Патент на изобретение №2178003

(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано при термической обработке деталей из среднеуглеродистых сталей, работающих при низких температурах. Для решения задачи способ термической обработки среднеуглеродистой стали включает нормализацию и отпуск детали при 655-750^oС в течение 120-300 мин, охлаждение на воздухе и повторную нормализацию с выдержкой 10-50 мин. Проведение отпуска (неполного отжига) при 655-750^oС в течение 120-300 мин обеспечивает формирование мелкозернистой перлитно-ферритной микроструктуры. Повышение температуры отпуска и проведение повторной нормализации приводит к активации дополнительных центров для формирования мелких зерен аустенита при нагреве деталей при повторной нормализации. Задачей изобретения является повышение показателей ударной вязкости и их стабильности при низких температурах, а также улучшение прочностных свойств стали. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано при термической обработке деталей из среднеуглеродистых сталей, работающих при низких температурах.

К деталям машин и механизмов, работающих в условиях “Крайнего Севера” предъявляются высокие требования по хладостойкости, определяемой уровнем ударной вязкости разрушения при низких температурах.

На величину этого показателя существенное влияние оказывают морфология и топография неметаллических включений и избыточных фаз.

Отрицательное влияние неметаллических включений может быть устранено за счет оптимизации процессов раскисления и разливки стали.

На пластические свойства среднеуглеродистих сталей существенное влияние оказывают морфология и топография перлитных включений. Морфология и топография перлита в углеродистых сталях может быть существенно изменена путем термообработки.

Известен способ термообработки литой стали, заключающийся в нагреве отливок на 30-50^oС выше точки АС₃, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении совместно с печью [1] .

Недостатком данного способа термообработки является невысокий уровень показателей вязкости и их нестабильность при низких температурах и низкие прочностные свойства материала.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ, заключающийся в том, что детали нагревают на 30-50^oС выше точки АС₃, выдерживают и охлаждают на воздухе (нормализация), после этого детали нагревают до 500-650^oС, выдерживают и охлаждают на воздухе [2] .

Недостатками указанного способа являются недостаточный уровень прочностных свойств и невысокие и нестабильные значения ударной вязкости при низких температурах.

Задачей изобретения является повышение показателей ударной вязкости и их стабильности при низких температурах, а также улучшение прочностных свойств стали.

Поставленная задача достигается тем, что согласно способу термической обработки среднеуглеродистой стали, включающему нормализацию и отпуск, детали подвергают отпуску при 655-750^oС в течение 120-300 минут, охлаждают на воздухе и выполняют повторную нормализацию с выдержкой 10-50 мин.

Проведение отпуска (неполного отжига) при температуре 655-750^oС в течение 120-300 мин обеспечивает формирование мелкозернистой перлитно-ферритной микроструктуры. Повышение температуры отпуска и проведение повторной нормализации приводит к активации дополнительных центров для формирования мелких зерен аустенита при нагреве деталей при повторной нормализации. Предшествующая термообработка, позволившая получить мелкую перлитно-ферритную структуру, обеспечивает формирование после повторной нормализации равномерной мелкозернистой структуры с зернистым перлитом. Установлено, что конечная структура не зависит от параметров исходной структуры отливки.

Известные и предлагаемый способ термообработки опробовали при изготовлении заготовок корпусов задвижек из стали 25Л на Курганском заводе трубопроводной арматуры ОАО “Икар”.

Сталь плавили в индукционной печи с кислой футеровкой. Раскисление стали осуществляли в печи ферромарганцам, ферросилицием и алюминием в количестве 0,1% каждого. В ковше металл дополнительно раскисляли силикокальцием СК-20 в количестве 0,15% от веса расплава.

Для проведения механических испытаний отливали образцы в виде “трефы” по ГОСТ 977-77.

Результаты испытаний образцов с использованием известного и предлагаемого способа термообработки приведены в таблице.

Из таблицы видно, что предлагаемый способ во всем интервале режимов термообработки обеспечивает существенный прирост показателя вязкости разрушения и его стабильности при отрицательных температурах при увеличении уровня прочностных свойств по сравнению с прототипом. Верхние уровни режимов выдержки при отпуске определялись в зависимости от температуры отпуска.

Предельные режимы повторной нормализации выбирались из условия прогрева деталей до полной аустенизации структуры. Причем температура нагрева не превышает 30-50^oС точки АС₃ для конкретной стали.

Экономическая эффективность от использования предлагаемого изобретения может быть оценена с учетом расширения области использования изделий из литых сталей за счет их применения при более низких температурах по степени увеличения прибыли изготовителя.

Например: Рыночная цена Ц₁ задвижек с условным проходом 100 мм и рабочим давлением в 6,3 МПа, изготовленных из стали 25Л с использованием известного способа термообработки (условия эксплуатации до -40^oС) составляет 2500-2800 руб.

Рыночная цена Ц₂ задвижек из стали 25Л с повышенной хладостойкостью с учетом их потребности (условия работы до -60^oС) за счет использования предлагаемой термообработки составляет 8400-8900 руб. Дополнительные затраты З_д по предлагаемому способу не превышают 15% стоимости задвижек.

Тогда степень увеличения прибыли может быть оценена по формуле:
Э= Ц₂-Ц₁-З_д.

Э= (8900-8400)-(2800-2500)-0,15(2800-2500)
Э= 5680-5525 руб.

Экономическая эффективность от применения предлагаемого изобретения при изготовлении задвижки с условным проходом ДУ 100 и рабочим давлением 6,3 очевидна.

Источники информации
1. Гуляев А. П. Термическая обработка стали. М. : Машгиз, 1960. – 495 с. (89 с. ).

2. Шульте Ю. А. Хладостойкая сталь. М. : Металлургия, 1970. – 224 с. (с. 54,57).

Формула изобретения

Способ термической обработки среднеуглеродистой стали, включающий нормализацию и отпуск, отличающийся тем, что отпуск осуществляют при 655-750^oС в течение 120-300 мин, охлаждают на воздухе и проводят повторную нормализацию с выдержкой 10-60 мин.

РИСУНКИ