Энергосберегающие технологии термообработки стали 38ХС с нагревом в межкритический интервал температур (МКИТ)

Анотація

В заводской практике используются такие технологии термообработки, как нормализация, закалка, в том числе изотермическая и прерывистая. В большинстве случаев они предусматривают нагрев в аустенитную область до температур превышающих Ас3. Энергосбережение, являющееся важной задачей, возможно за счет снижения температуры нагрева при термообработке. Это реализовано, например, при закалке из МКИТ низкоуглеродистых низколегированных сталей, предназначенных для изготовления деталей глубокой вытяжкой. Термообработка среднеуглеродистых сталей с нагревом в МКИТ в промышленности не применяется, т.к. считается, что присутствующий в структуре свободный феррит снижает механические свойства. Однако известно небольшое число работ, в которых показано, что нагрев в МКИТ при проведении термообработки может быть полезен. В данной работе изучалось влияние закалки с последующим высоким отпуском, изотермической и прерывистой закалки после нагрева в МКИТ на структуру и механические свойства исследованной стали. Установлено, что термообработка с нагревом в МКИТ обеспечивает большую мелкозернистость, чем типовая - с нагревом в аустенитную область. По мере повышения температуры нагрева в МКИТ или продолжительности выдержки при постоянной температуре уменьшается количество свободного феррита и размеры его участков. Улучшение с закалкой из МКИТ, при той же температуре отпуска, что и при типовой термообработке, позволяет получить более высокую пластичность и ударную вязкость. При рациональном режиме нагрева под закалку и несколько более низкой температуре (на 50 - 100°С) высокого отпуска может быть получен такой же уровень механических свойств, как и после типовой термообработки, что обеспечивает энергосбережение. Наиболее эффективны в этом отношении изотермическая и прерывистая закалка из МКИТ. Они позволяют получить более высокий уровень прочностных свойств по сравнению с ними после улучшения при той же или даже существенно более высокой пластичности. Так после изотермической закалки по режиму: нагрев на 780°С, выдержка 60 мин., охлаждение в воде до 350°С, выдержка при этой температуре 40 мин., получены следующие механические свойства: s0,2=1004 МПа, sв=1120 МПа, d= 18%, y= 60%, KCU= 1,3 МДж/м2. Высокий уровень механических свойств после оптимального режима изотермической закалки обусловлен получением многофазной структуры, включающей нижний бейнит, небольшое количество не растворившихся карбидов, феррит ~15% и ~12% остаточного аустенита. При этом последний в процессе испытаний механических свойств превращается в мартенсит деформации, что определено рентгеновским методом. Следствием γ→α превращения является ПНП- эффект. Дополнительная кратковременная аустенитизация при 950°С после выдержки в МКИ и последующая изотермическая закалка при 350°С позволяет получить наиболее высокий уровень прочностных свойств (s0,2=1200 МПа, sв=1490 МПа) при достаточной пластичности (d= 15%) и ударной вязкости (KCU=1,1 МДж/м2). Хорошее сочетание механических свойств (s0,2=1245 МПа, sв=1585 МПа, d= 12%, y= 50%, KCU= 0,8 МДж/м2) получено в исследованной стали после прерывистой закалки проведенной по схеме: нагрев в МКИТ на 780°С, выдержка 60 мин., кратковременная аустенитизация, аналогичная той, что рассмотрена в предыдущем случае и прерывистое охлаждение вода- воздух. Важно подчеркнуть, что полученный уровень механических свойств после изотермической и прерывистой закалки исключает применение высокого отпуска, который необходим при типовой термообработке- улучшении. Следствием этого является повышение производительности при термообработке и сокращение энергозатроат.