Спосіб термічної обробки поковок з високоміцної корозійно-стійкої сталі мартенситного класу

 

Винахід відноситься до галузі виробництва поковок з легованих сталей і призначений для використання в судновому машинобудуванні при виготовленні гребних валів перспективної морської техніки.

Відомі способи виробництва корозійно-стійких сталей /1-5/, що включають різні технологічні прийоми за процедурами нагріву, виплавки, лиття, обробки тиском і термічної обробки, які знаходять практичне застосування у виробництві металопродукції загальнотехнічного призначення. Однак відомі технічні рішення не забезпечують отримання оптимального структурного стану складнолегованих композицій і не гарантують отримання необхідного рівня основних механічних і службових властивостей металу, що знижує працездатність, експлуатаційну надійність та ресурсні характеристики створюваного суднового устаткування, що працює в складних умовах високого динамічного навантаження і тривалого впливу корозійно-активних робочих середовищ.

Аналіз відомих технічних рішень показує, що стосовно до сталі марки 07Х16Н4Б ГОСТ 5632-72, яка у відповідності з ОСТ 5.9218-75 знаходить застосування в судновому машинобудуванні у вигляді сортового про�.

Для забезпечення необхідної категорії міцності металу з межею плинності не менш як 800 МПа був виконаний комплекс науково-дослідних робіт, результати яких і стали предметом даного винаходу.

Відомий спосіб обробки виробів з хромонікелевих сталей мартенситного класу /1/, що включає загартування в маслі з подальшим високим відпуском і охолодженням на повітрі. Відоме технічне рішення знаходить промислове застосування при серійному виробництві широкої номенклатури кріпильних виробів (шпильки, болти, гайки тощо) в різних галузях машинобудування.

Істотним недоліком відомого технічного рішення є те, що він застосовується лише при виготовленні металопродукції досить невеликого перерізу (діаметром до 180 мм).

Найбільш близьким до заявляється способу виробництва по технічній сутності є спосіб термічної обробки високоміцної корозійно-стійкої сталі мартенситного класу /6/ - прототип.

Недоліком відомого способу термічної обробки є те, що технологія термічної обробки стосовно до поковкам більшого перерізу діаметром до 250 мм не забезпечує необхідного рівня міцнісних властивостей. Зокрема�отовки із сталі 07Х16Н4Б діаметром від 180 до 600 мм мають гарантований межа плинності 690 МПа.

Технічним результатом цього винаходу є отримання сталі мартенситного класу з мінімальним вмістом δ-фериту, за рахунок оптимізації хімічного складу і зміни відомого режиму термічної обробки, для забезпечення більш високого рівня міцності і корозійних властивостей матеріалу поковок, що задовольняють вимогам по здавальних характеристик для об'єктів морської техніки відповідального призначення, в тому числі, для виготовлення швидкісних суден з динамічним принципом підтримання (ДПП) /7/.

Технічний результат досягається за рахунок того, що в способі термічної обробки поковок з високоміцної корозійно-стійкої сталі мартенситного класу, що включає гомогенізацію при температурі 1150°C з витримкою і охолодженням на повітрі, відпуск при температурі 650°C з витримкою 6 хв на мм перерізу, охолодження на повітрі, загартування при температурі 1050°C з витримкою 2 хв/мм перерізу і охолодження в маслі і подальшим відпуском з витримкою і охолодження на повітрі, згідно з винаходом термічно обробляють поковки зі сталі містить, мас.%

вуглець0,08�4,0-4,5
марганець0,2-0,5
кремнійне більше 0,6
ніобій0,2-0,4
молібден0,20-0,30
азот0,10-0,15
сіркане більше 0,020
фосфорне більше 0,025
залізо і домішкиінше

причому гомогенізацію проводять з витримкою 1,5 хв на мм глибини перерізу, а відпустку після гартування проводять при температурі 600°C з витримкою 4 хв на мм глибини перерізу.

Враховуючи, що на найважливіші механічні характеристики цієї сложнолегированной композиції впливає структурний стан і її реальний фазовий склад, у тому числі наявність в структурі металу δ-фериту, на основі розрахунку та аналізу структурних діаграм було оптимізовано хімічний склад відомої сталі /табл.1/.

Зокрема, уточнено, обгрунтовано та апроби�і ферритообразующих (хром) елементів, визначають характер регульованого фазового структуроутворення і формування необхідного рівня міцнісних властивостей та службових характеристик поковок.

Хімічний склад заявляється сталі, порівняно з відомою маркою 07Х16Н4Б, обмежений граничним вмістом основних легуючих елементів: вуглецю 0,08-0,10%, нікелю 4,0-4,5%, хрому 15,0-16,0%, а для підвищення стійкості проти піттінгової корозії в морській і прісній воді додатково легованих азотом в межах 0,10-0,15% і молібденом в межах 0,20-0,30%.

Подібна оптимізація хімічного і фазового складу сталі створює передумови істотно знизити вміст δ-фериту, що дозволяє підвищити гарантований межа плинності і корозійну стійкість сталі.

Присутність азоту і молібдену в малих кількостях підвищує стійкість сталі до піттінгової корозії.

При збільшенні вмісту азоту вище зазначеного межі виділяються нітрид ніобію, що погіршить якість сталі.

Молібден є ферритообразующим елементом, тому присутність його в кількостях вище зазначеного межі збільшує вміст феритної фази і, як наслідок, знижує рівень необхідних міцнісних властивостей сталі.

Дослідження за впливом �рахунку 1,5 хв на мм глибини перерізу, при температурі гомогенізації 1050°C, є оптимальним часом, при якому кількість δ-фериту в порівнянні з відомою сталлю зменшується в два рази. Зниження змісту δ-фериту в сталі до мінімальних значень забезпечує підвищення міцнісних характеристик в готових виробах і корозійну стійкість проти піттінговой корозії.

Зниження температури відпустки після гарту до 600°C з витримкою 4 хв/мм перерізу сприятливо впливає на загальну структурно-фазовий стан заявляється сталі, призводить до розпаду мартенсіту загартування на ферритно-карбідне суміш (сорбіт відпуску), забезпечуючи тим самим більш високий рівень міцнісних властивостей і достатню пластичність і ударну в'язкість сталі, а також стійкість сталі проти міжкристалітної корозії.

Спосіб здійснюють наступним чином.

Поковки, виготовлені з заявленим сталі, що містить легуючі елементи в наступному кількості, мас.%:

вуглець0,09
хром15,1
нікель4,3
ніобій0,34
молібден0,22
азот0,13
сірка0,015
фосфор0,02
залізо і домішкиінше

термічно обробляють.

Режими термічної обробки та результати виконаних досліджень представлені в табл.2.

Пропонований хімічний склад сталі мартенситного класу в сукупності зі способом термічної обробки формує оптимальний структурно-фазовий склад матеріалу, обумовлює отримання необхідної категорії міцності металу з межею плинності не менш як 800 МПа і підвищення корозійної стійкості поковок, необхідних для забезпечення високої працездатності гребних валів в умовах тривалої експлуатації, зокрема, при виготовленні поковок для гребних валів діаметром до 250 мм і довжиною 9,0 м.

Джерела інформації

1. Бескоровайнов Н.М. та ін. Спосіб термічної обробки виробів і�атомиздат, 1995.

2. ОСТ 5.9218-75 Заготовки суднових валів і баллеров з корозійно-стійких сталей. Технічні вимоги, 1975.

3. ГОСТ 5632 Сталі високолеговані і сплави корозійно-стійкі, жаростійкі і жароміцні, 1972.

4. Оленін М. І., Павлов В. Н., Башаєва Е. Н. та ін. Розробка режимів термічної обробки матеріалів кріпильних елементів, використовуваних в контейнерах для перевезення і тривалого зберігання відпрацьованого ядерного палива. В зб. «Питання матеріалознавства. Санкт-Петербург, вид-е ЦНДІ КМ «Прометей», 2010, №1, с 121-127.

5. Павлов В. Н., Башаєва Е. Н., Биковський Н.Р. та ін. Вплив гомогенізації на холодостійкість високоміцної корозійно-стійкої сталі марки 07Х16Н4Б. Сб. «Питання матеріалознавства». Санкт-Петербург, вид-е ЦНДІ КМ «Прометей». 2009, №2, с. 33-37.

6. Патент на винахід №2388833, МПК С21D 6/02, опублікований 10.05.2010 р.

7. Азбукин В. Р., Башаєва Е. Н., Павлов В. Н. Сталь марки 07Х16Н4Б-перспективний матеріал для виготовлення валів і навантажених елементів КУ СПК. С. 69-70. Тези доповідей Всесоюзної науково-технічної конференції. «Проблеми і шляхи вирішення питань конструювання, міцності та технології побудови швидкісних суден з новими принципами підтримки». - Л.: Суднобудування, 1984.

8. Довиденк�в турбін. «Важке машинобудування». 2009, №1, с. 24-27.

Спосіб термічної обробки поковок з високоміцної корозійно-стійкої сталі мартенситного класу, що включає гомогенізацію при температурі 1150°C з витримкою і охолодженням на повітрі, відпуск при температурі 650°C з витримкою 6 хв на мм глибини перерізу і охолодженням на повітрі, загартування при температурі 1050°C з витримкою 2 хв на мм глибини перерізу і охолодженням у маслі, наступний відпустку з витримкою і охолодженням на повітрі, відрізняється тим, що поковки зі сталі містять компоненти в наступному співвідношенні, мас.%:

вуглець0,08-0,10
хром15,0-16,0
нікель4,0-4,5
марганець0,2-0,5
кремнійне більше 0,6
ніобій0,2-0,4
молібден0,20-0,30
азот0,10-0,15
з більш 0,025
залізо і домішкиінше

при цьому гомогенізацію проводять з витримкою 1,5 хв на мм глибини перерізу поковки, а відпустку після гартування проводять при температурі 600°C з витримкою 4 хв на мм глибини перерізу поковки.



 

Схожі патенти:

Спосіб виготовлення надміцних мартенситної сталі і лист, отриманий цим способом

Винахід відноситься до галузі металургії. Для підвищення механічної міцності і забезпечення межі пружності понад 1300 МПа напівфабрикат з сталі містить, мас.%: 0,15≤C≤0,40, 1,5≤Mn≤3, 0,005≤Si≤2, 0,005≤L≤0,1, S≤0,05, P≤0,1, 0,025≤Nb≤0,1 і необов'язково: 0,01≤Ti≤0,1, 0≤Сг≤4, 0≤Мо≤2, 0,0005≤У≤0,005, 0,0005≤W≤0,005, інше залізо і неминучі домішки нагрівають до температури T1, складової від 1050° до 1250°C, потім роблять чорнову прокатку при температурі T2, складової від 1050° до 1150°C, із загальним коефіцієнтом обтиснення εa більше 100% з отриманням листа з не повністю рекристаллизованной аустенітної структурою з середнім розміром зерна менше 40 мікрометрів. Лист охолоджують до температури T3, складової від 970° до Ar3+30°C, зі швидкістю VR1, що перевищує 2°C/з, потім виробляють гарячу чистову прокатку зазначеного охолодженого листа при температурі T3 із загальним коефіцієнтом обтиснення εb більше 50% для отримання листа, потім лист охолоджують зі швидкістю VR2, що перевищує критичну швидкість гартування на мартенсит. 3 н. і 2 з.п. ф-ли, 1 пр.
Винахід відноситься до галузі чорної металургії, а саме до технології термічної обробки напівфабрикатів із сталі мартенситного класу, призначених для виготовлення деталей і вузлів, що працюють в умовах Крайньої Півночі і Сибіру, наприклад контейнерів для перевезення відпрацьованого ядерного палива. Технічним результатом винаходу є підвищення холодостійкості сталей мартенситного класу. Для досягнення технічного результату напівфабрикат з хромоникельмолибденованадиевой мартенситної сталі піддають нагріванню під гарт до температури Ас3 +(30÷50)°C і подальшого відпуску при 600÷700°с з охолодженням на повітрі, потім проводять старіння при 450±10°C з витримкою 5,0÷10,0 год для повного прогріву заготовки і охолоджують на повітрі, при цьому при температурі нагріву під загартування здійснюють витримку протягом часу, що визначається з розрахунку 2,5÷3,0 хв/мм перерізу, і охолоджують в масло, а при відпустці час витримки визначають з розрахунку 5,0÷6,0 хв/мм перетину з подальшим охолодженням на повітрі. Напівфабрикати, що пройшли розроблений режим термічної обробки, володіють високою хладостойкостью. 2 табл., 1 пр.
Винахід відноситься до металургії, а саме до термічної обробки високоміцних корозійностійких мартенситностаріючих сталей кріогенної техніки, і може бути використане в енергетичному машинобудуванні при виготовленні високонавантажених пружних металевих ущільнень рознімних з'єднань енергетичних установок, що працюють в агресивних середовищах при температурах від 20 до 723К. Корозійно-стійку мартенситностареющую сталь мартенситного класу, що містить 0,03% вуглецю, 10,5% хрому, 8,0% нікелю, 4,5% кобальту, 1,8% молібдену, 0,3% ванадію, інше залізо і домішки, піддають термічній обробці, що включає високотемпературну аустенизацию при 950÷1150°C, поєднану з гарячої пластичної деформації, нагрівання і ізотермічну витримку в температурному інтервалі 580÷620°C для теплової стабілізації вторинного аустеніту, низькотемпературну аустенизацию в температурному інтервалі 740÷770°C, гартування від температури 740÷770°C, обробку холодом при -70°C і старіння при 500°C. Технічним результатом винаходу є підвищення структурної стабільності і опору водневої крихкості високоміцних корозійностійких мартенситностаріючих сталей, призначених для виготовлення�
Винахід відноситься до галузі металургії, а саме до способу термічної обробки жароміцних сталей мартенситного класу, застосовуваних для виготовлення елементів теплових енергетичних установок з робочою температурою пари до 650°C. Спосіб включає витримку в аустенітної області при температурі 1060°с протягом 30-40 хвилин з наступним охолодженням на повітрі і двоступінчастий відпустку. На першій ступені проводять низькотемпературний відпустку в інтервалі температур 200-350°C, а на другій ступені - відпуск при температурі 760°C. Тривалість відпустки становить 3 години. Спосіб дозволяє підвищити межу тривалої міцності та межа повзучості жароміцних сталей мартенситного класу за рахунок виділення дисперсних карбонитридов Nb(C,N) на першій ступені відпустки. 4 табл., 1 пр.
Винахід відноситься до термічної обробки сталі, що застосовується для виготовлення сложнонагруженних деталей в судновому машинобудуванні, що сприймають значні різноспрямовані динамічні навантаження, наприклад, кріплення, поковок. Для підвищення пластичних характеристик і ударної в'язкості спосіб включає нагрів сталі під загартування при температурі 1040-1050°C, охолодження в маслі, дворазовий відпустку з охолодженням у воді після кожного відпуску, причому нагрівання при першому відпуску ведуть при температурі 600-610°C. 2 табл., 1 пр.
Винахід відноситься до області машинобудування і може бути використане для реалізації процесів термічної обробки деталей, до поверхні яких пред'являються особливі вимоги

Спосіб термічної обробки штамповок кривошипних валів зі сталі мартенситно-феритного класу 14х17н2

Винахід відноситься до галузі термічної обробки деталей і призначений для використання в судновому машинобудуванні для виготовлення штамповок кривошипних валів

Спосіб термічної обробки аустенітного дисперсійно-тверднучого сплаву 68нхвктю-ві

Винахід відноситься до галузі металургії та термічної обробки сплавів і може бути використане в точному приладобудуванні та машинобудуванні

Спосіб термічної обробки високоміцної корозійно-стійкої сталі мартенситного класу

Винахід відноситься до галузі термічної обробки деталей і призначений для використання в судновому і енергетичному машинобудуванні при виготовленні силових кріпильних елементів систем і вузлів високого тиску

Спосіб термічної обробки виробів з високоміцних сталей мартенситностаріючих

Винахід відноситься до області машинобудування і може бути використане в різних галузях промисловості при термічній обробці деталей із мартенситностаріючих сталей, наприклад, 08Х15Н5Д2Т, 06Х14Н6Д2МБТ, 10Х14Н4АМЗ і 07Х16Н6
Up!