RU2107745C1

RU2107745C1 - Method of article cyaniding

Info

Publication number: RU2107745C1
Application number: RU97107780/02A
Authority: RU
Inventors: В.Ю. Алекперов; Р.У. Маганов; В.В. Яковлев; В.Р. Федорин
Original assignee: Открытое акционерное общество "УралЛУКтрубмаш"
Priority date: 1997-05-13
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 1998-03-27

Abstract

FIELD: thermochemical treatment of steel; applicable in cyaniding the surfaces of metal articles, particular, steel pipes. SUBSTANCE: the offered method includes heating of articles to austenitic state in mixture of carburizing and nitriding gases with holding at this temperature, cooling down to 500-600 C at the rate preventing decomposition of austenite and further cyaniding at this temperature and isothermal phase conversion of austenite and subsequent cooling. EFFECT: higher efficiency.

Description

Изобретение относится к химико-термической обработки стали и может быть использовано при цианировании (нитроцементации) поверхности металлоизделий, в частности стальных труб. The invention relates to chemical-thermal treatment of steel and can be used in cyanidation (nitrocarburizing) of the surface of metal products, in particular steel pipes.

Известен способ цианирования в смеси науглераживающих и азотирующих газов, например, светильного и аммиака (Мозберг Р.К. Материаловедение, Таллин: Валгус, 1976, с. 302-305), заключающийся в насыщении поверхности металлоизделий углеродом и азотом при 500^oC600^oC.A known method of cyanidation in a mixture of carburizing and nitriding gases, for example, light and ammonia (Mozberg R.K. Material Science, Tallinn: Valgus, 1976, S. 302-305), which consists in saturating the surface of metal products with carbon and nitrogen at 500 ^o C600 ^o C .

Недостатком данного способа является то, что при указанной температуре имеет место, практически, только азотирование. При этом глубина азотированного слоя незначительна, так как известно, что наиболее интенсивное насыщение азотом и углеродом происходит в период фазовых превращений, и не исключена возможность продавливания упрочненного слоя при воздействии нагрузки на поверхность изделий. Все это снижает эксплуатацию характеристики изделий. The disadvantage of this method is that at the indicated temperature practically only nitriding takes place. In this case, the depth of the nitrided layer is insignificant, since it is known that the most intense saturation with nitrogen and carbon occurs during the phase transitions, and the possibility of forcing the hardened layer under the influence of the load on the surface of the products is not excluded. All this reduces the operation characteristics of the products.

Известен способ упрочнения труб (а.с. СССР N 1172294, кл. C 23 C 9/00, 1985), преимущественно внутренней поверхности высокотемпературной газовой цементацией, при котором полость трубы заполняют углеродсодержащей газообразной смесью, нагревают до температуры оплавления поверхностного слоя при непрерывном вращении, производят при этой температуре дополнительную цементацию в потоке природного газа, а затем осуществляют закалку с температурой на 20^oC30^oC выше температуры кристаллизации расплавленного слоя.A known method of hardening pipes (AS USSR N 1172294, class C 23 C 9/00, 1985), mainly the inner surface of high-temperature gas cementation, in which the cavity of the pipe is filled with a carbon-containing gaseous mixture, heated to a melting temperature of the surface layer with continuous rotation , perform additional cementation at this temperature in a stream of natural gas, and then quench with a temperature of 20 ^o C30 ^o C above the crystallization temperature of the molten layer.

Данному способу присущи следующие недостатки: необходимость дополнительного нагрева для проведения обработки и незначительная глубина упрочненного слоя. This method has the following disadvantages: the need for additional heating for processing and a small depth of the hardened layer.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является ступенчатое цианирование [1]. Суть его заключается в том, что газовое цианирование выполняют в два этапа: первый этап выполняют при 550^oC, при которой происходит боле интенсивное азотирование по сравнению с насыщением углеродом, на втором этапе осуществляют более интенсивное насыщение углеродом при 860^oC.The closest technical solution adopted for the prototype is a step cyanide [1]. Its essence lies in the fact that gas cyanidation is carried out in two stages: the first stage is performed at 550 ^o C, at which more intensive nitriding occurs compared to carbon saturation, in the second stage, more intense carbon saturation at 860 ^o C.

Однако в указанном способе происходит недостаточно интенсивное насыщение поверхности изделия азотом. Наиболее эффективное азотирование стальных изделий, как известно (Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1966, с. 236), происходит при фазовом превращении. However, in this method there is insufficiently intense saturation of the surface of the product with nitrogen. The most effective nitriding of steel products, as is known (Gulyaev A.P. Metallurgy. M .: Metallurgy, 1966, p. 236), occurs during phase transformation.

При указанном режиме газового цианирования не обеспечивается и высокая дисперсность нитридов, что ухудшает эксплуатационные характеристики изделий. При стабильном фазовом состоянии азотирование поверхности изделия малоэффективно из-за низкой диффузии азота. Подслой под азотированным слоем по указанному способу имеет низкую твердость, что может привести к его продавливанию. Для устранения продавливания необходимы дополнительные технологические операции - закалка и отпуск. Under the indicated regime of gas cyanidation, a high dispersion of nitrides is not ensured, which affects the operational characteristics of the products. In a stable phase state, nitriding of the product surface is ineffective due to the low diffusion of nitrogen. The sublayer under the nitrided layer according to the specified method has a low hardness, which can lead to its bursting. To eliminate punching, additional technological operations are necessary - hardening and tempering.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении твердости изделий за счет более интенсивного насыщения поверхности азотом и повышении эксплуатационных характеристик изделий. The technical problem solved by the invention is to increase the hardness of the products due to a more intense saturation of the surface with nitrogen and increase the operational characteristics of the products.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе цианирования стальных изделий, включающем нагрев изделий до аустенитного состояния в смеси науглераживающих и азотирующих газов с выдержкой при этой температуре и охлаждение, согласно изобретению, охлаждение изделий осуществляют до 500^oC60^oC со скоростью, предотвращающей распад аустенита, и при этой температуре производят дальнейшее цианирование при изотермическом фазовом превращении аустенита.The problem is solved due to the fact that in the method of cyanidation of steel products, including heating the products to an austenitic state in a mixture of carburizing and nitriding gases with holding at this temperature and cooling, according to the invention, the products are cooled to 500 ^o C60 ^o C with a speed that prevents decomposition of austenite, and at this temperature further cyanidation is carried out during isothermal phase transformation of austenite.

Для осуществления способа стальные изделия из углеродистой стали нагревают до температуры образования аустенита 900^oC950^oC, подвергают газовому цианированию, например в смеси светильного газа и аммиака, охлаждают до 500^oC600^oC со скоростью, предотвращающей структурные изменения в стали или допускающей незначительное выделение феррита в переходной зоне распада, подвергают изотермическому цианированию при 500^oC600^oC в смеси азота- и углеродсодержащих газов и затем охлаждают.For carrying out the method of steel products made of carbon steel is heated to the temperature of formation of austenite 900 ^{^o} C950 ^o C, is submitted to gas cyanidation, for example in a mixture of coal gas and ammonia, was cooled to 500 ^{^o} C600 ^o C at a rate preventing structural changes in the steel and allowing slight selection ferrite in the transient decay zone, subjected to isothermal cyanidation at 500 ^{^o} C600 ^o C in mixtures of carbonaceous gases and azota- and then cooled.

При 500^oC600^oC происходит структурное превращение аустенита, переход его в тростит, обладающий высокой твердостью, HRc = 40^oC42.At 500 ^o C 600 ^o C there is a structural transformation of austenite, its transition into reed, having high hardness, HRc = 40 ^o C42.

Заявляемое техническое решение обеспечивает высокую твердость и износостойкость поверхности стальных изделий за счет насыщения ее углеродом в аустенитном состоянии и, кроме того, азотом и дополнительно углеродом в состоянии фазовых превращений. The claimed technical solution provides high hardness and wear resistance of the surface of steel products due to its saturation with carbon in the austenitic state and, in addition, with nitrogen and additionally carbon in the state of phase transformations.

Установлено (Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1966, с.236), что в момент фазовых превращений диффузия протекает быстро и интенсивно. При этом при 500^oC600^oC образуются мелкодисперсные нитриды. Такая соответствующая максимальной эффективности степень дисперсности остается неизменной при температуре ее получения, потому что преимущественно только один из компонентов обладает при этом температуре достаточной способностью к диффузии. Коагуляция и связанное с ней снижение твердости наблюдаются только при более высоких температурах.It was established (Gulyaev A.P. Metallurgy. M.: Metallurgy, 1966, p.236) that at the time of phase transformations, diffusion proceeds quickly and intensively. Thus at 500 ^{^o} C600 ^o C are formed finely dispersed nitrides. Such a degree of dispersion corresponding to maximum efficiency remains unchanged at the temperature of its production, because mainly only one of the components at this temperature has sufficient diffusibility. Coagulation and the associated decrease in hardness are observed only at higher temperatures.

Образование при изотермическом распаде аустенита тростита обеспечивает высокопрочную подложку азотированного мелкодисперсного слоя. При этом повышаются эксплуатационные характеристики изделий. The formation of austenite of trostite during isothermal decomposition provides a high-strength substrate of a nitrided fine layer. At the same time, the operational characteristics of the products increase.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Стальные изделия нагревают до 900^oC950^oC (выше критической точки при нагреве Ac₃) в среде газовой смеси науглераживающих и азотирующих газов, выдерживают заданное время, затем охлаждают до 500^oC600^oC со скоростью, предотвращающей фазовые изменения в стали, и продолжают цианирование при изотермическом фазовом превращении аустенита при 500^oC600^oC.The steel product is heated to 900 ^{^o} C950 ^o C (above the critical point when heated Ac ₃₎ in the medium gas mixture nauglerazhivayuschih and the nitriding gas was kept a predetermined time, then cooled to 500 ^{^o} C600 ^o C at a rate that prevents phase change in the steel, and continue to cyanidation during isothermal phase transformation of austenite at 500 ^o C600 ^o C.

Пример. Предлагаемым способом была изготовлена труба размером 57,60•6,80 мм длиной 5 м низкоуглеродистой стали марки 22ГЮ с упрочненной методом цианирования внутренней поверхностью. Трубу после очистки поверхности подвергают индукционному нагреву до 900^oC950^oC, подавая одновременно внутрь трубы смесь светильного газа и аммиака, продолжительность нитроцементации (цианирования) при 900^oC950^oC 2,5 ч, глубина науглероженного слоя составляет 0,7 ^oC 0,8 мм. После высокотемпературной обработки трубу быстро охлаждают водо-азотной смесью до 500^oC600^oC и дальнейшую нитроцементацию производят при изотермическом режиме в течение 4,5 ^oC 5 ч. При данном режиме химико-термической обработки обеспечивается глубина азотированного слоя 0,4 ^oC 0,45 мм. В процессе изотермической обработки труб при 500^oC600^oC и науглероженном слое происходит образование тростита с высокой твердостью, что исключает необходимость дополнительной закалки и отпуска труб.Example. By the proposed method, a pipe with a size of 57.60 • 6.80 mm and a length of 5 m of low-carbon steel grade 22ГУ with a hardened method of cyanide inner surface was manufactured. Tube after cleaning the surface subjected to induction heating to 900 ^{^o} C950 ^o C, feeding into the tube simultaneously illuminating the mixture of gas and ammonia, the duration of carbonitriding (cyanidation) at 900 ^{^o} C950 ^o C 2,5 h, the depth of the carburized layer is 0,7 ^o C 0 , 8 mm. After high-temperature treatment, the pipe is quickly cooled with a water-nitrogen mixture to 500 ^° C 600 ^° C and further nitrocarburizing is carried out under isothermal conditions for 4.5 ^° C for 5 hours. In this mode of chemical-thermal treatment, the nitrided layer is 0.4 ^° C 0 , 45 mm. In the process of isothermal treatment of pipes at 500 ^o C 600 ^o C and a carburized layer, the formation of trostite with high hardness, which eliminates the need for additional hardening and tempering of pipes.

Цианирование по заявленному способу обеспечивает глубину азотированного слоя 0,4 ^oC 0,45 мм (по сравнению с прототипом 0,30 мм) за равное время обработки.Cyanization according to the claimed method provides a nitrided layer depth of 0.4 ^o C 0.45 mm (compared with the prototype 0.30 mm) for an equal processing time.

Предлагаемый способ увеличивает глубину азотированного слоя в результате диффузии азота и условиях фазового превращения, обеспечивает высокую твердость науглероженного подслоя за счет изотермического распада аустенита и в результате повышает эксплуатационные характеристики изделий. The proposed method increases the depth of the nitrided layer as a result of nitrogen diffusion and phase transformation conditions, provides high hardness of the carburized sublayer due to isothermal decomposition of austenite and, as a result, increases the operational characteristics of the products.

Claims

A method of cyanidation of steel products, including heating the products to an austenitic state in a mixture of carburizing and nitriding gases with exposure at this temperature and cooling, characterized in that the products are cooled to 500 - 600 ^o With a speed that prevents the decomposition of austenite, and at this temperature produce further cyanidation during isothermal phase transformation of austenite.