RU2760140C1 - Method for producing low-carbon martensitic steel - Google Patents
Method for producing low-carbon martensitic steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2760140C1 RU2760140C1 RU2020140801A RU2020140801A RU2760140C1 RU 2760140 C1 RU2760140 C1 RU 2760140C1 RU 2020140801 A RU2020140801 A RU 2020140801A RU 2020140801 A RU2020140801 A RU 2020140801A RU 2760140 C1 RU2760140 C1 RU 2760140C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quenching
- steel
- temperature
- carbon
- tempering
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 60
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 3
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims abstract description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 19
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 9
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 6
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims 1
- -1 smelting the billet Chemical compound 0.000 claims 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 5
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 3
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102220479482 Puromycin-sensitive aminopeptidase-like protein_C21D_mutation Human genes 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/78—Combined heat-treatments not provided for above
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности, к получению высокопрочных свариваемых конструкционных сталей. Может использоваться при получении стали для приборостроения, машиностроения, добывающей, перерабатывающей, кабельной и других отраслей промышленности. The invention relates to the field of metallurgy, in particular, to the production of high-strength weldable structural steels. It can be used to obtain steel for instrument making, mechanical engineering, mining, processing, cable and other industries.
Известна сталь со структурой низкоуглеродистого мартенсита по патенту РФ на изобретение №2462532, С22С 38/58, 2012. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,182-0,272, хром 1,2-4,0, никель 0,3-4,0, марганец 1,0-3,0, молибден не более 3,0, ванадий не более 0,3, медь не более 2,5, титан не более 0,1, ниобий не более 0,15, кремний не более 0,6, азот 0,001-0,25, кальций не более 0,15, церий не более - 0,15, РЗМ не более 0,03, железо остальное. После закалки с деформационного нагрева или после аустенитизации с охлаждением на спокойном воздухе и последующего отпуска она имеет реечно-глобулярную мартенситную структуру. Недостатком являются невысокие физико-механические характеристики, в частности, показатель ударной вязкости.Known steel with the structure of low-carbon martensite under the RF patent for invention No. 2462532, С22С 38/58, 2012. Steel contains, wt%: carbon 0.182-0.272, chromium 1.2-4.0, nickel 0.3-4.0 , manganese 1.0-3.0, molybdenum no more than 3.0, vanadium no more than 0.3, copper no more than 2.5, titanium no more than 0.1, niobium no more than 0.15, silicon no more than 0, 6, nitrogen 0.001-0.25, calcium no more than 0.15, cerium no more than 0.15, rare-earth metals no more than 0.03, iron the rest. After quenching from deformation heating or after austenitization with cooling in still air and subsequent tempering, it has a lath-globular martensitic structure. The disadvantage is the low physical and mechanical characteristics, in particular, the impact strength.
Известна высокопрочная, свариваемая сталь с повышенной прокаливаемостью по патенту РФ на изобретение №2314361, 2008. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,10-0,18, кремний 0,12-0,60, хром 2,0-3,0, марганец 2,0-2,4, никель 1,0-2,0, молибден 0,4-0,6, церий и/или кальций до 0,15, ванадий 0,08-0,12, титан менее 0,01, ниобий 0,05-0,10, железо остальное. Сталь после закалки с прокатного нагрева или после аустенитизации при температуре 950-1050°С с ускоренным охлаждением и последующего отпуска при температуре не выше 550°С она имеет структуру пакетного мартенсита. Недостатки данной стали заключаются в малом интервале гарантируемых значений механических свойств, в невысоких предельных значениях прокаливаемости, ударной вязкости, что может вызвать значительное изменение свойств в зоне термического влияния при сварке. Known high-strength, weldable steel with increased hardenability according to RF patent for invention No. 2314361, 2008. Steel contains, wt%: carbon 0.10-0.18, silicon 0.12-0.60, chromium 2.0-3, 0, manganese 2.0-2.4, nickel 1.0-2.0, molybdenum 0.4-0.6, cerium and / or calcium up to 0.15, vanadium 0.08-0.12, titanium less 0.01, niobium 0.05-0.10, iron the rest. Steel after quenching from rolling heating or after austenitization at a temperature of 950-1050 ° C with accelerated cooling and subsequent tempering at a temperature not exceeding 550 ° C, it has a structure of packet martensite. The disadvantages of this steel are in a small range of guaranteed values of mechanical properties, in low limiting values of hardenability, impact toughness, which can cause a significant change in properties in the heat-affected zone during welding.
Известна сталь со структурой пакетного мартенсита по патенту РФ на изобретение №2507297, С22С 38/58, 2014. Сталь содержит, в мас.%: углерод от 0,04 до 0,099, хром до 7,00, марганец от 0,15 до 2,5, никель не более 4, молибден не более 1,0, ванадий не более 0,30, титан не более 0,06 и/или ниобий не более 0,15, азот не более 0,25, медь не более 2,00, редкоземельные элементы или кальций не более 0,15, железо и неизбежные примеси - остальное. Сталь имеет пакетно-реечную структуру мартенсита при выполнении соотношения, мас.%: Сr/С не менее 20. В закаленном состоянии или после низкотемпературного отпуска структура стали почти полностью состоит из пакетного мартенсита прочностью до 1200 МПа, и обладает высокой вязкостью. Недостатком является сохранение пакетной структуры лишь в узких интервалах варьирования концентраций углерода и легирующих элементов. Сталь обладает сравнительно невысокими значениями сочетаний прочности, ударной вязкости и хладостойкости.Known steel with the structure of packet martensite according to the RF patent for invention No. 2507297, С22С 38/58, 2014. Steel contains, in wt%: carbon from 0.04 to 0.099, chromium to 7.00, manganese from 0.15 to 2 , 5, nickel no more than 4, molybdenum no more than 1.0, vanadium no more than 0.30, titanium no more than 0.06 and / or niobium no more than 0.15, nitrogen no more than 0.25, copper no more than 2, 00, rare earth elements or calcium no more than 0.15, iron and inevitable impurities - the rest. The steel has a packet-lath structure of martensite when the ratio, wt%: Cr / C is not less than 20. In the hardened state or after low-temperature tempering, the structure of the steel almost entirely consists of packet martensite with strength up to 1200 MPa, and has a high toughness. The disadvantage is the preservation of the packet structure only in narrow ranges of variation of the concentrations of carbon and alloying elements. Steel has relatively low values of strength, impact toughness and cold resistance combinations.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран способ термической обработки труб нефтяного сортамента из коррозионно-стойкой стали по патенту РФ на изобретение №2635205, С21D 9/08, 2017. Трубу изготавливают из коррозионно-стойкой стали мартенситного класса, содержащей, мас.%: углерод 0,12-0,17, кремний 0,15-0,50, марганец 0,30-0,90, хром 12,00-14,00, никель 1,80-2,20, медь не более 0,25, алюминий 0,02-0,05, сера не более 0,010, фосфор не более 0,020, азот не более 0,020, железо - остальное. Труба подвергнута закалке от 920 до 1020°С, второй закалке из межкритического интервала температур от 700 до 830°С и отпуску в интервале температур от 560 до 690°С. Недостатком являются недостаточно высокие механические свойства для использования трубы при низких температурах в северных районах.As the closest analogue to the claimed technical solution, a method of heat treatment of oil country tubular goods made of corrosion-resistant steel was selected according to the RF patent for invention No. 2635205, C21D 9/08, 2017. The pipe is made of corrosion-resistant steel of the martensitic class, containing, wt%: carbon 0.12-0.17, silicon 0.15-0.50, manganese 0.30-0.90, chromium 12.00-14.00, nickel 1.80-2.20, copper no more than 0, 25, aluminum 0.02-0.05, sulfur no more than 0.010, phosphorus no more than 0.020, nitrogen no more than 0.020, iron - the rest. The pipe was quenched from 920 to 1020 ° C, the second quenching from the intercritical temperature range from 700 to 830 ° C and tempered in the temperature range from 560 to 690 ° C. The disadvantage is the insufficiently high mechanical properties for using the pipe at low temperatures in the northern regions.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение механических свойств низкоуглеродистой мартенситной стали при обеспечении ее высокой хладостойкости.The technical result of the claimed invention is to improve the mechanical properties of low-carbon martensitic steel while ensuring its high cold resistance.
Технический результат достигается за счет того, что в способе получения низкоуглеродистой мартенситной стали, включающем прокатный нагрев с охлаждением на воздухе и последующую двукратную закалку с отпуском, из которых вторую закалку проводят при температуре, соответствующей температуре межкритического интервала температур, отличающийся тем, что используют сталь с содержанием углерода 0,12-0,27 масс.%, в качестве первой закалки после прокатного нагрева проводят полную закалку на воздухе или в жидких охлаждающих средах от температуры 950°С, затем проводят средне или высокотемпературный отпуск и вторую закалку из межкритического интервала температур 800-810°С.The technical result is achieved due to the fact that in the method of producing low-carbon martensitic steel, including rolling heating with air cooling and subsequent double quenching with tempering, of which the second quenching is carried out at a temperature corresponding to the temperature of the intercritical temperature range, characterized in that steel with carbon content 0.12-0.27 wt.%, as the first quenching after rolling heating, complete quenching is carried out in air or in liquid cooling media from a temperature of 950 ° C, then medium or high-temperature tempering is carried out and the second quenching is carried out from the intercritical temperature range 800 -810 ° C.
Технический результат обеспечивается получением стали с двухфазной мартенситной структурой, за счет которой сталь обладает требуемыми свойствами. Получение структуры стали мартенсит-мартенситного типа достигают содержанием углерода в стали 0,12-0,27 масс.% в сочетании с особой технологией термообработки. Содержание углерода до 0,1% масс.%, обеспечивает улучшение структуры стали за счет образования пакетного мартенсита. Однако, высокие механические свойства стали в сочетании с хладостойкостью обеспечиваются за счет образования мартенсит – мартенситной структуры при содержании углерода 0,12-0,27 масс.%. Причем при данной структуре стали с увеличением содержания углерода улучшаются значения механических характеристик. Наименьшее содержание углерода – 0,12 масс.%, определено экспериментально, исходя из реализации особого типа структурной наследственности, которая проявляется в сохранении морфологии мартенсита при нагреве до Ас3. При реализации такой наследственности комплекс механических свойств заявляемой стали выше, чем у сталей-аналогов. Максимальное содержание углерода - 0,27 масс.%, определено из условия образования мартенсит–мартенситной структуры с преимущественно пакетным мартенситом после закалки, т.к. при появлении в структуре стали пластинчатой составляющей резко ухудшаются свойства стали, влияющие на надежность. При дальнейшем увеличении в твердом растворе углерода, снижается значение Мs, увеличивается доля пластинчатой составляющей, уменьшается инкубационный период перлитного и бейнитного превращений. Где Ms (Мн) и Мf (Mк) – точки начала и конца мартенситного превращения. Лучшие свойства низкоуглеродистой мартенситной стали с содержанием углерода 0,12-0,27 масс.% обеспечивает термообработка после прокатного нагрева, включающая полную закалку при температурах выше Ас3, средне- или высокотемпературный отпуск и закалку из межкритического интервала температур (МКИ). С целью конструирования карбидной системы отпуск проводится перед закалкой из МКИ, это позволяет создать заданное, близкое к упорядоченному, распределение дислокаций, т.к. количество и заданное распределение дефектов кристаллического строения во многом определяет свойства получаемой стали. Проведение в качестве завершающей операции термообработки закалки из МКИ между критическими температурами Ас1 и Ас3 способствует образованию мартенсит-мартенситной структуры материала. Данная структура характеризуется присутствием двух α-фаз с морфологией мартенсита: «родительской», сохранившей морфологию поле нагрева в МКИ и «свежей», превратившейся из аустенита при охлаждении из межфазной области. Оптимальные температуры полной закалки, отпуска и закалки из МКИ определены экспериментально, исходя из требуемого сочетания механических свойств стали и необходимого предела хладостойкости. Высокие значения ударной вязкости, характеристик прочности и хладостойкости после указанной последовательности операций термообработки достигаются за счет образования мартенсит-мартенситной структуры низкоуглеродистой мартенситной стали. Высокая ударная вязкость при температуре минус 40°С подтверждается большой долей ямочной составляющей в изломах. Заявляемая сталь с указанным содержанием углерода склонна к структурной наследственности. Термическое воздействие, направленное на образование двухфазной мартенситной структуры, эффективно для низкоуглеродистых мартенситных сталей, склонных к структурной наследственности, легированных сильными карбидообразующими элементами из-за образования специальных карбидов, которые мало растворяются в аустените, задерживают рост зерна аустенита и способствуют сохранению морфологии альфа фазы до Ас3. The technical result is provided by obtaining steel with a two-phase martensitic structure, due to which the steel has the required properties. The structure of martensite-martensitic steel is obtained with a carbon content of 0.12-0.27 wt% in steel in combination with a special heat treatment technology. The carbon content is up to 0.1% wt.%, Provides an improvement in the structure of steel due to the formation of packet martensite. However, high mechanical properties of steel in combination with cold resistance are provided due to the formation of a martensite - martensitic structure with a carbon content of 0.12-0.27 wt.%. Moreover, with a given steel structure, with an increase in carbon content, the values of mechanical characteristics improve. The lowest carbon content - 0.12 wt%, was determined experimentally, proceeding from the implementation of a special type of structural inheritance, which manifests itself in the preservation of the morphology of martensite when heated to Ac3. With the implementation of such heredity, the complex of mechanical properties of the claimed steel is higher than that of analogous steels. The maximum carbon content is 0.27 wt.%, Determined from the condition of the formation of a martensite – martensite structure with predominantly packet martensite after quenching, since with the appearance of a lamellar component in the structure of steel, the properties of steel, affecting reliability, deteriorate sharply. With a further increase in carbon in a solid solution, the Ms value decreases, the proportion of the lamellar component increases, and the incubation period of pearlite and bainitic transformations decreases. Where Ms (Mn) and Mf (Mk) are the start and end points of the martensitic transformation. The best properties of low-carbon martensitic steel with a carbon content of 0.12-0.27 wt.% Are provided by heat treatment after rolling heating, including full quenching at temperatures above Ac3, medium- or high-temperature tempering and quenching from the intercritical temperature range (ICI). In order to design the carbide system, tempering is carried out before quenching from MCI, this allows creating a given, close to ordered, dislocation distribution, since the number and specified distribution of crystal structure defects largely determines the properties of the resulting steel. Carrying out, as the final stage of heat treatment, quenching from MCI between the critical temperatures Ac1 and Ac3 promotes the formation of the martensite-martensite structure of the material. This structure is characterized by the presence of two α-phases with martensite morphology: the “parent” one, which retained the morphology of the heating field in the MCI, and the “fresh” one, transformed from austenite upon cooling from the interphase region. The optimum temperatures for complete hardening, tempering, and hardening from MCI were determined experimentally, based on the required combination of mechanical properties of steel and the required limit of cold resistance. High values of impact toughness, strength and cold resistance characteristics after the specified sequence of heat treatment operations are achieved due to the formation of a martensite-martensitic structure of low-carbon martensitic steel. High impact strength at a temperature of minus 40 ° C is confirmed by a large proportion of the dimple component in fractures. The claimed steel with the specified carbon content is prone to structural inheritance. Thermal action, aimed at the formation of a two-phase martensitic structure, is effective for low-carbon martensitic steels, prone to structural heredity, alloyed with strong carbide-forming elements due to the formation of special carbides that dissolve little in austenite, retard the growth of austenite grain and contribute to the preservation of the morphology of the alpha phase to Ac3 ...
Способ получения низкоуглеродистой мартенситной стали осуществляют следующим образом.The method of obtaining low-carbon martensitic steel is as follows.
Используют низкоуглеродистую сталь с содержанием компонентов, указанным в таблице: Use low carbon steel with the content of the components indicated in the table:
Сталь предложенного состава выплавляют в индукционной печи, разливают на слитки и подвергают горячей прокатке в круг. Температуру нагрева под прокатку выдерживают в пределах 1220÷1100°C. Температура завершения прокатки 900°С. После горячей обработки давлением заготовки охлаждают на воздухе. Механические свойства заготовок определяют на образцах, вырезанных механическим способом. Далее проводят термическую обработку, включающую в качестве основных операций закалку на воздухе с последующим отпуском и закалку на воздухе из межкритического интервала температур при следующих температурных режимах:Steel of the proposed composition is melted in an induction furnace, poured into ingots and hot rolled into a circle. The heating temperature for rolling is maintained within 1220 ÷ 1100 ° C. Rolling completion temperature 900 ° C. After hot forming, the workpieces are cooled in air. The mechanical properties of the blanks are determined on mechanically cut samples. Next, heat treatment is carried out, including, as the main operations, quenching in air followed by tempering and quenching in air from the intercritical temperature range at the following temperature conditions:
- закалка при температуре 950-980°С на спокойном воздухе или в жидких охлаждающих средах;- hardening at a temperature of 950-980 ° C in calm air or in liquid cooling media;
- отпуск при температуре 450-660°С (средне- или высокотемпературный) с последующим охлаждением на спокойном воздухе;- vacation at a temperature of 450-660 ° C (medium or high temperature) with subsequent cooling in calm air;
- закалка из межкритического интервала температур в интервале значений 800-810°С.- hardening from the intercritical temperature range in the range of 800-810 ° C.
После обеих указанных закалок проводят охлаждение на воздухе, возможно так же охлаждение в воде, в масле или в специальных закалочных жидкостях. Температуру отпуска выбирают в зависимости от состава стали. Увеличение содержания углерода и присутствие сильных карбидообразователей вызывает переход от среднетемпературного отпуска к высокотемпературному.After both of these quenches, air cooling is carried out, cooling in water, in oil or in special quenching liquids is also possible. The tempering temperature is selected depending on the composition of the steel. An increase in the carbon content and the presence of strong carbide-formers cause a transition from medium-temperature tempering to high-temperature tempering.
Пример. Использовали отливки сталей марок 12Х2Г2НМФБ, 15Х2Г2НМФБ, 27Х2Г2НМФБ следующего химического состава:Example. We used castings of steels of grades 12Х2Г2НМФБ, 15Х2Г2НМФБ, 27Х2Г2НМФБ of the following chemical composition:
Отливки сталей обозначенных 12Х2Г2НМФБ, 15Х2Г2НМФБ, 27Х2Г2НМФБ деформировали при температуре 1250-900°С с охлаждением на воздухе. Из полученных после деформирования прутков механическими методами изготавливали образцы с их последующей термообработкой по схеме: Castings of steels designated 12Х2Г2НМФБ, 15Х2Г2НМФБ, 27Х2Г2НМФБ were deformed at a temperature of 1250-900 ° C with air cooling. From the rods obtained after deformation by mechanical methods, samples were made with their subsequent heat treatment according to the following scheme:
Закалку прутков стали 12Х2Г2НМФБ проводили от температуры 980°С с охлаждением на спокойном воздухе, стали 15Х2Г2НМФБ – от температуры 950°С с охлаждением на спокойном воздухе, стали 27Х2Г2НМФБ – от температуры 950°С с охлаждением на спокойном воздухе. Далее проводили отпуск при температурах для стали 12Х2Г2НМФБ – 660°С , для стали 15Х2Г2НМФБ – 450°С, для стали 27Х2Г2НМФБ – 660°С с последующим охлаждением на спокойном воздухе. Проводили закалку из межкритического интервала температур для стали 12Х2Г2НМФБ при температуре 810°С, для стали 15Х2Г2НМФБ при температуре 800°С, для стали 27Х2Г2НМФБ при температуре 800°С. Полученные значения механических свойств представлены в таблице Bars of 12Kh2G2NMFB steel were hardened from a temperature of 980 ° C with cooling in calm air, steel 15Kh2G2NMFB - from a temperature of 950 ° C with cooling in calm air, steel 27Kh2G2NMFB - from a temperature of 950 ° C with cooling in calm air. Then tempering was carried out at temperatures for steel 12Kh2G2NMFB - 660 ° C, for steel 15Kh2G2NMFB - 450 ° C, for steel 27Kh2G2NMFB - 660 ° C, followed by cooling in quiet air. Quenching was carried out from the intercritical temperature range for steel 12Kh2G2NMFB at a temperature of 810 ° C, for steel 15Kh2G2NMFB at a temperature of 800 ° C, for steel 27Kh2G2NMFB at a temperature of 800 ° C. The obtained values of mechanical properties are presented in the table
Обозначения: Legend:
1 – закалка полная, высокотемпературный отпуск, закалка из МКИ; 1 - full hardening, high-temperature tempering, hardening from MKI;
2 –закалка полная, среднетемпературный отпуск, закалка из МКИ; 2 - full hardening, medium temperature tempering, hardening from MKI;
3 – закалка полная, закалка 950°С, низкий отпуск. 3 - full hardening, hardening 950 ° С, low tempering.
Анализ представленных данных показывает, что при температурах до «-40°С» значение ударной вязкости образцов всех сталей, подвергнутых полной закалке, отпуску и закалке из МКИ значительно превышает ударную вязкость образцов, указанных в таблице под номером 3, прошедших иную термообработку, которую применяли ранее. Фрактограммы, полученные испытанием на ударный изгиб образцов с V – образным надрезом, подтверждают хорошую хладостойкость, поскольку при температуре испытаний «- 40°С» сохраняется высокая доля ямочной составляющей излома. Как видно из таблицы, лучшее сочетание характеристик прочности и надежности, так же как хладостойкости, получено после режима, включающего полную закалку, высоко- или среднетемпературный отпуск и закалку из МКИ. Полученные низкоуглеродистые мартенситные стали являются свариваемыми сталями с повышенными значениями характеристик прочности, вязкости и хладостойкости. Использование данных сталей позволит обеспечить высокий комплекс механических свойств в деталях и элементах конструкций. Analysis of the data presented shows that at temperatures up to "-40 ° C" the value of the impact toughness of the samples of all steels subjected to complete hardening, tempering and quenching from MKI significantly exceeds the impact toughness of the samples indicated in the table under number 3, which underwent a different heat treatment, which was used previously. Fractograms obtained by testing the impact bending of specimens with a V-shaped notch confirm good cold resistance, since at a test temperature of "- 40 ° C" a high proportion of the dimple component of the fracture remains. As can be seen from the table, the best combination of strength and reliability characteristics, as well as cold resistance, was obtained after a mode including full hardening, high- or medium-temperature tempering, and quenching from ICI. The obtained low-carbon martensitic steels are weldable steels with increased values of strength, toughness and cold resistance characteristics. The use of these steels will provide a high range of mechanical properties in parts and structural elements.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить механические свойства низкоуглеродистой мартенситной стали при обеспечении ее высокой хладостойкости.Thus, the claimed invention improves the mechanical properties of low-carbon martensitic steel while ensuring its high cold resistance.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020140801A RU2760140C1 (en) | 2020-12-10 | 2020-12-10 | Method for producing low-carbon martensitic steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020140801A RU2760140C1 (en) | 2020-12-10 | 2020-12-10 | Method for producing low-carbon martensitic steel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2760140C1 true RU2760140C1 (en) | 2021-11-22 |
Family
ID=78719405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020140801A RU2760140C1 (en) | 2020-12-10 | 2020-12-10 | Method for producing low-carbon martensitic steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2760140C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115522019A (en) * | 2022-08-31 | 2022-12-27 | 邯郸钢铁集团有限责任公司 | A heat treatment method to realize the dispersion distribution of copper-rich nanoparticles in martensitic steel |
| RU2828902C1 (en) * | 2023-11-04 | 2024-10-21 | Сергей Константинович Лаптев | Method of producing articles from low-carbon martensitic steel blanks (versions) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU834160A1 (en) * | 1979-10-25 | 1981-05-30 | Уральский Научно-Исследовательскийинститут Черных Металлов | Method of combination treatment of steel |
| RU2238335C1 (en) * | 2003-04-16 | 2004-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "НОРМА-ИМПОРТ ИНСО" | Method for producing of spheroidized rolled bars from boron steel for cold bulk pressing of high-strength fastening parts |
| JP2010070789A (en) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Nippon Steel Corp | Machine structural steel pipe having excellent fatigue characteristic and bending formability, and method of manufacturing the same |
| WO2016208571A1 (en) * | 2015-06-22 | 2016-12-29 | 日立金属株式会社 | Method for producing high-speed tool steel material, method for producing high-speed tool steel product, and high-speed tool steel product |
| RU2635205C2 (en) * | 2016-01-11 | 2017-11-09 | Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ") | Method for thermal processing of oil pipe sortament made of corrosion-resistant steel |
-
2020
- 2020-12-10 RU RU2020140801A patent/RU2760140C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU834160A1 (en) * | 1979-10-25 | 1981-05-30 | Уральский Научно-Исследовательскийинститут Черных Металлов | Method of combination treatment of steel |
| RU2238335C1 (en) * | 2003-04-16 | 2004-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "НОРМА-ИМПОРТ ИНСО" | Method for producing of spheroidized rolled bars from boron steel for cold bulk pressing of high-strength fastening parts |
| JP2010070789A (en) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Nippon Steel Corp | Machine structural steel pipe having excellent fatigue characteristic and bending formability, and method of manufacturing the same |
| WO2016208571A1 (en) * | 2015-06-22 | 2016-12-29 | 日立金属株式会社 | Method for producing high-speed tool steel material, method for producing high-speed tool steel product, and high-speed tool steel product |
| RU2635205C2 (en) * | 2016-01-11 | 2017-11-09 | Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ") | Method for thermal processing of oil pipe sortament made of corrosion-resistant steel |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115522019A (en) * | 2022-08-31 | 2022-12-27 | 邯郸钢铁集团有限责任公司 | A heat treatment method to realize the dispersion distribution of copper-rich nanoparticles in martensitic steel |
| RU2828902C1 (en) * | 2023-11-04 | 2024-10-21 | Сергей Константинович Лаптев | Method of producing articles from low-carbon martensitic steel blanks (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0828862B2 (en) | Martensitic stainless steel having high mechanical strength and corrosion resistance and relative manufactured articles | |
| US20100319814A1 (en) | Bainitic steels with boron | |
| CA3042120C (en) | Medium-manganese steel product for low-temperature use and method for the production thereof | |
| EA010037B1 (en) | Oil well seamless steel pipe excellent in resistance to sulfide stress cracking and method for production thereof | |
| RU2763722C1 (en) | SULPHUR-RESISTANT PIPE FOR A PETROLEUM BOREHOLE ATTRIBUTED TO THE KILOPOUND/INCH2 (862 MPa) STEEL STRENGTH CLASS, AND METHOD FOR MANUFACTURE THEREOF | |
| CN102453843B (en) | Ferrite heat resistant steel | |
| NO343350B1 (en) | Seamless steel tube for oil wells with excellent resistance to sulphide stress cracking and method for producing seamless steel tubes for oil wells | |
| EP1375694B1 (en) | Hot-rolled steel strip and method for manufacturing the same | |
| CN101353765A (en) | Steel for CT80 grade coiled tubing, and manufacturing method and use thereof | |
| US20230357876A1 (en) | Method of Manufacturing High Strength Steel Tubing from a Steel Composition and Components Thereof | |
| CN105671458A (en) | Non-quenched and tempered medium carbon steel wire having excellent surface hardening thermal treatment performance and manufacturing method thereof | |
| JPH07331328A (en) | Production of high tensile strength steel excellent in toughness at low temperature | |
| RU2703008C1 (en) | Method for production of cryogenic structural steel sheets | |
| RU2760140C1 (en) | Method for producing low-carbon martensitic steel | |
| JP2861024B2 (en) | Martensitic stainless steel for oil well and its production method | |
| US4259126A (en) | Method of making razor blade strip from austenitic steel | |
| US20070256767A1 (en) | Steel Wire for Cold Forging Having Excellent Low Temperature Impact Properties and Method of Producing the Same | |
| JP2000160300A (en) | 655 Nmm-2 CLASS LOW-C HIGH-Cr ALLOY OIL WELL PIPE WITH HIGH CORROSION RESISTANCE, AND ITS MANUFACTURE | |
| CN115927960B (en) | A 125Ksi steel grade hydrogen sulfide corrosion resistant oil well pipe and a preparation method thereof | |
| CN105296877A (en) | Martensitic stainless steel for building structure fastener and manufacturing method thereof | |
| US20240093323A1 (en) | Steel composition, wrought article and manufacturing method of a seamless pressure vessel for compressed gas | |
| CN106929756B (en) | Bearing steel and preparation method thereof | |
| JP2814528B2 (en) | Martensitic stainless steel for oil well and its production method | |
| CN101624682A (en) | Ultra-high strength high-ductility steel and manufacturing method thereof | |
| JPS63161117A (en) | Production of hot rolled steel products having high strength and high toughness |