Разработка режимов термической обработки, исправляющих зерно аустенита в сталях ЭП 678, ЭП 679 и ЭП 699

Дробот А. В.

Днепропетровский национальный университет

Мартенситностареющие стали, как и ряд других сталей с кристаллографически упорядоченной структурой, обладают определенной особенностью, состоящей в том, что в ряде случаев повторный нагрев выше Aс₃ предварительно перегретой стали приводит к “восстановлению”аустенитных зерен в их исходной форме и границах, т.е. традиционные приемы термообработки не позволяют измельчить зерно аустенита.

Измельчение перегретой структуры наступает при соблюдении ряда условий. Одним из важных факторов является температура аустенизации, которая по данным В.Д. Садовского [1], должна быть выше Aс₃. В ряде работ, посвященных исправлению структуры в мартенситностареющих сталях подчеркивается, что для измельчения перегретой структуры однократной нормализации недостаточно и требуется многократная аустенизация [2, 3, 4].

Известно также, что на эффект “восстановления” зерна аустенита, а следовательно, и исправления структуры, решающее влияние оказывает скорость нагрева: зерно “восстановливается” при медленном и очень быстром нагреве [5].

В некоторых случаях для исправления структуры используют комбинированную термообработку, состоящую из предварительной выдержки в межкритическом интервале и последующей аустенизации. Применение такой обработки, по мнению авторов работы [6] создает условия для зарождения и роста новых зерен с высокоугловыми границами.

Для установления температурного интервала рекристаллизации нами опробованы температуры выше Aс₃на 100^оС и более, для чего предварительно перегретые образцы загружали в печь, нагретую последовательно до следующих температур: 800^оС, 850^оС, 900^оС, 950^оС, 1000^оС, 1050^оС, 1100^оС, 1150^оС.

В серии следующих опытов нами опробовано влияние одно-, дву- и трехкратной аустенизации на измельчение исходно перегретой структуры, а также влияние предварительной перед нормализацией термообработки в межкритическом интервале на процесс измельчения зерна аустенита.

Были опробованы 2 скорости нагрева:

- медленный нагрев с печью в течение 2,5 – 3 часов до заданной температуры;

- ускоренный нагрев, что достигается загрузкой образцов в разогретую до заданной температуры печь.

Сталь ЭП 678

Установлен температурный интервал рекристаллизации: 950^оС - 1050^оС.

В последующих опытах опробованы две температуры: 1) 880^оС; 2) 980^оС.

Исходно перегретая структкра соответствует 2-3 баллу зерна аустенита шкалы І

ГОСТ 5639-65. При нагреве образцов с печью нормализация с 880^оС не измельчает зерно аустенита. Двойная нормализация также не измельчает зерно аустенита.

Нагрев на 880^оС ускоренный. После тройной нормализации в структуре наблюдается значительный зернограничный эффект (ЗГЭ). Это явление наблюдается лишь при ускоренном нагреве. При однократной нормализации с 980^оС в структуре происходит определенная рекристаллизация. Двухкратная нормализация с 980^оС увеличивает степень измельчения.

При тройной нормализации с 980^оС степень измельчения несколько увеличивается по сравнению с двойной нормализацией.

Введение предварительной выдержки перед однократной нормализацией (нагрев медленный) визуально не оказывает заметного воздействия. Определенный положительный эффект предварительной выдержки наблюдается после нормализации с ускоренного нагрева.

Тройная комбинированная обработка с ускорением приводит к значительному измельчению структуры, более полному, чем без предварительной обработки.

Результаты оценки величины зерна аустенита после опробованных режимов приведены в табл. 1.

Сталь ЭП 679

Исходно перегретая структура соответствует 2-3 баллу зерна аустенита шкалы І ГОСТ 5639-65.

Нормализация с 880^оС не измельчает зерно аустенита. После двойной нормализации в структуре наблюдается зернограничный эффект. Следует отметить, что при такой же обработке в сталях ЭП 678 и ЭП 699 эти явления не наблюдаются.

При однократной нормализации с 980^оС в структуре наблюдается определенная рекристаллизация, большая чем в стали ЭП 678. Достаточно большое измельчение происходит при двойной нормализации с 980^оС.

При тройной нормализации с 980^оС степень измельчения усиливается, однако структура довольно неоднородная по размеру зерна: наряду с мелкими – 7-8 балла – зернами имеются отдельные зерна 5 балл.

Введение предварительной выдержки перед нормализацией неожиданно уменьшило степень измельчения зерна по сравнению с нормализацией.

Результаты оценки величины зерна после опробованных режимов приведены в табл. 1.

Сталь ЭП 699.

Исходно перегретая структура соответствует 2-3 баллу зерна аустенита шкалы І ГОСТ 5639-65.

Исследования показали, что нормализация с 880^оС исходно перегретой стали не измельчает зерно аустенита. Увеличение числа аустенизаций до трех также не измельчает зерно.

При однократной нормализации с 980^оС происходит лишь частичная рекристаллизация. Двойная нормализация с 980^оС увеличивает степень измельчения. Почти полная рекристаллизация достигается лишь тройной нормализацией. Решающее значение оказывает скорость нагрева. При однократной нормализации с 980^оС после медленного нагрева не происходит даже частичная рекристаллизация.

Двойная нормализация лишь частично измельчает структуру. После тройной нормализации после медленного нагрева измельчение структуры произошло в гораздо меньшей степени по сравнению с ускоренным нагревом.

Исследование влияния предварительной выдержки при 600^оС/2 час. показало, что эта выдержка способствует измельчению зерна.

Сравнивая структуры после тройной нормализации и после тройной комбинированной обработки (нагрев в обоих случаях ускоренный), можно заметить, что после комбинированной термообработки измельчение более полное. Результаты исследований приведены в табл. 1.

Проведенные исследования по разработке режимов измельчения зерна аустенита в нержавеющих мартенситностареющих сталях ЭП 678, ЭП 679,

ЭП 699 показали, что даже трехкратная нормализация с температур, превышающих на 200^оС Aс₃, не позволяет измельчить зерно аустенита. Эффективной является температура, превышающая Aс₃ на ~ 300^оС.

Результаты исследования показали, что лишь трехкратная нормализация в достаточной степени измельчает зерно аустенита. Решающее значение имеет для изучаемых марок стали скорость нагрева: при ускоренном нагреве происходит рекристаллизация, при медленном – полигонизация.

Рекристаллизация вызывается, по мнению В.Д. Садовского, фазовым наклепом.

При ускоренном нагреве создается большой фазовый наклеп и неравномерное распределение дислокации, что способствует развитию рекристаллизации, в результате чего зерно измельчается.

Предварительная выдержка в межкритическом интервале создает условия для зарождения и роста новых зерен с высокоугловыми границами [6].

Таким образом, достаточно надежным режимом измельчения зерна исходно перегретой структуры сталей ЭП 678,, ЭП 699 является трехкратная комбинированная термообработка, состоящая из предварительной выдержки при 600^оС/2 часа и последующей нормализации с 980^оС после ускоренного нагрева.

Для стали ЭП 679 рекомендуется трехкратная нормализация с 980^оС после ускоренного нагрева.

Таблица 1

Влияние термообработки на измельчение структуры исходно перегретой

стали с величиной зерна 2-3 балла

Режимы термообработки	Температура нормализации
	880^оС			980^оС			980^оС С предварительным отпуском 600^оС/2 часа
	марка стали			марка стали			марка стали
	ЭП 678	ЭП 679	ЭП 699	ЭП 678	ЭП 679	ЭП 699	ЭП 678	ЭП 679	ЭП 699
	Величина зерна (в баллах)
Однократная Однократная (нагрев с печью) Двукратная Двукратная (нагрев с печью) Трехкратная Трехкратная (нагрев с печью)	3 3 3 3 3-4 (ЗГЭ) 3	2-3 2-3 2-3 2-3 (ЗГЭ) 2-3 (ЗГЭ)^х 2-3	3 3 3 3 3 3	3 (ЗГЭ) 3 4-5 (ЗГЭ) 4 (ЗГЭ) 6-8 4-7	3-4 (ЗГЭ) 3 (ЗГЭ) 5-6 3-4 (ЗГЭ) 6-8 5-6	3 3 5-6 4 6-7 5-6	3(ЗГЭ) 3(ЗГЭ) 5-6 4(ЗГЭ) 7 5-6	3(ЗГЭ) 3 5-6 4-5 (ЗГЭ) 5-7 5	3-4 3 5 4 7 5-6

х) ЗГЭ – зернограничный эффект

Днепропетровский национальный университет

Сталь ЭП 678

В последующих опытах опробованы две температуры: 1) 880оС; 2) 980оС.

Температура нормализации

В последующих опытах опробованы две температуры: 1) 880^оС; 2) 980^оС.