 0.009% phosphorus and 0.002 filaments, with a surface temperature of 400PC, are normalized from 950 ° C in air and are placed in an annealing furnace at 500 ° C when the surface temperature reaches 350 ° C and after equilibrating the temperatures between the surface and the center, it is subsequently heated to a annealing temperature of 650 ° C at a rate of 5 ° C / hour, and then slowly cooled to the shop temperature in the furnace.

* ·* ·

β ·*β · *

4· a «·4 · a «·

Claims (1)

« « · · · ·«« · · · · Patentové nárokyPatent claims 1. Způsob primárního tepelného zpracování tvářených polotovarů z nelegovaných feriticko-perlitických ocelí s obsahem manganu nad 0,9% hmotnostních, vyznačující se tím, že po dosažení konečného tvaru polotovaru a následném meziochlazení na vzduchu, je polotovar s teplotou povrchu 150°C až 550°C v peci vytemperován na teplotu 35Q°C až 500°C, načež je anizotermicky žíhán pozvolným ohřevem 4 až lQ°C/hod na žíhací teplotu 600°C až 650°C, *Method for the primary heat treatment of wrought blanks of non-alloyed ferritic-pearlitic steels with a manganese content of over 0.9% by weight, characterized in that after reaching the final shape of the blank and subsequent intercooling in air, the blank has a surface temperature of 150 ° C to 550 ° C in the furnace is brought to a temperature of 35 ° C to 500 ° C, after which it is anisothermally annealed by gradual heating of 4 ° C to 10 ° C / hour to a annealing temperature of 600 ° C to 650 ° C, * načež se pozvolna dochlazen v peci.and then slowly cooled in the oven.