RU2034051C1 - Low-carbon low-alloyed steel pieces thermal treatment method - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: piece thermal treatment provides for austenitizing with Ac₃+(60-100^°C) and cooling with speed, providing austenite safety till temperature of

, under which holding is exercised, with

- temperature of austenite minimum stability in sphere of ferrite-pearlite transformation. Cooling to temperature of holding is exercised by running water or in bath with temperature of

Description

Изобретение относится к области металлургии, конкретно, к способам термической обработки малоуглеродистой низколегированной стали, и может быть использовано для упрочнения труб большого диаметра, листов и т.д. The invention relates to the field of metallurgy, in particular, to methods of heat treatment of low-carbon low-alloy steel, and can be used to harden large diameter pipes, sheets, etc.

Известные способы термической обработки листов и труб из малоуглеродистой низколегированной стали, включающие термоулучшение закалку и высокий отпуск, имеют существенные недостатки, главными из которых являются коробление при закалке и нестабильность механических свойств [Л.Г.Поздняков и др. "О влиянии температуры и длительности нагрева под закалку на механические свойства низколегированных сталей для труб", сб. "Термическая обработка металлов", вып. 1, 1972, М. Металлургия, с. 58-62. К.Ф.Стародубов, Л.Г.Поздняков "Термическое упрочнение двухслойных спиральношовных труб", там же, с. 62-66]
В качестве прототипа взят известный способ термической обработки труб большого диаметра (820-1220 мм) из стали 17Г1С, включающий нагрев до 920 ± 20^оС, спреерное охлаждение (закалка) водой и отпуск закаленных труб при 620-650^оС. [К.Ф.Стародубов и др. "Термическое упрочнение электросварных спиральношовных труб большого диаметра из сталей 17Г2СФ и 17Г1С", сб. "Термическая обработка металлов" вып. 7, 1978, М. "Металлургия", с. 14-15] После такой обработки структура металла представляет собой высокоотпущенного мартенсита (сорбит отпуска) и 10-30% свободного феррита, что обеспечивает следующий комплекс механических свойства: σ_т= 42-58 кг/мм², σ_в= 62-78 кг/мм², δ 16-26% КСU^-40 4,0-8,8 кгс м/см². Большой разброс прочностных и пластических свойств обусловлен различием в количестве свободного феррита в структуре стали вследствие колебаний расхода и температуры охлаждающей воды и, как следствие, неоднородности закалки [С.А.Голованенко и др. "Структура и свойства термически упрочненной стали типа 16Г2", сд. "Качественные стали и сплавы" N 2 1977, М. Металлургия, с. 29-32] Кроме того, в результате закалки с получением ≈90-70% мартенсита происходит нарушение геометрии труб, в частности, появляется овальность их сечения. Устранение свободного феррита в структуре малоуглеродистой низколегированной стали при термоулучшении по применяемой технологии практически невозможно из-за чрезвычайно большого расхода воды, не реализуемого на практике. Устранение коробления тонкостенных изделий также невозможно при закалке на мартенсит с охлаждением до низкой темпе- ратуры.Known methods of heat treating sheets and pipes of mild low-alloy steel, including hardening and hardening, have significant drawbacks, the main of which are warping during hardening and instability of mechanical properties [L. G. Pozdnyakov et al. “On the effect of temperature and duration of heating for quenching on the mechanical properties of low alloy steel for pipes ", Sat. "Heat Treatment of Metals", vol. 1, 1972, M. Metallurgy, p. 58-62. KF Starodubov, LG Pozdnyakov "Thermal hardening of two-layer spiral-seam pipes", ibid., P. 62-66]
As a prototype taken known method of heat treatment of large-diameter pipes (820-1220 mm) of steel 17G1S comprising heating to 920 ± ^{20 °} C, spreernoe cooling (quenching) and tempering the quenched with water pipes at 620-650 ° ^C [K. F. Starodubov et al. "Thermal hardening of large diameter electric-welded spiral-seam pipes made of 17G2SF and 17G1S steels", collection of articles "Heat treatment of metals" vol. 7, 1978, M. "Metallurgy", p. 14-15] After this treatment, the metal structure is a case of high-martensite (sorbitol holiday) and 10-30% of free ferrite, which provides the following combination of mechanical properties: σ _t = 42-58 kg / mm ^2, σ _a = 62-78 kg / mm ² , δ 16-26% КСU ^-40 4.0-8.8 kgf m / cm ² . The wide variation in strength and plastic properties is due to the difference in the amount of free ferrite in the steel structure due to fluctuations in the flow rate and temperature of cooling water and, as a result, the quenching inhomogeneity [S. A. Golovanenko et al. “Structure and properties of heat-hardened steel type 16G2,” sd . "Qualitative steels and alloys" N 2 1977, M. Metallurgy, p. 29-32] In addition, as a result of quenching to obtain ≈90-70% of martensite, the geometry of the pipes is violated, in particular, their cross section becomes ovoid. The elimination of free ferrite in the structure of low-carbon low-alloy steel with thermal improvement according to the technology used is almost impossible due to the extremely high water consumption that is not practiced. Elimination of warping of thin-walled products is also impossible when quenching on martensite with cooling to a low temperature.

Техническим результатом изобретения является получение структуры "вырожденного " перлита (псевдоэвтектоида), исключающей нарушения геометрии изделий (например, у труб овальности, у листа неплоскостности), а также повышение хладостойкости и стабильности комплекса механических свойств без снижения прочности и пластичности. The technical result of the invention is to obtain a structure of "degenerate" perlite (pseudo-eutectoid), which excludes violations of the geometry of products (for example, ovality pipes, non-flatness sheets), as well as improving the cold resistance and stability of the complex of mechanical properties without reducing strength and ductility.

Указанный результат достигается тем, что в способе термической обработки изделий из малоуглеродистой низколегированной стали, включающем аустенитизацию и охлаждение, согласно изобретению, аустенитизацию проводят при температуре А_с3 + (60-100^оС), а охлаждение ведут со скоростью, обеспечивающей сохранение аустенита до температуры T

- (50-120^оС), при которой проводят выдержку, где T

температура минимальной устойчивости аустенита в области феррито-перлитного превращения. Охлаждение от температуры аустенитизации до температуры выдержки ведут водой. Охлаждение и выдержка могут быть осуществлены в ванне с температурой T

- (50-120^оС), например, в селитровой. Выдержку проводят до завершения полного распада аустенита, а окончательное охлаждение ведут с произвольной скоростью. Выдержка может быть проведена до степени распада аустенита не менее 70% а окончательное охлаждение ведут медленно, например, с печью.Said result is achieved by a method for heat treatment of products made of low-carbon low-alloy steel, which includes austenitization and cooling according to the invention, the austenitizing is conducted at a temperature of A _c3 + (60-100 ^{° C)} and cooling at a rate leading to retain austenite at a temperature T

- (50-120 ^about C), at which hold, where T

temperature of minimum austenite stability in the region of ferrite-pearlite transformation. Cooling from the austenitization temperature to the holding temperature is carried out with water. Cooling and aging can be carried out in a bath with a temperature T

- (50-120 ^about C), for example, in nitrate. Exposure is carried out until the complete decomposition of austenite, and the final cooling is carried out at an arbitrary speed. Exposure can be carried out to a degree of decomposition of austenite of at least 70% and the final cooling is carried out slowly, for example, with a furnace.

В результате термообработки по заявленному способу в металле формируется структура "вырожденного" перлита (псевдоэвтектоида), отличающаяся мелким (4-7 мкм) зерном феррита неправильной формы с сильно извилистыми границами и равномерным распределением цементита внутри и по границам зерен. Такая структура обеспечивает высокий и стабильный комплекс механических свойств. As a result of heat treatment according to the claimed method, a “degenerate” perlite (pseudo-eutectoid) structure is formed in the metal, characterized by small (4–7 μm) irregular-shaped ferrite grains with highly tortuous borders and even distribution of cementite inside and across the grain boundaries. This structure provides a high and stable complex of mechanical properties.

При термообработке по предлагаемому способу исключается коробление металлургических изделий (труб, листов) за счет снижения внутренних напряжений, которые в случае формирования структуры "вырожденного" перлита значительно меньше, чем при образовании мартенсита. Кроме того, ниже уровень термических напряжений, так как резкое охлаждение производится до более высокой температуры ( ≈до 500^оС), чем при закалке на мартенсит ( ≈до 20^оС).During heat treatment according to the proposed method, warping of metallurgical products (pipes, sheets) is eliminated by reducing internal stresses, which in the case of the formation of a structure of "degenerate" perlite are much less than with the formation of martensite. In addition, the level of thermal stresses is lower, since sharp cooling is carried out to a higher temperature (≈ up to 500 ^о С) than during quenching on martensite (≈ up to 20 ^о С).

Более низкая и более высокая температура аустенитизации (по отношению к заявленной температуре) не обеспечат получение оптимального размера аустенитного зерна у малоуглеродистой низколегированной стали и затем при охлаждении не обеспечат получение конечной структуры "вырожденного" перлита. В частности, после аустенитизации при низкой температуре и охлаждения будет формироваться обычная феррито-перлитная структура; после более высокой, чем оптимальная, температуры нагрева при охлаждении будет формироваться структура видманштетта и верхнего бейнита. A lower and higher austenitization temperature (relative to the declared temperature) will not provide the optimum austenitic grain size for low-carbon low-alloy steel and then, upon cooling, will not provide the final structure of “degenerate” perlite. In particular, after austenitization at low temperature and cooling, the usual ferrite-pearlite structure will form; After a higher (than optimal) heating temperature during cooling, the structure of Widmannstätt and upper bainite will be formed.

Температурный интервал изотермической выдержки располагается между интервалами феррито-перлитного и бейнитного превращений. Если скорость охлаждения с температуры аустенитизации до температуры выдержки достаточна, чтобы подавить распад аустенита, то изотермическая выдержка при температуры T

-(50-120^оС) позволяет сформироваться из переохлажденного аустенита структуре "вырожденного" перлита. Выдержка при более высокой температуре изотермы приводит к образованию обычной феррито-перлитной структуры, при более низкой способствует формированию нежелательной структуры "сдвигового" типа (бейнита или мартенсита).The temperature interval of isothermal exposure is located between the intervals of ferrite-pearlite and bainitic transformations. If the cooling rate from the austenitizing temperature to the holding temperature is sufficient to suppress the decomposition of austenite, then the isothermal holding at temperature T

- (50-120 ^о С) allows the structure of "degenerate" perlite to form from supercooled austenite. Exposure at a higher temperature of the isotherm leads to the formation of a usual ferrite-pearlite structure, while at a lower temperature it contributes to the formation of an undesirable structure of a “shear” type (bainite or martensite).

Использование воды в качестве охлаждающей среды обеспечивает охлаждение изделий с температуры аустенитизации до температуры T

-(50-120^оС) со скоростью, которая исключает распад аустенита выше температуры T

-(50-120^оС). Использование охлаждающих сред другого типа с меньшей охлаждающей способностью не обеспечивает необходимой скорости охлаждения.The use of water as a cooling medium provides cooling of products from austenitization temperature to temperature T

- (50-120 ^о С) with a speed that excludes the decomposition of austenite above temperature T

- (50-120 ^about C). The use of another type of cooling medium with a lower cooling capacity does not provide the necessary cooling rate.

Сопоставимой с водой охлаждающей способностью обладает расплавленная селитра (соль), которая будучи нагрета до температуры T

-(50-120^оС), обеспечивает не только необходимую скорость охлаждения изделий, но позволяет затем провести изотермическую выдержку при этой температуре.Melt nitrate (salt), which, when heated to a temperature T, has a cooling ability comparable to water

- (50-120 ^о С), provides not only the necessary cooling rate for products, but also allows for isothermal exposure at this temperature.

Выдержку при температуре T

-(50 -120^оС) проводят в течение времени, необходимого для полного распада (превращения) аустенита, при этом последующее охлаждение можно производить с любой скоростью. Если время выдержки при T

-(50-120^оС) ограничено периодом частичного, но не менее 70% распада (превращения) аустенита, то последующее охлаждение необходимо проводить медленно (с печью). Степень превращения менее 70% аустенита в структуру "вырожденного" перлита при изотермической выдержке при T

-(50-120^оС) не обеспечивает необходимого уровня механических свойств изделий.Exposure at temperature T

- (50 -120 ^about C) is carried out for the time necessary for the complete decomposition (transformation) of austenite, while subsequent cooling can be performed at any speed. If the holding time at T

- (50-120 ^о С) is limited by the period of partial, but not less than 70% decomposition (transformation) of austenite, then the subsequent cooling must be carried out slowly (with the furnace). The degree of conversion of less than 70% of austenite to the structure of "degenerate" perlite during isothermal aging at T

- (50-120 ^о С) does not provide the necessary level of mechanical properties of products.

Известны способы изотермической обработки сталей, включающие аустенитизацию выше или ниже температуры А_С3, охлаждение до температуры М_н + (25-50^оС) и выдержку при этой температуре, где М_н температура начала мартенситного превращения [И.С.Каменичный "Краткий справочник термиста" М.Машгиз, 1959, с. 71; авторское свидетельство СССР N 1164282 МКИ⁴ С 21 D 1/20, 1983 г. Указанная обработка приводит к формированию структуры, состоящей из смеси бейнита и мартенсита в различной пропорции, и применяется для высокоуглеродистых инструментальных и среднеуглеродистых конструкционных (машиностроительных) сталей. Ее применение для малоуглеродистой низколегированной стали также приведет к формированию структуры бейнита и мартенсита, которая существенно отлична от структуры "вырожденного" перлита.Known methods for isothermal treatment of steels, including above or below the austenitizing temperature A _C3, cooling to a temperature of M _n + (25-50 ° ^C) and holding at this temperature, where M _n of the martensitic transformation start temperature [I.S.Kamenichny "Quick Reference termist "M. Mashgiz, 1959, p. 71; USSR author's certificate N 1164282 MKI ⁴ C 21 D 1/20, 1983. This treatment leads to the formation of a structure consisting of a mixture of bainite and martensite in various proportions and is used for high-carbon tool and medium-carbon structural (engineering) steels. Its application to low-carbon low-alloy steel will also lead to the formation of the structure of bainite and martensite, which is significantly different from the structure of “degenerate” perlite.

Таким образом, предлагаемая обработка отличается от указанных выше температурным интервалом изотермической выдержки, типом образующейся структуры и применима к иному классу сталей строительных (трубных и др.) малоуглеродистых низколегированных. Thus, the proposed treatment differs from the above temperature interval of isothermal exposure, the type of structure formed and is applicable to another class of steel construction (pipe and other) low-carbon low alloy.

На чертеже представлено схематическое изображение заявленного способа. The drawing shows a schematic representation of the claimed method.

П р и м е р. Проводят термическую обработку листов толщиной 8 мм из малоуглеродистой низколегированной стали 17Г1С (0,15% углерода, 1,4% марганца, 0,41% кремния, 0,025% фосфора, 0,01% серы, 0,028% алюминия, 0,008% азота, остальное железо). Критические точки стали 17Г1С: А_С3 860^оС, А_С1 730^оС, температура минимальной устойчивости аустенита в области феррито-перлитного превращения T

=600^оС. Режимы обработки и получающиеся после нее свойства приведены в таблице.PRI me R. Conducting heat treatment of sheets of thickness 8 mm from mild low alloy steel 17G1S (0.15% carbon, 1.4% manganese, 0.41% silicon, 0.025% phosphorus, 0.01% sulfur, 0.028% aluminum, 0.008% nitrogen, the rest iron). Critical points of 17G1S steel: А _С3 860 ^о С, А _С1 730 ^о С, temperature of minimum austenite stability in the region of ferrite-pearlite transformation T

= 600 ^о С. Processing modes and properties resulting from it are shown in the table.

Для режимов 1, 2 и 3 охлаждение с температуры аустенитизации до температуры изотермической выдержки и сама выдержка проведены в селитровой ванне. Для режима 4 охлаждение с температуры аустенитизации до температуры выдержки проведено водой, а выдержка в печи. Как видно из таблицы, изменение режимов обработки в пределах заявленных интервалов температуры аустенитизации, температуры и времени выдержки не вызывает большого разброса значений характеристик механических свойств. Достигаются высокие значения хладостойкости (КСU^-70 > 100 Дж/см²).For modes 1, 2, and 3, cooling from the austenitizing temperature to the temperature of the isothermal holding and the holding itself were carried out in a saltpeter bath. For mode 4, cooling from the austenitization temperature to the holding temperature was carried out with water, and holding in the furnace. As can be seen from the table, a change in the processing regimes within the declared ranges of austenitization temperature, temperature, and holding time does not cause a large spread in the values of the characteristics of mechanical properties. High cold resistance values are achieved (KCU ^-70 > 100 J / cm ² ).

Коробление листов после обработки по указанным в примере режимам, определяемое как отклонение от плоскостности на 1 м длины листа, не превышает величины 10 мм, предусмотренной для улучшенной плоскостности [ГОСТ 19903-74] Warpage of sheets after processing according to the modes indicated in the example, defined as a deviation from flatness per 1 m of sheet length, does not exceed the value of 10 mm provided for improved flatness [GOST 19903-74]

Claims (4)

1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ, включающий аустенизацию и охлаждение, отличающийся тем, что аустенизацию проводят при Ac₃ + (60 100^oC), а охлаждение ведут со скоростью, обеспечивающей сохранение аустенита до температуры

при которой проводят выдержку, где

температура минимальной устойчивости аустенита в области ферритоперлитного превращения.1. METHOD FOR THERMAL TREATMENT OF PRODUCTS FROM SMALL-CARBON LOW-ALLOYED STEEL, including austenization and cooling, characterized in that austenization is carried out at Ac ₃ + (60 100 ^o C), and cooling is carried out at a speed that ensures the preservation of austenite to a temperature

at which hold, where

temperature of minimum austenite stability in the region of ferritoperlite transformation. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение до температуры выдержки ведут водой. 2. The method according to claim 1, characterized in that the cooling to the holding temperature is carried out with water. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение и выдержку ведут в ванне с температурой

4. Способ по п.1 или 2, или 3, отличающийся тем, что выдержку проводят до завершения полного распада аустенита, а окончательное охлаждение ведут с произвольной скоростью.3. The method according to claim 1, characterized in that the cooling and aging are carried out in a bath with a temperature

4. The method according to claim 1 or 2, or 3, characterized in that the exposure is carried out until the complete decomposition of austenite, and the final cooling is carried out at an arbitrary speed. 5. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что выдержку проводят до степени распада аустенита не менее 70% а окончательное охлаждение ведут медленно. 5. The method according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the exposure is carried out to a degree of decomposition of austenite of at least 70% and the final cooling is carried out slowly.

Images