Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


КОНСТРУКЦИОННЫЕ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫЕ МАРТЕНСИТНЫЕ СТАЛИ (НМС)

Разработаны технологичные экономно-легированные низкоуглеродистые мартенситные стали (НМС). После закалки на воздухе в НМС создается структура пакетного мартенсита, обладающего высокой пластичностью и вязкостью НМС хорошо свариваются в термоупрочненном состоянии, обеспечивают минимальную склонность к деформации при закалке. Применение НМС позволило в сварных конструкциях реализовать прочность, соответствующую пределу текучести не менее 800 МПа; получать термоупрочненные лист, трубы, сортопрокат непосредственно в потоке действующего производства металлургических заводов

Использование специально разработанных тех-нологичных экономно-легированных низкоугле-родистых мартенситных сталей (НМС), закали-вающихся на воздухе и хорошо свариваемых, делает возможным осуществление новых ресур-сосберегающих экологически чистых техноло-гических процессов изготовления термоупроч-ненных высокопрочных листосварных конструкций, полуфабрикатов (трубы, лист, прокат) и точных заготовок. Сочетание высоких механических характеристик и необходимых технологических свойств в НМС обусловлено особенностями фазового превращения и структурным состоянием стали с содержанием углерода 0,04-0,12 %.

Указанное снижение углерода в легированных конструкционных сталях вызвано необходимостью повышения прочности с сохранением вязкости и пластичности, .поскольку традиционным среднеуглеродистым сталям присущ ряд технологических недостатков: низкая прока ливаемость, возможность закалки только в жидких средах, склонность к деформации при закалке и сварке, необходимость подогрева при сварке сложных соединений, критичность временной паузы между закалкой и отпуском, сваркой и отпуском. островки, состоящие из аустенита и мартенсита с повышенным содержанием углерода. Это вызывает увеличение склонности к хрупкому разрушению, поэтому бейнитные стали необходимо подвергать закалке с охлаждением в жидких средах и отпуску.

Известны мартенситостареющие стали, со-держащие 18% Ni, которые обладают высокой устойчивостью аустенита при охлаждении, однако их использование ограничено из-за высокой их стоимости.

В разработанных экономно-легированных мартенситных сталях при сравнительно малом содержании углерода (0,04—0,11 %) определенным сочетанием Сг, Ni, Мо, Мп, достигается повышенная устойчивость переохлажденного аустенита в области температур у-а превращения и практически исключено бейнит- ное превращение. Инкубационный период "нор-мального" превращения находится в пределах от 20мин до 2ч и более (рис. 1).

Особенности превращения низкоуглеродистого аустенита

Известны бейнитные стали с относительно не-высоким содержанием углерода (до 0,15%), в которых легирование Мп, Мо, Ni, Сг обеспечивает в широком интервале скоростей охлаждения образование структуры бейнита с пределом текучести до 1000 МПа. Однако при охлаждении на воздухе неотъемлемым элементом бейнитного превращения является перераспределение и отвод углерода в процессе превращения от фронта растущих кристаллов альфа- фазы и соответственно — образование .участков остаточного аустенита с концентрацией углерода, значительно превышающей среднюю. При охлаждении этих участков образуются 120

Для НМС характерна высокая температура мартенситного превращения М„ = 390—400 °С. Низкое содержание углерода и высокая Ми в сочетании с используемым охлаждением на воздухе облегчают релаксацию напряжений в ходе охлаждения, устраняют опасность воз-никновения трещин при охлаждении после горячей деформации или сварки, уменьшают изменение размеров и формы изделий в процессе охлаждения. Прочностные свойства низкоугле-родистого мартенсита существенно ниже ха-рактерных для среднеуглеродистых свариваемых сталей (рис. 2).

В результате закалки на воздухе в НМС создается структура пакетного (реечного) мартенсита. Размеры пакетов и особенности их внутренней структуры (тонкие реечные кристаллы, разделенные малоугловыми границами и содержащие дислокации с плотностью ДО10-12 см”2) в значительной мере определяют механические свойства закаленной стали. В структуре отсутствуют перлит и верхний бейнит, повышающие склонность к хрупкому разрушению. В результате неотпущенный низкоуглеродистый мартенсит обладает высокой пластичностью и вязкостью: ф = 65—70 %, 5 = = 15%, KCU = 150-200 Дж/см2 при (Г0>2 = = 800-1000 МПа.

Отпуск НМС до 550 °С не приводит к суще-ственным изменениям в структуре. Форма кристаллов не меняется, т.е. их дислокационные границы еще малоподвижны. Внутри кристаллов заметны очень мелкие выделения карбидов, плотность дислокаций сохраняется высокой, возможна частичная релаксация напряжений, в результате чего повышается вязкость, пластичность и предел текучести. При температурах 650—700 °С развивается полиго- низация: реечные кристаллы разбиваются на большие субзерна и постепенно теряют форму, образуется полиэдрический феррит.

Таким образом, особенности фазового пре-вращения низкоуглеродистого аустенита, ле-гированного в определенном сочетании Сг, Mn, Ni, Мо и др. (высокая устойчивость аустенита в области "нормального” превращения, ртсутствие бейнитного превращения, высокая температура Мн) позволяют создать низкоуглеродистые мартенситные стали, обладающие высокой конструкционной прочностью и высокими технологическими свойствами. Эти стали перспективны для применения в сварных кон-струкциях и для получения заготовок упрочненных охлаждением после термомбханической обработки (горячей деформации). НМС в промышленности

Типичные представители НМС, широко освоенные промышленностью, — стали 07ХЗГНМЮА (0,07С—ЗСг—Mn—Ni—Mo—А1) и 08Х2Г2ФА (0,08С—2Cr—l,6Mn—V), содержащие менее 0, 11 % С. Механические свойства этих сталей в зависимости от температур отпуска приведены на рис. 2, однако и НМС обладают высокой пластичностью и ударной вязкостью сразу после охлаждения на воздухе. Установлено, что НМС не склонны к холодным и горячим трещинам и к задержанному разрушению при сварке, обладают повышенной способностью к релаксации напряжений в закаленном состоянии.

Указанные особенности этих сталей позволяют успешно применять их в точных термоуп-рочненных сварных конструкциях: стрелы гру-зоподъемных и землеройных механизмов, каркасы, опоры, рамы и т.п. НМС имеют существенные преимущества по сравнению с используемыми в промышленности свариваемыми ста- лями (12Х2НВФА (0Д2С—2Cr—Ni—V—W), 20ГНМ, 20ХГСА и др.), обеспечивая прочность свар- ного соединения, соответствующего пределу текучести не менее 800 МПа без ограничения интервала времени между сваркой и отпуском для снятия напряжений, исключая необходимость подогрева под сварку, а также обеспечивая возможность сварки элементов конструкции как в термоупрочненном, так и в отожженном состоянии с последующей закалкой сварной конструкции в целом.

упрочненного полуфабриката. При этом НМС не требует специального оборудования для нагрева, а также закалочных сред для обеспечения различных способов охлаждения.

Совмещение процесса формообразования с последующей закалкой на, воздухе делает воз-можным получение термомеханически упрочнен-ного листа, труб, сортопроката, поковок, штамповок и фасонного профиля в потоке дей-ствующего производства металлургических за-водов и заготовительного производства маши-ностроительных заводов без дополнительных капитальных затрат. При достаточной точности оборудования для горячей обработки давлением возможно получение точных термомеханических упрочненных заготовок, не требующих последующей механической обработки.

Способность НМС закаливаться на воздухе делает возможным получение термомеханически

1. Разработаны экономно-легированные мартенситные стали, содержащие до 0,11 % углерода и определенное соотношение хрома, никеля, молибдена, марганца, что обеспечивает высокую устойчивость переохлажденного аусг. шита в области температур у—а превращения, так что бейнитное превращение отсутствует.
2. Низкоуглеродистые стали со структурой мартенсита, получаемой охлаждением на воздухе, обладают комплексом высоких механических характеристик и технологических свойств, обеспечивающим важные преимущества этих сталей для широкого применения в высокопрочных термомеханических упрочненных сварных конструкциях, для получения полуфабрикатов и точных заготовок повышенной прочности.,

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 5, Москва 1994

Экспертиза

на главную