CZ301718B6

CZ301718B6 - Zpusob zpracování ocelového polotovaru nad teplotou Ac1

Info

Publication number: CZ301718B6
Application number: CZ20090215A
Authority: CZ
Inventors: Stejskal@Ondrej
Original assignee: Comtes Fht A.S.
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2010-06-02
Also published as: DE102009060015A1; CZ2009215A3; AT508101B1; AT508101A1

Abstract

Pri zpusobu zpracování ocelového polotovaru nad teplotou Ac.sub.1.n. zejména vetšího prurezu, pro zjemnení zrna a/nebo pro vytvorení mikrostruktury složené z feritické matrice a sferoidizovaných karbidu, se ocelový polotovar pozvolným ohrevem ohreje maximálne na teplotu Ac.sub.1.n., nacež se podrobí mechanickému tvárení plastickou deformací ke zvýšení teploty ocelového polotovaru nad teplotu Ac.sub.1.n. úcinkem mechanické energie dodané tvárením. Následne se ocelový polotovar bežným zpusobem ochladí.

Description

Způsob zpracování ocelového polotovaru nad teplotou Aci

Oblast techniky

Vynález řeší způsob zpracování ocelového polotovaru nad teplotou Aci, zejména většího průřezu, pro zjemnění zrna a/nebo pro vytvoření mikrostruktury složené z feritické matrice a sferoidizovaných karbidů.

io

Dosavadní stav techniky

Běžné způsoby žíhání ocelových polotovarů pro zjemnění zrna nebo pro vytvoření mikrostruktury složené z feritické matrice a sferoidizovaných karbidů, tedy globulámího perlitu, vyžadují t5 dlouhodobé žíhání ocelových polotovarů tak, aby požadovaná teplota byla v celém průřezu konstantní. U ocelových polotovarů větších průřezů je běžné žíhání i několikahodinové. Problémem zůstává, že teplota se ohřevem v peci mění rychleji na povrchu než uvnitř průřezu ocelového polotovaru. Nejen z tohoto důvodu je žíhání dlouhodobé. Při dlouhodobém žíhání těsně pod teplotu Aci, které musí být i několikahodinové, vznikají sferoidizované karbidy ve feritické matrici.

Takový postup lze urychlit kolísáním teploty ocelového polotovaru kolem Aci, nicméně teplota se mění především na povrchu a dovnitř průřezu proniká jenom pozvolna. Následně se ocelový polotovar pozvolna plynule ochlazuje, což je zárukou získání jemného globulámího perlitu. Takový postup nepřináší rovnoměrnou mikrostrukturo v celém průřezu, neboť její vznik byl ovlivněn rozdílnými podmínkami na povrchu a uvnitř polotovaru, zejména u větších průřezů.

Podstatně rychleji se vytvoří mikrostruktura složená z feritické matrice a sferoidizovaných karbidů, když se ocelový polotovar žíhá nad teplotu Aci s následným pomalým vychlazováním. Rovněž u tohoto postupuje nezbytné polotovar žíhat dlouhodobě. Při tomto postupu austenizace perlitu s omezenou homogenizací austenitu zajišťuje dostatečné množství zárodků, ze kterých ochla30 zováním vznikají jemné a rovnoměrně rozptýlené globulámí karbidy. Následně se jako výše popsaného způsobu ocelový polotovar pozvolna plynule ochlazuje, což je zárukou získání jemného globulámího perlitu. Sferoidizovaná struktura je spojena s poklesem tvrdosti a pevnostních vlastností materiálu.

Ve způsobu popsaném v patentu US 6 190 472 je žíhání vysokouhlíkaté oceli realizováno náhřevem na teplotu Acj - 20 °C, po kterém následuje náhřev na teplotu Acj + 20 °C nebo i vyšším s následným rychlým ochlazením pod teplotu Aci. Dalším krokem je náhřev oceli na teplotu Aci + 20 °C a výše, ochlazení na 740 °C s následným ochlazením na 690 °C rychlostí 3,5 °C/min. nebo menší na pokojovou teplotu. Tento postup výrazně zkracuje dobu žíhání a byl ověřen u výroby trubek při uplatnění průběžné žíhací peci. Ú ocelových polotovarů většího průřezu ztrácí na efektivitě v důsledku teplotního gradientu do průřezu polotovaru.

Obdobně je popsané urychlení sferoidizace feritů v ložiskové vysokouhlíkaté oceli legované chrómem ve spisu JP 04103715. Tepelné zpracování se skládá z ohřevu na teplotu 780 až 820 °C a následného ochlazení pod teplotu Aci rychlostí méně než 200 °C/h. Dále následuje ohřev na teplotu v rozmezí Aci až Acj + 40 °C, ochlazení pod teplotu Act rychlostí menší než 200 °C/h, náhřev na teplotu Aci až Ac₍ + 40 °C a ochlazení pod teplotu Ac₍ rychlostí menší než 75 °C/h.

Společným nedostatkem výše uvedených způsobů žíhání je a to i u ocelových polotovarů menso ších průřezů, že ohřev musí být dlouhodobý s následným pomalým řízeným ochlazováním a ani tím není zaručeno rovnoměrné prohřátí celého průřezu ocelového polotovaru.

Podstata řešení

Způsob zpracování podle vynálezu ocelového polotovaru nad teplotou Acj, zejména většího prů5 řezu, pro zjemnění zrna nebo pro vytvoření mikrostruktury složené z feritické matrice a sferoidizovaných karbidů spočívá v tom, že ocelový polotovar se ohřeje maximálně na teplotu Ac_t, načež se podrobí tváření plastickou deformací ke zvýšení teploty ocelového polotovaru nad teplotu Ac₍účinkem mechanické energie dodané tvářením a následně se ocelový polotovar běžným způsobem ochladí. Tvářením je do ocelového polotovaru vnesena deformace, jejíž mechanická energie způsobí ohřev ocelového polotovaru nad teplotu Aci a to v celém jeho průřezu. Následné ochlazení pak proběhne běžným postupem odpovídajícím příslušnému materiálu. Tímto postupem dojde ke zjemnění zrna a je vytvořena mikrostruktura složená z feritické matrice a sferoidizovaných karbidů. Dojde tím jednak k extremnímu zkrácení času tepelného zpracování a dále k výraznému zlepšení mechanických vlastností a to v celém průřezu ocelového polotovaru.

Pro zlepšení přechodu lamelámího perlitu na globulámí je vhodné, když se ocelový polotovar podrobí mechanickému tváření ke zvýšení teploty ocelového polotovaru nad teplotu Aci a následně běžným způsobem pozvolna ochladí pod teplotu Ac_t opakovaně.

Přehled obrázků na výkresech

Na přiloženém obrázku obr.l je znázorněn diagram znázorňující ohřev ocelového polotovaru pod teplotu Aci v žíhací peci a následné zvýšení teploty nad Act mechanickým tvářením pod kovacím lisem a na obr.2 je znázorněn diagram znázorňující opakovaný ohřev ocelového polotovaru pod teplotu Aci v žíhací peci a následné opakované zvýšení teploty nad Aci mechanickým tvářením pod kovacím lisem.

Příklady provedení vynálezu

Příklad I

Polotovar z ocele o složení C 0,44 % hmotnostních, Mn 0,75 % hmotnostních, Si 0,36 % hmotnostních, P 0,01 % hmotnostních, S 0,007 % hmotnostních, Cr 0,27 % hmotnostních, Ni 0,07 % hmotnostních, Cu 0,06% hmotnostních, Al 0,009% hmotnostních, B 0,001 % hmotnostních, o mechanických vlastnostech: vrubová houževnatost KCV mini 45 J/cm², smluvní mez kluzu Rp02 ~ 490 Mpa, mez pevnosti Rm = 670 Mpa, tažnost As - 23 %, o střední velikosti austenitické40 ho zrna 29 pm se ohřeje v peci na teplotu 710 °C, což je 15 °C pod teplotu Aci, načež se podrobí mechanickému tváření pod lisem o poměrné deformaci ε = 60 %. Tím došlo ke zvýšení teploty nad teplotu Aci přibližně o 40 °C v celém průřezu polotovaru. Poté se polotovar volně ochladil na vzduchu, čímž se získaly následné mechanické vlastnosti: vrubová houževnatost KCV mini 62J/cm², smluvní mez kluzu Rp02 = 560 MPa, mez pevnosti Rm = 670 MPa, tažnost A₅= 19 % za současného zjemnění zrna na střední velikost 2pm.

Příklad 2 so Polotovar z ocele o složení C 0,42 % hmotnostních, Mn 0,57 % hmotnostních, Si 1,99 % hmotnostních, P 0,01 % hmotnostních, S 0,004 % hmotnostních, Cr 1,27 % hmotnostních, Ni 0,07 % hmotnostních, Cu 0,06% hmotnostních, Al 0,009 % hmotnostních, B 0,001 % hmotnostních o mechanických vlastnostech: vrubová houževnatost KCV mini 13 J/cm², smluvní mez kluzu Rp02 = 470 MPa, mez pevnosti R_m = 895 MPa, tažnost A₅= 16 % a se vstupní mikrostrukturou tvořenou proeutektoidním feritem s vysokým objemovým podílem lamelámího perlitu, se ohřeje

-2CZ 301718 B6 v peci po dobu 40 minut na teplotu 780 °C, což je přibližně teplota těsně pod Ac_l5 načež se podrobí mechanickému tváření volným kováním o poměrné deformaci ει =65 %. Tím došlo ke zvýšení teploty nad teplotu Aci přibližně o 40 °C v celém průřezu polotovaru. Poté se polotovar volně ochladil na vzduchu, Čímž došlo ke vzniku globulámího perlitu ve feritické matrici o nás5 ledujících mechanických vlastnostech: vrubová houževnatost KCV mini 21 J/cm², smluvní mez kluzu Rpo2 = 590 MPa, mez pevnosti R„, = 860 MPa a tažnost A5= 19 %. Takto zpracovaný polotovar se opět ohřeje v peci po dobu 40 minut na teplotu 780 °C, načež se podrobí mechanickému tváření volným kováním o poměrné deformaci ε2 =65 %, čímž dochází ke zvýšení teploty přibližně nad Ac) o 40 °C v celém průřezu polotovaru. Následně se polotovar volně ochladil na io vzduchu, číž získal mechanické vlastnosti, mez kluzu KCV mini 62 J/cm², smluvní mez kluzu Rp02 ⁼ 560 MPa, mez pevnosti Rm = 870 Mpa a tažnost A₅= 21,5 %. Současně došlo k dalšímu zvýšení podílu globulámího perlitu z předešlého zpracování.

Příklad 3

Polotovar z ocele o složení C 0,42 % hmotnostních, Mn 0,57 % hmotnostních, Si 1,99 % hmotnostních, P 0,01 % hmotnostních, S 0,004 % hmotnostních, Cr 1,27 % hmotnostních, Ni 0,07 % hmotnostních, Cu 0,06 % hmotnostních, Al 0,009 % hmotnostních, B 0,001 % hmotnostních o mechanických vlastnostech: vrubová houževnatost KCV mini 13 J/cm², smluvní mez kluzu Rp02 = 470 MPa, mez pevnosti R_m = 895 MPa, tažnost A_s= 16 % a se vstupní mikrostrukturou tvořenou proeutektoidním feritem s vysokým objemovým podílem lamelámího perlitu: se odporovým ohřevem ohřeje na teplotu 790 °C po dobu 10 s načež se podrobí mechanickému tváření pod lisem o poměrné deformaci ε₃ =50 %, čímž došlo ke zvýšení teploty nad Aci přibližně o

30 °C v celém průřezu polotovaru. Následně se polotovar volně ochladil na vzduchu, číž získal mechanické vlastnosti, KCV mini 20 J/cm², smluvní mezi kluzu Rpo₂ = 573 MPa, mezi pevnosti R_m = 859 Mpa a tažnosti A₅= 20 %. Současně došlo k zvýšení podílu globulámího perlitu.

Příklad 4

Polotovar z ocele o složení C 0,28 % hmotnostních, Mn 1,34 % hmotnostních, Si 0,32 % hmotnostních, P 0,01 % hmotnostních, S 0,008 % hmotnostních, Cr 0,44 % hmotnostních, Ni 0,46 % hmotnostních, Cu 0,09% hmotnostních, Al 0,03 % hmotnostních, B 0,001 % hmotnostních o mechanických vlastnostech: vrubová houževnatost KCV mini 40 J/cm², smluvní mez kluzu Rp02 = 535 MPa, mez pevnosti Rm = 750 MPa, tažnost A₅= 21 % a se vstupní mikrostrukturou tvořenou proeutektoidním feritem se ohřeje v peci na teplotu 700 °C načež se podrobí volnému kování o poměrné deformaci =50 %, čímž dochází ke zvýšení teploty nad Aci přibližně o 40 °C v celém průřezu polotovaru. Následně se polotovar znovu ohřeje v peci na teplotu 700 °C načež se znovu podrobí volnému kování o poměrné deformaci ει =45 %, čímž dochází ke zvýšení teploty nad Aci přibližně o 40 °C v celém průřezu polotovaru. Následně se polotovar volně ochladil na vzduchu, čímž získal mechanické vlastnosti, KCV mini 180 J/cm², mez kluzu Re = 495 MPa, mez pevnosti R_m = 625 Mpa a tažnosti A₅= 27 %. Současně došlo ke vzniku jemných sferoidizovaných karbidů ve feritické matrici.

Další možnosti využití vynálezu

Uvedený způsob zpracování ocelového polotovaru lze realizovat pomocí různých technologií mechanického zpracování, které není omezeno pouze na práci pod lisem či volné kováním. Lze uplatnit i jiné tvářecí technologie, jako kupříkladu válcování, tažení, válcové tažení, protlačování, kování v zápustce a podobně a to s hledem na povahu polotovaru a s požadavkem na výsledné mechanické vlastnosti. Těmto okolnostem lze přizpůsobit i druh ohřevu polotovaru, jakož i jeho následné ochlazení.

Claims

1. Způsob zpracování ocelového polotovaru nad teplotou Ac_b zejména většího průřezu, pro zjemnění zrna a/nebo pro vytvoření mikrostruktury složené z feritické matrice a sféro id izovaných karbidů, vyznačující se tím, že ocelový polotovar se ohřeje maximálně na teplotu Aci, načež se podrobí tváření plastickou deformací ke zvýšení teploty ocelového polotovaru nad io teplotu Ac! účinkem mechanické energie dodané tvářením a následně se ocelový polotovar běžným způsobem ochladí.

2. Způsob zpracování ocelového polotovaru podle nároku 1, vyznačující se tím, že ocelový polotovar se podrobí tváření ke zvýšení teploty ocelového polotovaru nad teplotu Aci

15 a následně běžným způsobem ochladí pod teplotu Aci opakovaně.