автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Исследование влияния аустенитизации на структуру с целью повышения механических свойств хромистых сталей

УРАЛЬСКА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ. УНИВЕРСИТЕТ - УШ

На правах рукописи

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АУСТЗНИТИЗАЦЖ НА СТРУКТУРУ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЦЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ

Специальность 05.16.01 - Металловедение и

термическая обработка металлов

КАЕЕС Александр Иванович

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени : кандидата технических наук

Екатеринбург 1993

Работа выполнялась в лаборатории физических методов иосж дования кафедра "Детали малин" Тюменского индустриального «нету та и на кафедра металловедения Уральского государственного технического университета - УЛ.! г. Екатеринбурга.

Н.мучный руководитель - доктор технических наук,

профессор ГРАЧЕВ С.З. •

Научный консультант - кандидат технических наук,

доиент КОРАЕЯЗВ В.А.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических Haj

ОВЧШШОВ ¿.В.;

- кандидат технических наук, доцент М/ШЛЛСЗА H.A.

Ведущее предприятие - АООТ Сибнефтегазмаи г. Тюмень ,

•7

Завита диссертации состоится " " ^¿¿¿¿УС 1994 г. \j~ ч tfJJi) мин на заседании специализированного совет

К C63.I4.02 по присуждению ученой степени кандидата -технически наук металлургического факультета Уральского государственного технического университета - УПЛ (третий учебная корпус, аудите рия МТ-301)

Ваш отзыв в одном экземпляре, скрепленный печатью органиэ цпл, просим направить по адресу: 620002, г. Екатеринбург. К-2, УГТУ - УПЛ, ученому секретаре совета института, телефон 44-35-

Автореферат разослан " /6 " я&с&^/Луяъ г.

в

Ученый секретарь

специализированного совета К 063.14.02, кандидат технических

наук, доцент

/■?

/у /

ч У ь.нлогжов

ОКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОИ

Актуальность работы. Сплавы железо-хром-углерод очень широ-юпространеиы в технике. Обладая высокой коррозионной стой->о и жаропрочностью, они применяются в нефтяной и химическом юстроении, используются в электротехнической промышленнос-[рикеняются для изготовления медицинского оборудования и ин-1ентов. Кроме этого, эти сплава служат основой целого ряда пяленных жаропрочных, нержавеющих и мартенситностареющих ¡й и сплавов. Поэтому фазовым превращениям, протекающим в ¡ах келезо-хром-углерод уделялось большое внимание. Анализ литературных данных показывает, что исследователи 1ли в основном превращения, протекающие ниже температуры Процесса, протекающие выше температуры Ас , практически не тривались. Априорно принималось, что вив1.этоЯ темпорату-50исх0дит растворение карбидной фазы в аустените. При этом 'алп, что чем выше температура или длительность аустенити-1. тем однороднее твердый раствор.

В настоящее время установлено, что однородное распределе-атомов в твердом растворе возможно в том случае, если энер-!вязей всех атомов, входящих в него, равны между собой. Зс-> энергии взаимодействия различны, то однородного распреде-! атомов в твердом растворе во время аустенитизации не по-гь, а на диаграмме состояния долины быть линии, разделяющие :ти однофазных и двухфазных состояния. Известно, что знер-ззаимодействия атомов железа,хрома и углерода друг с другом шны. Поэтому в аустените, кроме растворения карбидной фазы, 1Ы протекать процессы, обусловленные различием в энергиях «действия атомов друг с другом.

Закаливая сталь на различных стадиях развития этих процес-з аустените, можно! получить различное распределение хрома и зода в мартенсите. Это будет определять пути распада твар-раствора при последуацем отпуске и свойства стали после «еской обработка. Кроме этого,изучение процессов, протекав твердом растворе во время аустенитизации, будет'спссоб-зать совершенствованию теории термической обработки хрокис-;талей. Все это и определило направление данной работы. Цель работы. Настоящая работа посвящена изучению влияния зрагуры и длительности аустенитизации на структуру и свой-хромпстых сталей.

После анализа имевшихся литературных данных было решено остановиться на следующих вопросах:

1. Исследовать влияние температуры и длительное« аусте! тиэации на распределение хрома в мартенсите хромистых сталай небольшим (менее 10$) содержанием хрома.

2. Изучить влияние хрома и углерода на распределение эл( ментов в твердом растворе после различных режимов аустенитиз; ции.

3. Рассмотреть влияние распределения элементов в твердо! растворе на физико-механические свойства хромистых сталей.

На основании полученных результатов разработать рекомендации по оптимизации составов и режимов термической обраб< ки хромистых сталей.

Научная новизна. На основании проведенных исследований получены следувщие новые данные:

1. Установлено, что в хромистых сталях (0,15 г- 0,35£ угс рода) при содержании хрома более в процессе аустенитизации происходит расслоение ]** -твердого раствора на два раствора различной концентрацией хрома ¡"' а Ц-" , где - твердай

раствор, обедненный хромом; р"- твзрднй раствор, обогзц* вый хромой*

Перераспределение хрома сопровождается перераспределение углерода. При закалке неоднородность аустенкта наследуется иа тенситом, в результате чего в последнем возникают зона, обедненные и обогащенные хромом (соответственно ¡¿' и ¿" ).

2. Показано, что расслоение протекает в три стадия:

Первая стадия характеризуется образованием плоских зон с

повышенным содержанием хрома, в которых плоскости, обогащении хромом, чередуются с плоскостями железа. Атома хрома расположена, главным образом, в плоскостях типа {Ш}^ .

На второй стадии происходит переход от плоских скоплений к эллипсоидальным оболочкообразнам зонам, снаружи и внутри которых находятся области с малым содержанием хрома. Ориентация мартенсита внутри зоны и вне ее различна.

Дальнейшее увеличение длительности аустенитизации (треть стадия) сопровождается переходом от оболочкообразных зон к обычным сферическим.

3. Исследовано влияние хрома (0-&?о), углерода ( 0,15-0,351?.) и адиР расслоения на изменение своПств стале!5 при различных режиме аустенитизации и отпуска.

4. На основании проведении экспериментов рассчитана и построе-высокотемпературкая часть диаграммы состояния хромистых сталей,

аершащих 0,За'-' углерода.

фактическая значимость. Изучено влияние температуры и длитель-:ти эустенизации на механические свойства закаленных хромистых зле/ с содержанием хрома ( 0...Ь% ) и углерода ( 0,15-,.0,X

доказано, что закалка хромистых сталей типа 35X5 от температур зтенитизации с наличие« расслоения б У -фазе приводит к значитель-разбросу значений ударно? вязкости после отпуска на 600°С. Изучено влияние содержания хрома в стали на ее механические эГ'ства. Определена концентрация хрома, при которой достигается зтаточно высокая хладостойкость.

Результаты исследований использовались при разработке рекомен-диГ- по замене импортных и отечественных сталей, применяемых на зоперерабатывагадах заводах производственного объединения "Скбнеф-?азпереработка".

На основании проведенных исследований была рекомендована к примени» сталь 1оХЗ.

Использование стали 15X3 для изготовления шпилек трубы холо-1ьника газа позволило сократить количество остановок оборудовал из-за хрупкого разрушения деталей.

На зашкту выносятся:

1. Результаты исследования по влиянию длительности и теупера-зы аустенитизации на распределение хрома в твердом раствор« затейных хромистых сталей.'

2. Положение о том, что в процессе аустенитизации хромистые

1ли С-0,02.,.0,35% ) находятся не в однофазной, а в двух-

зноЯ I*' + области. При закатке неоднородность аустенита

:ледуется мартенситом, в результате чего в последнем возникают обедненные и обогащенные хромом ( соответственно ц ).

-б -

3. Экспериментальные данные изменения структуры я мехаш ческкх свойств хромистых стадвй, подвергнутых различным реки» аустенитизации.

Результаты исследования влияния хрома и углерода на х стойкость легированной стали.

5. Уточненная диаграмма состояния аустевитной области хр мистых сталей с содерханием углерода С"0,35?.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на научно-технической конференции по химии и технол гии (Твм-знь, 193$; IX и X Уральских сколах металловедов-терми тов (Свердловск, 1933, Устинов, 198& I, П и Ш Всесоюзных сов щаниях по ядерно-спектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий (Москва, 1935; Грозный, 1537; Алма-Ата, 193^4 П Бсесосзной конференции "Структура и электронные свойства гр; ниц зерен в металлах и полупроводниках" (Воронеж, 193$; Всесо взном совещании "Прикладная мэссбауэровская спектроскопия" (Москва, 198$, Уральской научно-технической конференции "Приме! ние нессбауэровской спектроскопии в материаловедении" (Ижевск, 1989).

' Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, список которых приводится в конце реферата.

Структура и обгем диссертации. Диссертация состоит из вве деняя, шести, глав, заключения, приложения,_списка литературы I включает 192 страница, в ток числе 132 страница шизеошсного текста,60 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 18^ найма* ваниВ.

0СН0ВН0В С0ДЕР2АНЙВ РАБОТА

Во введении сформулированы актуальность темы, цель диссер тации и основные положения, представляемые к защите.

шттш обзор

Гдава посвящена обзору литературы, касавцейся систем желе зо-хром и железо-хром-углерод. Рассмотрены причины, обуславливающие неоднородное распределение элементов в твердом растворе Показано, что в сплавах железо-хром-углерод при нагреве под за калку?кроме растворения карбидов,должно происходить перераспре деление элементов в твердом растворе, обусловленное различиями

мектрохимкческом взаимодействии хрома, углерода и железа гг с другом. На основании проведенного анализа литературы зэделена конкретные задачи исследования.

МЕТОДИКА ЭКСП5РИ.ЧЕНТА

Исследование проводилось на сталях, химический состав кото-с приводится в табд.1.

Таблица I Химический состав исследуемых сталей

Сталь

Содержание элементов, вес.*

': С ; - А. ¿У ; Мп '

аль 15 0,15 0,22 0,42 0,50 .

аль 35 0,32 0,25 0,35 0,61

0,39 - 0,29 0,34

12 0,32 .2,16 0,34 0,54

С5 0,32 5,20 0,34 0,59

(13 0,30 13,25 0,36 0,52 "

15 0,15 5,32 0,45 0,50 '

(3 0.15 2,90 0,42 0,46

Г 0,15 1,30 0,45 0,50

> ■ 0,02 ' 5,1 0,44 0,50

Для всех сталей содержание $ =» 0,020...0,25?, Р =■ 0,003* .01?. • '

Стали 35X2, 35X5, 15X3, 15Х и 0X5 выплавлена на Златоустов-зм металлургическом комбинате. После выплавки стали были про-ганы в прутки & 10 мм.

Остальные стали стандартные промышленного производства.

Все стали перед началом эксперимента подвергали отжигу. :тенитизацшо проводили при температуре 900, 1000, 1100, 1200°С !1ержка при нагреве до заданной температуры составляла I, 2, 4, 16 л 30 часов. -Закалку образцов проводили в 20$-ном растворе ночи УаОН. После закалки образцы охлаждали в жидком азоте, 5 хранили их до проведения соответствующих испытаний.

Поскольку при изучении влияния длительности аустенитизации-свойства сталей образцы долгое время находятся при высокой япературе, остро стоит вопрос о предохранении их от окисления

и обезуглероживания. В работе было испробовано несколько вариа тов защити от окисления. Посла проведенных исследований остано вились на следующем. Нагрев образцов проводили в кварцевой тру ке, запаянной с одного конца. С другой стороны трубка соединялась с I/ -образным масляным манометром, по которому следили за давлением в процесса аустенитиэации. Бо избежание попадания воздуха в трубку извне в последней поддерживалось избыточное давление. Кроме этого-, свободный объем в трубке сводили к мини муму. С этой целью дл/* каждого типа образцов подбирали трубки так, чтобы зазор между образцом и трубкой не превышал 0,2 мм на диаметр. Объем трубки, не занятый образцом, заполняли кварцевым стержнем. Трубки перед нагревом продували азотом.

Принятые мери позволили предохранить образцы от окисления и обезуглероживания. Как показали результаты химического анали за, содержание углерода в исследуемых сталях практически не из менялось даже после выдержки при 1200°С в течение 30 часов, Аустенитизацив образцов проводили в трубчатой лабораторной печ

Структура сталей исследовалась методом дифракционной электронной микроскопии тонких фольг на просвет в электронном микроскопе УЭМ-100Л и полевом ионном микроскопе в динамическом режиме испарения.

Рентгеноструктуршй анализ, проводимый на установке ДРОН-ипользовали для определения количества остаточного аустенита в сталях, параметра кристаллической реветки -фазы и остаточного аустенйта к фазового состава карбидного осадка. Ударнув вязкость определяли на маятниковом копре КК-30 при комнатной температуре, твердость - на твердомере ТК-2М.

Для исследования физических свойств использовались резист метрический и дилатометрический методы.

Мессбаузровские исследования сталей проводили на автомата ческом ЯГР-спектрометре постоянной скорости. Расчет спектров выполнялся на ЭВМ EC-I032 по методу Р (Н).

ИЗУЧЕНИЕ ОБЩИХ ВОПРОСОВ, СВЯЗАННЫХ С НАГРЕВОМ СТА!Ел ПОД ЗАКАЛКУ

Изучение процессов, протекавших в твердом растворе во вре мя аустенитлзации, крайне затруднительно вследствие высоких температур и отсутствия соответствусаего оборудования, позволявшего осуществлять такие исследования. Поэтому, учитывая.

то /"-*(£ мартенситное превращение не сопровождается диффузией, сияние режимов аустенитиэации на распределение элементов в всрдом растьоре исследовали на мартенсите закаленной стали.

Однако применение метода "переброса" для решения этого во -оса требует учета следующих факторов;

I)влияние химического состава и режима термической обработ-:и на количество остаточного аустенита в структуре закаленной ;тали;

1) точного определения температуры растворения карбидов в устените при нагреве под закалку.

Изучении этих вопросов посвящена настоящая глава, йсследо-1анил проводились на сталях 35X2, 35X5 и 30X13, закаленных с тем-[ератур: 350, 900,-950, 1000, 1050, 1100 и 120О°С. Анализ реэуль-атов показал, что в образцах сталей 35X2 и 35X5, даже не обрабо-■аннах холодом, рэнтгеноструктурный метод не обнаруживает наличие ютаточного аустенита, в то время как в стали 30X13 он присутст-:ует в значительных количествах ( 15...20$).

Только применение мессбауэровского метода позволило опреде-|ить содержание остаточного аустенита в стали 35X5, закаленной с ' •емпературы 1200°С х 4 часа в очень небольпих количествах ( I...

Причем стабильность остаточного аустенита в стали 35X5 неветка, и он полностью распадается после 2»5-минутного отпуска при ;50°С.

Температуру растворения карбидов в аустените определяли ме-■одом карбидного анализа. Результаты рентгеновского анализа кар-»идного осадка показал, что растворение карбидов хрома в аусте-ште исследуемых сталей заканчивается в следующих температурных штервалах: в стали 35X2 850-900°С, в стали 35X5 950-1000°С, в ¡тали 30X13 1000-Ю50°С.

' Проведенные исследования позволили сделать вывод, что наи-¡олее подходящей сталью для изучения влияния режимов аустенити-1ации на распределение хрома в твердом растворе является сталь 15X5.

ВЬШШШ ХРОМА НА РАСПРВДЕЛЕНИЕ ЗЛЕМШТСВ В ТВЕРДОМ РАСТВОРЕ

Изучение влияния хрома на распределение элементов в твердом

растворе проводилось на сталях: сталь 35, 35X2 и 35X5. Образц из этих сталей аустенитизировались при температурах 500, 1000 ПСС, 1200°С и времзни выдержки I, 2, 4, 3, 16 и 30 часов.

¿ля стали 35 и 35X2 все температура аустенитизации лежат вывэ температуры растворения карбидной фаза в аустените. Лля стали 35X5 это условие не выполняется, поскольку растворение карбидов у нее заканчивается при температуре Поэтому

увеличение длительности аустенитилациа при 5СС°С приводит к р ту значений твердости, электросопротивления и объемных эффект закаленной стали в результате растворения кароидов и повывени концентрации углерода в твердом растворе.

При увеличении температуры аустенитизации выев 950°С характер влияния длительности аустенитизации на свойства сталей коренным ооразом изменяется. У стали 35 и 35X2 значения исследуемых свойств не зависят от длительности аустенитизации. У стали 35X5 все значения исследуемых свойств вначале немного, возрастают, а затем уменьшаются.

Увеличение длительности аустенитизации при 1000°С до 30 1 сов вызывает уменьшение величина объемных эффектов практическ! до нуля. Это значит, что в стали 35X5, закаленной по данному режиму, <5 -карбид и цементит при отпуске не образуется. Последнее может быть обусловлено либо обезуглероживанием, либо тем, что в процессе аустенитизации в твердом растворе образуются зоны, обогащенные хромом, в которые переходит углерод.

Анализ экспериментальных данных показывает, что кароиды железа при отпуске не образуются по второй причине. Во-первых, у сталей 35X2 и 35, обработанных по аналогичным режимам, величина объемных эффектов при отпуске остается постоянной. Зо-вто рых, повторная закалка этих же образцов из стали 35X5 с более высокой температуры (1200°С) приводит к восстановлению объемных эффектов, что свидетельствует об отсутствии обезуглероживания. Поэтому изменение свойств при увеличении длительности аустенитизации связано с образованием зон, обогащенных хромом и углеродом, существование которых было-обнаружено электронно-микроскопическим анализом.

Влияние длительности аустенитизации при НОС и 1200°С на свойства стали аналогичное. Однако важно, отметить, что при этих температурах величина объемных эффектов при отпуске с увеличением длительности аустенигазацил не уменьпается до ну^

1, а плавко выходит на значение, соответствующее равновесному (я данной температуры. Причем величина объемных эффектов пос-г нагрева до 1?ОС°0 лолучаетсл больше, чем при нагреве до 100°С. Это говорит о том, что степень сегрегации по хрому и ^лероду уменьсаатся с иовшкзнием температуры аустенитизацил.

Понять природу процессов, протекавших в стали 35X5 при гстенитизации, покогаы данные полевой ионной микроскопии. Из {ализа ионных изобралений следует, что после часовой выдержки ж 12СО°С зоны, обогащенные хромом, имеат вид узких темных зослоек (зон), которое полностью пересекают ионные изобрзае-1Л и располагаются в плоскостях типа (1ПЦ . Ширина зон не зевышает 5...7 Км. Увеличение длительности аустенитизации до часов приводит к уаиренив зон до 10...12 Им, при этомоб-1сть зерна, заключенная внутри последних, уменьшается в диэдре и уне полностью помечается в поле зрения микроскопа 5 100 Нм). Зоны имеют эллипсоидальную £орму и представляют >бой оболочку, внутри которой находится мартенсит с меньэим »дерлзнием хрома. Увеличение длительности аустенитизации до

часов приводит к захлопыванию зон и уменьшению их'разяе-

;в.

Таким образом, экспериментальные результаты говорят о том, •о мартенсит стали 35X5 состоит из областей, обедненных к обо-щенных хромом (соответственно «¿'и оС" ). Учитывая бездиф-зионный характер картенситного превращения, можно сделать [вод, что мартенсит наследует неоднородность аустенита, кото-й во время аустенитизации находился не в однофазной, а з |ух£азной области ( /"'и - зоны, соответ-

■венно обедненные и обогащенные хроаом).

Результаты полевой ионной микроскопии подтверждаются дан-ми ЯГР-спектроскопии, .

Присутствие в структуре закаленной стали зон и вивзлентно наличию в ней двух фаз с тем ке содержанием хро-. Экспериментальный ЯГР-спектр такой стали представляет сой суперпозицию двух подспектров от оС и сС" фаз.

Рас-ет ЯГР-спектров стали 35X5, обработанной по различным жимам методом ? (Н), показал, что распределение сверхтонких гнитных полей описывается двумя системами эквидистантных ний, относящихся к фазам.с низким'и высоким содержанием ома ( «£' и <£" ).. -

По соотношении площадей подспектров было определено кол чество (б?) «¿'и фаз, а по площадям отдельных пиков на кривой Р (Н) нашла вероятности ближайаего окружения атомов л леза в и' и сС" |;азах.

Полагая, что в обедненной фазе хром распределяется хаот! чески по значениям ? (0) и Р (I), определили концентрации хр< ма в оС -{!аза, а затем по правилу "рычага" нами содержани« хрома в Ы. " -фаза.

Независимое определение состава -¡зззы химическим и ронтгеноструктурнам анализом показало, что концентрация хром< в ней в зависимости от реяимов аустенитизации составляет С* 2,33...3,25 нас.*, что довольно хорошо совпадает со значения» полученными методом Р (Н).

По результатам расчета мессбауэровских спектров табл. 2 была построена уточненная аустенитная область диаграммы состс ния ■ТЬ-Ос-С^г содержания С **• 0,35;?.

ВОШНЯЗ УГЛЕРОДА НА РАСПР&ЕЯЗШ Э13ЯЕНТ0В В ТВЕРДОМ РАСТВОРЕ

Изучение рола углерода в расслоении аустенита стали 35X5 проводилось на сплаве 0X5 ( С -0,02?), обработанного по тем *е режимам, что и стадь 35X5.

Анализ зависимостей величины объемных эффектов, удедьног электросопротивления и твердости не дали никакой информации с влиянаи режимов аустенятизации на распределение хрома в твердом растворе. Вероятно, этот факт вызван тзи, что размеры атс мов кзлаза и хрома близки, поэтому перераспределение хрома не вызывает значительного изменения физических свойств сплава СХ

Выяснять, что происходит в процессе аустенитизации в спл ве 0X5, позволяет данные полевой ионной микроскопии и мэссбауэ ровской спектроскопии.

Сравнение ионных изображений сплава 0X5 и стали 35X5, об рабоганных по реаиму 1000°С х 30 часов, позволило выяснить следующие особенности их структуры.

В сплаве 0X5, как и в стали 35X5, наблюдается темные области контраста неправильной формы, которые является зонами, обогащенными хромок.

Послойное испарение атомов показало, что эти области имеют глобулярную форму.

Результата расчета мзссоауэровских спектров методом Р (II) стали 35X5 и сплава 0X5, захаленних с различных температур

Ромим т/о

35X5 1200°С х I ч 12С0°С х 4 ч 1200°: х 5 ч П00°С х 30ч 10Х°0-х. 30ч

Сл5

1СС0оС х ЗСч

: & - кол-: :-1ю «"л : * Значения Р (0), Р (1) и Р (2) для сС' и оС" фаз Хонцентрация С' и С в V' и " и, ат.*, фазах

\ в' | в"\ Р Со) | 0 Р (I) Р (2)| Р (0) Р (I): Р (2) с» : С"

Р (С): Р (I)!

60 10 0,356 0,150 0,035 0,130 0,П2 0,126 3,55 3,70 7,67 7,45

50 50 0,2*7 0,169 0,100 0,034 0,243 0,107 3,75 4,25 6,65 6,20

60 40 0,361 0,152 0,031 0,105 0,116 0,132 3,50 2,6 7,63 9,10

66 34 С, 369 0,171 0,073 0,035 0,122 0,175 2,50 3,50 9,66 3,50

72 23 0,421 0,203 0,034 0,Ш 0,064 0,113 3,63 3,25 5,00 9,97

64 36 0,337 0,197 0,060 0,099 0,174 0,032' 3,55 3,50 3,2 3,25

С' - концентрация в обедненной хромом фаза, определенная по значениям Р (0) и ? (О^'-фазы; С" - концентрация в обогащенной хромом фаза, рассчитанная по правилу "рычага".

Далее необходимо отметить, что в стали 35X5 кольцевая структура выражена сильнее, а граница перехода от зон к матр* определена более четко по сравнению со структурой сплава 0X5

Данный факт свидетельствует о более регулярном располо^е нии атомов в структуре стали, обусловленном, по-видимому, инт сквнык образованием зон, обогащенных хромом, в присутствии уг рода. В сплаве 0X5 наблюдаются темные "оуцаныыа " области плавным переходом от зон к матрице.

Результаты расчета ЯГР-спектра сплава 0X5 (табл. 2) подтверждают данные полевой ионной микроскопии. Расслоение в спл вв 0X5 идет менее интенсивно, чей в стали 35X5. Об этом свиде тельствуют значения концентраций хрома в об -&азв.

Все это вмасте взятое позволяет сделать вывод о том, что углерод способствует расслоению твердого раствора, но не явля ется определяющим фактором этого процесса. Расслоение свойств но самой системе ЗЪ'Оь . «,

ВЛЛгШИЗ РАСПР&ЗЛШЛ ХРОМА В ШРдОМ РАСТВОРБ НА СВОЙСТВА ХРОМЛСШ С ШЕЛ

Исследование проводилось на сталях 35X2, 35X5, Ст15, 15Х 15X3 и 15X5. Оценка влияния режимов аустенитизации на ударную вязкость отпущенных хромистых сталей показала следующее.

При изохронном отпуске сталей 35X2 и 15X3 ( Ос < 3*) набл дается монотонный рост величины ударной вязкости, в то время как у сталей 35X5 и 15X5 лолвляьтсл провалы их значений. Прич! падение ударной вязкости у стали 15X5 происходит в тех же вре менных интервалах, что и у стали 35X5. Это косвенно свидетельствует о том, что в стали 15X5 происходят те же процессы, что и в стали 35X5. Поэтому дальнейшие исследования проводились н; сталях с содержанием углерода С ~ 0,15£.

При исследовании влияния-хрома и вида термической обрабс ки на критическую температуру хрупкости (ТКр) было установлен! что у отожженных сталей хром практически не влияет на величин; ТКр и повышает ее у улучшенной стали. ,Дяя закаленной стали хром до 32 повышает порог хладноломкости, а при дальнейсем увеличении содержания хрома величина Ткр понижается.

Разложение работы разруаеиия образцов (А разр.) на работ; зарождения трещины (А зар.тр.) л работу распространения трещины (А распр.гр.) тоже выявило слолный характер влияния хрома

составлявшие работы разрушения образцов. У отожженной стали он практически не влияет на А зар.гр., а величина А распр.тр. зрастает с повышением содержания хрома в стали.

Влияние хрома на различные стадии разрушения у закаленных улучшенных сталей одинаковое. Увеличение содержания хрома в али приводит к уменьшение А зар.тр. А распр.тр. при увеличе-и содержания хрома в стали до растет, а затем уменьшается.

Полученные результаты подтверждает положение о том, что и закалке из однородной /"'-области хром улучшает свойства али, а при закалке из двухфазной (/*+/') оказывает отри-гельное влияние на ее свойства.

Ухудшение свойств сталей обусловлено развитием гетероген-;ти структуры. Увеличение-содержания хрома У 3,1 приводит 1овыгению порога хладноломкости и уменьшении ударной вязкости счет уменьзения А распр.тр. Все это крайне нежелательно для »лей, работающих в районах'с низкими температурами, посколь-ведет к увеличение вероятности хрупкого разрушения деталей.

На газоперерабатывающих заводах (ГПЗ) ПО "Сибнзфтегазпе->аботка" имели место случаи хрупкого разрушения деталей хо-1ильника газа, изготовленных из стали 15X5.

На основании проведенных исследований была рекомендована [рименению сталь 15X3, которая, имея одинаковую со сталью 5 коррозионную стойкость, обладает значительно большей вяз-тью и хладностойкостью.

Так,в закаленном состоянии и после низкого отпуска порог дноломкости у стали 15X3 составляет -130°С, у стала 15X5 - ' °С. Ударная вязкость при +20°С у стали 15X3 - 0,8 ИДж/м-, тали 15X5 - 0,5 ДДж/м-, А распр.тр. - 40 и 25 -Дж- соответ-енно. Последнее обстоятельство очень важно, поскольку дэта-йз этих сталей подвергались сварке.

Применение стали 15X3 позволило сократить количество оста-ок оборудования из-за хрупкого разруаения деталей и п'ова-ь эффективность работы ГПЗ.

ВЫВОДЫ

I. Исследовано влияние температуры и длительности аустэни-¡ции на структуру и свойства хромистых сталей (С - 0,15... ),35|); - 3...5^>. Установлено, что при содержании хро-

мл в стал.« менее ЗИ длительность аусгзнитизациа не влияет изменение свойств при отпуске. При содэрлан/.л хронз в ставя более ЗГ увеличение длительности аустенитизации оказыьзет в яние на характер изменения свойств при отпуске.

I. Методами полевой ионной микроскопии и ядерного гамм резонанса показано, что в процессе аустенитиза::ии в хромист сталях (Л^З^; 5 - происходит расслоение вусте:

га на два твердых раствора и ¿-' , где /■'-твердая раств с малым содержанием хрома, " -тверды?, раствор с высоким с держанием хрома. При закалке неоднородность аустэнита наслз, етс ¡. мартенситом, в результата.неге в последнем возникает з обедненные а обогаценные хромом (соответственно а*'").

3. Установлено, что расслоение протекает следус^им обр: зом. Вначале (первая стадия) образуется плоские зоны с повы ным содержанием хрома, в которых плоскости, обогащенные хре; чередуются с плоскостями железа. Атомы хрома располагаются, главным оОразом, в плоскостях типа {IIIзатем (вторая ст; происходит переход от плоских скопления к элдиисоЕдальньгд о лочкообразным зонам, снаружи и внутри которых находятся обл; ти с малым содержанием хрома. При дальнейаек увеличении длительности аустенитизации (третья стадия) оболочкообразные з< захлопываются, в результате чего происходит переход к обычн! сферическим зонам.

Показано, что степень расслоения аустенита в хромис: сталях зависит от температуры аустекитизации. Наибольшей ве; чины она достигает при 1С0С°С и уменьвается при повышении т< пературы нагрева под ззкзлку.

5. По результатам проведенного исследования построена ; грамма состояния аустенитной ооласти для хромистых сталей, ( держащих 0,35;? углерода.

6. Расслоение /"-твердого раствора по хрому в процессе аустенктизаций происходит не только в стели 35X5, но и в Се: углеродистом сплаве СХ5.'Это свидетельствует о тем, что рас? эние свойственно самой системе

7. Углерод в исследованных пределах (00,0,2...0,35;?) с собствует расслоению /"-твердого раствора в процессе еустс нитизации, но не влияет на характер поведения механических свойств при последуюзек отпуске.

8. Увеличение концентрации хрома в стали до 3£ приводив

^чшенив ез механических свойств. Так,значения ударной вчз-4 и работы, затрачиваемой на распространение трецпны, для" «енной стали возрастают, а порог хладноломкости понижается, дельнейшом повышении содержания хрома механические свойст-судщзвтея, поскольку сталь попадает в двухфазную область. 9. Выявленные закономерности по вяллили режимов аустенитм-I на свойства хромистых сталей позволили определить епти-юэ содержание хрома в стали, при хотором достаточная ¡сор-)нная стоЯхость сочетается с влсокой хладостойяостью. Применение стали 15X3 для изготовления деталей оборудовала позволило исключить случаи их хрупкого рззрузония при IX температурах и сократить количество внеплановых просто-

Основные результаты диссертации опубликованы а следующих •ах:

1. Лораблев П.Д., Глсоленко А.¡7., Кабзс А.Л. '¿л'ллнло старе-1ри комнатной температуре на величину объемных эффектов при ;ке закаленных углеродистых сталей // 1933. Т. 56.

2. :. 409-41С.'

Кораблев В.А., Кабес А.Л. Лзучение начальных стадий об-!зния карбидов хрома М7С3 методом ИГ? // достижения в об-металловедения и термической обработки металлов: Тезисы дов IX Уральской школы метамоведов-термистов. £верд--Пэркъ, 1935. С. 19.

3. Ссойенности в расчете мессбауоровсяих спектров хромис-талей методом ? (Н) / А.Д.Кабес, 3.А.Кораблев, Т.Д.Накор-

и др. // Областная научно-техническая-конференция по хи-

химической технологии: Тезисы докладов. Тюмень, 1535.

■

Хорэблев В.А., Нзкорнеева Т./,., пабес А.Л. О примене- . етода ? (Н) для расшифровки мессбаузровских спектров // Зсссовзноз совещание по лдерно-спзктроскопическим иссле-иям сверхтонких взаимодействий: Тезисы докладов. А.,

С. 116.

5. Кораблез 3.А., Нзкорнеева Т.,1., .{абес А.!. Лсслздова-аспред-гления хроча в стали 35X4, закаяэнной с различных ратур // I Зсесоюзчоз созз.:дн,!з по чдзрно-спектроско-ким исследованиям сверхтонких взаимодействий: Тезиса док-1934. I [9.

6. Методика расчета ЯГР спектров хромистых сталей / А.Л.К бес, С.Д.Каракишев, В.А.Кораблев и др. // □ Всесоюзное сове 'щание по ядерно-спектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий: Тезиса докладов. Грозный, 1937. С. 222.

7. Зависимость СТС ЯГР спектра стали Тэ'/А от длительности аустенитизаиии / "Л.Грачев, В.А.Лвченко, А.Л.Кабес и др. //

П Всесоюзное совещание по ядерно-спектроскопическим исследо ваниям сверхтонких взаимодействуй: Тезисы докладов. Грозный, 1937. С. 223.

8. Исследование начальных стадий распада твердого раствор В.А.Кораблев, А.И.Кабес, Т.Д.Накорнеева и др. // Ускорение нау но-технического прогресса в металловедении и термической обраб ке сталей и сплавов: Тезисы докладов X Уральской аколы металло дов-термястов. Чебоксары, 1987. С. 46.

9. Влияние температуры и длительности аустенитизации на р пределение хрома в твердом растворе / В.А.Кораблев, А.Л.Кабес, Т.Д.Накорнеева и др. // Ускорение научно-технического прогресс в металловедения и термической, обработке сталей и сплавов: Тез1 сн докладов X Уральской школы металловедов-термистов. Чебокс; ры. 1937. С. 21.

10. Кораблев В.А., Кабос А.Л., Накорнеева Т.Д. Распределен атомов хрома в твердом растворе на основе «£ -железа после маргенситного превращения // Термическая обработка и физика металлов: Межвуз. сборник. Свердловск: УМ им. С.ИДирова, 193'

С. 36-40.

11. Распределение хрома в твердом растворе после Д*^ март ситного превращения / С.Д.Каракишев, З.А.Корзблев, А.И.Кабес в

// Всесоюзное совещание по прикладной мессбауэровской спек роскопии "Волга": Тезисы докладов. М., 1933. С. 71.

12. Кораблеэ В.А., Кабес А.Л. Построение разовой диаграммы аустенитной области хромистых сталей методом аГР-спектроскопии // Применение мессбауэровской спектроскопии в материаловедении Тезисы докладов Уральской научно-технической конференции. -■кевск, 1539. С. 12.

13. Кораблев В.А., Кабес А.Л., Накорнеева Т.Д. Исследовант разрешающей способности метода Р (Н), применяемого для расшифровки мзссбауэровских спзктров хромистых сталей // Термическая обработка и физика металлов: Межвуз. сборник. Свердловск: У!1 им. С.Д.Кирова, 1939. С. 53-60.

14. Хораблев В.А., Кабес А.Л.. Накорнеева Т.Д. Исследова-з начальных стадий рассяоения *елезо-хромистлх сплавов // рмичоская обработка и физика металлов: Ие&вуз. сборник, грдловск: УПЛ им. С.М.;ироаа, 1939. С. 92-93.

15. гСораблев В.А.. Сарэкидев СЛ., Кабес А.Л. Применение '-спектроскопии для построения фазовой дяаграм!« аустенитной касти хромистых сталей // Тезисы докладов Ш Всесоюзного сове-¡ия по лдернс-спектроскопическим исследованиям сверхтонких ¡имодействий. Алма-Ата, 1939. С. 25.

16. О распределении хрома и углерода в закаленной стали [5/ В.А.Ко^^лев, В.А.Ивченко, А.Л.Кабес и др. // Ж. ф Т. б^^ып. I. С. 163-170.

овпЯИьОЭЛгТэз Формат 60x84 1/16

га Плоская печать Усл.п.л. 1,16

изд.д. 1,06 ' Тираж 100 Заказ 739 Бесплатно

Редакциогао-издательский отдел УГТУ-У1Ш 02, Екатеринбург, УГТУ-УПй, 8-й учебный .корпус принт УИУ-УШ. 620002, Екатеринбург, ЗТТУ-УШ, 8-й уч .корпус