Способ термической обработки поковок из низколегированной стали
METHOD FOR HEAT TREATMENT OF FORGINGS MADE OF LOW-ALLOY STEEL

Изобретение относится к области термической обработки низколегированных сталей и может быть использовано при термической обработке стальных поковок сечением до 250 мм.
По патенту RU 2656912 известен способ термической обработки отливки из высокомарганцовистой стали, включающий аустенизацию при температуре на 200-250°С ниже температуры солидус стали, выдержку в течение 3-5 часов и закалку в воде, где после закалки в воде отливку нагревают до температуры, равной 0,35-0,45 температуры аустенизации, выдерживают в течение 4-6 часов и охлаждают на воздухе, затем отливку нагревают до температуры, равной 0,75-0,80 температуры аустенизации, выдерживают в течение 4-5 часов и охлаждают в воде.
Недостатком известного способа является низкая стойкость отливок в условиях ударно-абразивного износа.
с3
Наиболее близким к заявленному техническому решению является известный по патенту RU 2373292 способ термической обработки полуфабрикатов из низкоуглеродистых ферритоперлитных сталей, включающий закалку с температуры выше критической точки А, последующий высокий отпуск в диапазоне температур 620-670°С с охлаждением на воздухе, отличающийся тем, что после высокого отпуска проводят дополнительный отпуск в диапазоне температур 400-450°С с выдержкой 3-3,5 ч с последующим охлаждением на воздухе.
Недостатком известного способа является низкая прочность изделий, получаемых при его осуществлении, в частности, высокая хрупкость при низких температурах, низкая работа удара при температуре испытаний ниже - 40°С.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение прочностных свойств стальных изделий и повышение уровня работы удара при температуре испытаний ниже - 40°, получение комплекса механических свойств не ниже, чем указано в Таблице 1.
Технический результат достигается тем, что при осуществлении способа термической обработки поковок из низколегированной стали, включающего закалку, выдержку и последующее охлаждение в воде, согласно изобретению, осуществляют первую закалку при температуре 930-950°C со временем выдержки 1,8 часа на каждые 100 мм толщины поковки, затем производят охлаждение в воде в течение не менее 10-15 минут, затем осуществляют вторую закалку при температуре 930-950°C со временем выдержки 1,8 часа на каждые 100 мм толщины поковки, затем производят охлаждение в воде в течение не менее 10-15 минут, после чего осуществляют отпуск при температуре 570-650°C в течение 2,5-3 часов на каждые 100 мм толщины поковки, далее поковки охлаждают в закалочном баке в воде в течение не менее 10 минут до достижения температуры поверхности металла не выше 50°C, при этом температура воды в закалочном баке составляет не более 20°C на старте и не более 25°C на финише, после чего поковки охлаждают на воздухе.
Время перехода от печи к закалочному баку должно составлять не более 90 секунд.
Таким образом, в связи с низкой прокаливаемостью низколегированной стали, заявленный способ позволяет производить ее двойную закалку, тем самым повышая ее сопротивление хрупкому разрушению, в частности, в условиях работы при низких температурах.
Интервал температур 930-950°C при закалке является оптимальным для полного превращения феррито-карбидной смеси в аустенит в низколегированной стали, в частности марки A182F22Mod, при температуре выше 950°С начинается рост зерна, крупнозернистая структура стали характеризуется пониженными механическими свойствами, при температуре ниже 930°С произойдет недогрев стали, при этом в структуре не произойдет полного превращения феррито-карбидной смеси в аустенит, что негативно скажется в дальнейшем на получении необходимого комплекса механических свойств. При этом, при второй закалке происходит фазовая перекристаллизация с измельчением первоначального зерна аустенита до 7-8 балла по всему сечению поковки. Нагревом устраняют карбидную сетку по границам зерен, что способствует коагуляции мелких и средних карбидных частиц внутри зерна без их растворения. В результате закалки в воде образуется структура, состоящая из бейнита и мелкодисперсных включений карбидов округлой формы внутри зерен.
Интервал температур 570-650°C при отпуске и последующее охлаждение поковок в воде с температурой не более 20°C на старте, и не более 25°C на финише является оптимальным для общей стабилизации структуры в стали, что позволяет увеличить работу удара.
Таким образом, в результате осуществления заявленного способа получают поковки из низколегированной стали обладающие требуемым комплексом механических свойств (Таблица 1) при более высоких прочностных свойствах и работе удара, которая определяется, в частности, при температуре минус 46°С на образцах с V-образным концентратором.
Изобретение можно проиллюстрировать следующим примером.
Поковки из низколегированной стали A182F22Mod сечением до 250 мм в виде колец толщиной 197 мм нагревали до температуры закалки 950°С, время выдержки поковок при температуре закалки составило 5 часов (оптимальное время выдержки поковок составляет 1,8 час. на 100 мм толщины). После нагрева и выдержки поковки охлаждали в воде 15 минут с температурой не более 25°С. Затем проводили вторую закалку по такому же режиму.
После этого поковки отпускали при температуре 600°С, время выдержки поковок при температуре отпуска 7 часов (оптимальное время выдержки составляет 2,5-3 часа на 100 мм толщины) и охлаждали в воде до температуры поверхности поковок 50°С.
После термообработки были получены поковки, имеющие плотную однородную структуру из бейнита с мелкодисперсными включениями карбидов округлой формы внутри зерен.
Механические свойства проверяли на образцах, вырезанных из тела поковки в двух направлениях, вдоль и поперек направления ковки.
Как видно из Таблицы 2, низколегированная сталь A182F22Mod после термической обработки по изобретению имеет полный комплекс требуемых механических свойств, при этом имеет более высокую прочность и работу удара, чем сталь, которую подвергали термической обработке способом, рекомендуемым по техническим требованиям Р015-D07-T-060.
Таким образом, способ термической обработки поковок деталей из низколегированной стали A182F22Mod обеспечивает достижение поставленного технического результата (см. Таблицу 2).