Отжиг - медленное охлаждение после нагрева: снимает внутренние напряжения и наклёп, возвращает пластичность - например, после холодной деформации труб.
Суть
Отжиг - операция термообработки, при которой сталь нагревают до заданной температуры, выдерживают и затем охлаждают медленно, как правило вместе с печью. Медленное охлаждение - главный признак: оно даёт структуре прийти к состоянию, близкому к равновесному, - феррит + перлит для углеродистых сталей. При этом искажения кристаллической решётки, накопленные при холодной деформации или сварке, «залечиваются», а остаточные напряжения релаксируют.
Результат отжига - минимальные для данной марки прочность и твёрдость (σт, σв, HB) при максимальной пластичности (δ5, ψ). Именно поэтому отжигом снимают наклёп после холодной деформации: сталь снова становится пригодной к дальнейшей протяжке, гибке или обработке резанием. Противоположная по цели операция - закалка, где охлаждение, наоборот, максимально быстрое.
Виды отжига
Отжиги делят на две группы. Отжиг первого рода не связан с фазовыми превращениями и, в описанных ниже вариантах, проходит ниже критической точки Ac1; отжиг второго рода - с полной или частичной перекристаллизацией, то есть с нагревом выше Ac1 или Ac3.
- Рекристаллизационный (первого рода). Нагрев наклёпанной стали выше температуры рекристаллизации - для углеродистых сталей ориентировочно 650-700 °C. Вытянутые деформацией зёрна заменяются новыми равноосными; твёрдость и прочность падают до исходных, пластичность восстанавливается.
- Низкий (для снятия напряжений) (первого рода). Нагрев до 550-650 °C без изменения структуры: убирает остаточные напряжения после сварки, правки, литья, механической обработки. Свойства почти не меняются, зато исчезает риск коробления и трещин.
- Полный (второго рода). Доэвтектоидную сталь нагревают на 30-50 °C выше Ac3 и охлаждают с печью. Полная перекристаллизация измельчает зерно, устраняет строчечность и видманштеттову структуру, снижает твёрдость до минимума.
- Неполный (второго рода). Нагрев на 30-50 °C выше Ac1: перекристаллизуется только перлит, феррит остаётся. Дешевле полного; для заэвтектоидных сталей это сфероидизирующий отжиг, дающий зернистый перлит и лучшую обрабатываемость.
- Изотермический. После нагрева выше Ac3 сталь быстро охлаждают до температуры чуть ниже Ac1 и выдерживают до конца распада аустенита. Даёт более однородную структуру и сокращает цикл; применяют для легированных сталей.
Отжиг и нормализация
Оба процесса начинаются с нагрева выше Ac3, различие - в охлаждении. При нормализации сталь остывает на спокойном воздухе: перлит получается более дисперсным, зерно мельче, а σт и твёрдость - несколько выше, чем после отжига. Для низкоуглеродистых сталей (Ст3, сталь 20) разница невелика, и нормализацию часто используют вместо отжига как более дешёвую операцию. Для средне- и высокоуглеродистых сталей, где нужна минимальная твёрдость под резание или холодную высадку, применяют именно отжиг.
Ключевые числа
| Точка Ac1 (эвтектоидное превращение Fe-Fe₃C) | 727 °C |
|---|---|
| Критические точки стали 20 (справочно, марочник) | Ac1 ≈ 724 °C; Ac3 ≈ 845 °C |
| Полный отжиг доэвтектоидной стали | Ac3 + 30…50 °C, охлаждение с печью |
| Неполный отжиг | Ac1 + 30…50 °C |
| Скорость охлаждения с печью (полный отжиг) | Углеродистые стали 100-200 °C/ч; легированные 30-100 °C/ч |
| Рекристаллизационный отжиг углеродистой стали | ориентировочно 650-700 °C |
| Низкий отжиг для снятия напряжений | 550-650 °C |
| Сталь 45 (ГОСТ 1050), твёрдость HB | без термообработки ≤ 229; после отжига или высокого отпуска ≤ 197 |
Где встречается в трубах
В трубном производстве отжиг - спутник холодной деформации. Каждый проход холодной прокатки или волочения наклёпывает металл, и перед следующим проходом трубу отжигают, иначе она растрескается; готовые холоднодеформированные трубы также поставляют термообработанными, чтобы снять напряжения и вернуть пластичность. Горячекатаные и электросварные трубы отжигу обычно не подвергают - им достаточно нормализации или охлаждения после прокатки.
- Холоднодеформированные бесшовные трубы по ГОСТ 8734-75 (технические требования - ГОСТ 8733-74) поставляют термически обработанными; прецизионные - по ГОСТ 9567-75.
- Как выглядит цикл «деформация - отжиг - деформация» на стане - в статье о производстве бесшовных труб.
- Режимы термообработки труб в целом (нормализация, отжиг, закалка с отпуском) - в статье термообработка труб.
- Состояние поставки и требуемые свойства по конкретной марке - в паспорте качества; марки в каталоге: сталь 20, 09Г2С; нормативы - в библиотеке стандартов.
Связанные термины
- Термическая обработка сталиУправляемый нагрев и охлаждение, меняющие структуру и свойства без изменения формы: отжиг, нормализация, закалка, отпуск.
- НормализацияНагрев выше критической точки и охлаждение на воздухе: измельчает зерно, выравнивает структуру, повышает ударную вязкость - штатная ТО горячедеформированных труб.
- Наклёп (деформационное упрочнение)Рост прочности и твёрдости при холодной деформации за счёт искажения решётки; снимается отжигом.
- Горячая и холодная деформацияГорячая (выше температуры рекристаллизации) даёт крупный сортамент и вязкую структуру; холодная - точную геометрию и наклёп.