автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Структурообразование в стали типа Х13 и изменение ее технологических и эксплуатационных свойств при комплексном варьировании химического состава

днепропетровский ордена трудового красного знамени металлургический институт

На правах рукописи

ПРОЙДАК Светлана Викторовна

УДК 669.14.018.8:620.181 (043)

струшурообразсвжи В стали типа Х13 И изменение . ее технологических И гКСЛЛУЛТЩШШ СВОЙСТВ при комплексном варьировании химического состава

Специальность 05.16.01 - "Металловедение и термическая обработка неталлоз"

АВТОРЕФЕРАТ • диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск - 1990

У

Работа выполнена на кафедре металловедения Днепропетровского металлургического института.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Шаповалов В.К.

Офвдагыше оппоненты - доктор технических наук,

грофессор Бабич В.К.

— кандидат технических наук, старший наугшый сотрудник Бедооапко И.В.

Ведущее предприятие " • - Никнеднелровский трубопрокатный

завод им. К.Либккехта

З^аигь дассертации состоятся " & " ¿¿¿¿¿¿^о^ 1990 г. в А» час. на заседании специализированного совета К068.02.02 при Днепропетровском ордена Трудового Красного Знамени металлургическом институте.

Адрас: 320635, г.Днепропетровск, пр.Гагарина, 4.

С .диссертацией поено ознакомиться в библиотеке Днепропетровского металлургического института.

■ Автореферат разослан " 3 "■Фе&аля^ 1990 г.

Ученый секретарь Клименко П.Л.

специализированного совета кандидау технических наук

л

¿тгций

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. 8 материалах ХХУП съезда КПСС подчер-"ктГ&гось, что репение вопроса экономии ресурсов, гас рационального и эффективного использования, максимально возможного снижения затрат на производство продукции было и остается первоочередным в металлургической промышленности. Безникелевая нержавеющая сталь типа Х13, дополнительно легированная другими элементами, успешно применяется взамен дорогостоящих хромоникелевых аустекит-ных нержявепцих сталей с высоким содержанием никеля. Такое использование обусловлено, прежде всего, высокой ее стойкостью против • коррозии, в частности, коррозионной стойкостью под напряжением. . Кроме того, нержавеющие стали, содержащие более 12 % хрома, применяются как жаростойкие и жаропрочные. В зависимости от соотношения структурных составляющих они обладают высокой пластичностью в ударной вязкостью при одновременно высоких значениях прочности, ' стабильностью структуры и свойств при длительных выдержках, другими преимуществами по ряду свойств.

При весьма пироких исследованиях безникелевых нерхавеющих сталей типа Х13 многие вопросы рехеш неоднозначно или изучены недостаточно. Это кесается оптимального комплексного легирования, структурообразования в стали при различных условиях, возможности повышения ее технологической пластичности при горячей пластической деформации с сохранением высокой' прочности. Б последнее время, изучая влияние легиругщих элементов на структуру и свойства стали, предпочтение отдеют Но ,Ть , N4 «V/ , V , вводимым для получения специальных свойств. Однако необходимо отметить, что комплексное варьирование химического состава стали типа Х13 при небольших отклонениях по углероду, кремнию и марганцу позволяют заметно влиять на соотношение структурных составляющих и свойства стали.

Цель работы. Определение изменений технологических и эксплуатационных свойств стали типа Х13 при комплексном варьировании химического состаза на основе исследования структурообразования я микроструктуры. Для это1э: изучить влияние углерода в количестве до 0,1 % и 0,16-0,20 %, марганца и кремния в количестве до 0,5 и 1,5-1,8 % каждого на структуру литой стали типа ХХЗ; исследовать ее механические и антикоррозионные свойства в зависимости от указанных концентраций С ,51 и Мп и от структуры; изучить влияние этих элементов на структурные параметры'и мехали-

чесние свойства стали после горячей ковки в области высоких температур; определить влияние горячей деформации на структуру и свойства литого металла различного химсостава; изучить зависи -мость количества феррита от температуры нагрева под закалку.

Научная новизна. Уточнены последовательность фазовых превращений при кристаллизации стали и особенности структурообразо-вания в зависимости от концентрации С к Мп при ее непре -рывном охлаждении из гидкого состояния. Показано, как комплексное варьирование в небольших пределах химического состава влияет на структуру и .свойства стали. Установлено значительное изменение •соотношения, характера расположения, размера зерен и морфологии структурных составляющих в стали различного химсостава после ее горячей деформации ковкой.. Уточнен характер процессов, протекающих в структуре стали- при нагреве под ковку, в ходе горячей деформации', при охлаждении до комнатной температуры. С привлече -ниеы современных металлографических методов исследована тонкая структура горячедеформированной стали и перераспределение леги -рующих элементов в процессе горячей ковки. Установлена и объяснена взаимосвязь химсостав - структура - свойства для литой и горячедеформированной стали с различными концентрациями С ,5с и Мп. Конкретизирован химический состав стали Х13 для применения ее взамен аустениишх хромоникелевых сталей типа 18-10, 18-9 в определенных усдрвиях эксплуатации, кат. не ус туп ащ ей этим ста -ляи по общей коррозионной стойкости, стойкости против мни и жаростойкости. Выявлена зависимость количества феррита в структуре литой стали различного химсостава от температуры нагрева под закалку.

Практическая ценность и реализация результатов работы. На основании результатов исследования структурообразования и испытав ний механических и эксплуатационных (антикоррозионных) свойств показано, что базовая сталь типа Х13 может быть значительно улучшена за счет оптимизации ее химического состава. Установлено, что при получении стали необходимо предварительное уточнение условий ее эксплуатации и главных требований', предъявляемых к ней. Это связано с возможностью получения весьма высокого уровня свййств стали в заданном направлении путем комплексного варьирования химсостава по углероду, кремнию и марганцу» Предложены уточненные оптимальные температурные интервалы горячей пластической деформации для стали; с различной концентрацией с л и Мп. Экономический эффект от внедрения результатов диссертационной

работы может быть получен за счет снижения массы изделий, попы*-тения коррозионной стойкости и увеличения выхода годного благо» даря совершенствован:«) режима горячей пластической деформации слитков стали типа XI3.

Апробация работы. Материалы диссертации поэтапно доложе-; ны и обсуждены на 1У республиканской научно-технической конференции "Механизация и повышение эффективности технологических процессов производства отливок металлургического оборудования" (г. Днепропетровск, 1986 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции молодых металлургов-исследователей "Проблемы повышения технического уровня производства черных металлов и сплавов" (г.Донецк, 1987 г.), на У республиканской научно-гтехнической конференции "Неметаллические включения и газы в литейных сплавах" . (г.Запорожье, 1988 г.), на Ш республиканской научно-технической конференции "Техническое перевооружение и внедрение новых ресурсосберегающих технологий в злектросталеплавильном производстве" (г.Днепропетровск, 1989 г.); на У республиканской конференции "Коррозия металлов под напряжением и методы защиты" (г.Львов, 1989 г.); на научном семинаре кафедры металловедения Днепропетровского металлургического института (1989 г.).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Изложена на 148 листах машинописного текста, включая 40 рисунков, 16 таблиц и 115 литературных источников.

' КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Состояние вопроса и задачи исследований

Хромистые стали разделяют на три группы в зависимости от содержания углерода: I) мартенситные, претерпевающие полное

*-«С- превращение (20Х1о); 2) ферритные, которые не претер-певгют фазовых превращений (08X13); 3) мартенсито-ферритные, претерпевающие частичное Т—*" oi -превращение (12X13). Соответственно изменяются их свойства. Эти стали применяют в качестве коррозионностойких, жаропрочных при температуре 450-550 °С и жаростойких до 700-800 °С. В них протекают следующие фазовые -превращения: полиморфное (при охлаждении - маринситного типа), эвтектоидный распад и аустенитизация, распад пересыценных твердых растворов и растворение выделившихся фаз в твердом растворе. Эти стали являются самозакаливающимися. При Тхош структура 12£-ной хромистой стали с 0,1-0,2 %С состоит из мартенсита,кар-

бидов иФ-феррита, но может сохраняться и /-феррит. Его количество 8 литой Мели зависит от ряда факторов (химсостава, ), но воцрс: этот решается неоднозначно.

Описано влияние легирующих элементов: С ,М/1 и - как Т-образующих , С Г и & - как ферритообразупцих. Отмечается эффективность комплексного легирования. Однако указываются различные допустимые концентрации легирующих элементов, единого мнения в этом вопросе нет. Рядом авторов разработаны структурные диа -граммы деформируемых нержавеющих сталей. Многие исследователи уделяют большое внимание изучению поведения стали типа Х13 в процессе горячей деформации и протекающим при этом превращениям. Задача повышения пластичности двухфазной стали стоит очень остро и решается различными путями. Главными факторами, влияющими на пластичность, являются химический состав, структура (соотношение объемов« взаимное расположение, величина и форма зерен /-и Т -фаз}, условия деформации ( в частности,температура ). Особое вниманиеуделяется изучению 3 -феррита.

Вопрос комплексного легирования стали типа Х13, содержащей 0,05-0,20 %■ С, небольшими количествами кремния и марганца (0,3-2,0 %) без других легирующих добавок, относится /к числу спорных, недостаточно исследованных. Должен быть изучен глубже в плане влияния на структуру, свойства, деформируемость стали в области высоких температур.

. Методики исследований - Сталь Х13 восьми различных по С ,££■ и

Мл составов

(табл.1) выплавляли в промышленной высокочастотной ивдукциокной Печи ИСТ-0,16. Вес плавок составлял 90-130 кг. Из каждой плавки баливали: пробу на химанализ, слиток в изложницу, трефовидные стержневые пробы в песчаные блоки (для испытаний механических свойств), образцы в оболочковые формы (для коррозионных испытаний). Оценивали усадку слитков, затем подвергали их горячей деформации ковкой ( с пятикратным уковом) на трехтонном молоте свободного падения. Температура нагрева 1160 °С, охлаждение на воздухе. Слитки ковались легко, без рванин и трещин. Из литого и деформированного металла изготавливали образцы для механических и антикоррозионных испытаний.

Характеристики механических свойств стали при комнатной и высоких температурах определяли, испытывая образцы на растяжение и удар (копровым маятником) по соответствующим ГОСТам. Измеряли

Таблица I.

Химический состав промышленных плавок стали типа Х13 Содержание -элементов, %

состава С Мп Я. Р Л Сг N1 Си

I 0,09 1.4-1 1,60 0,008 0,009 12,80 0,25 . _

2 0,17 1,46 1,63. 0,009 0,020 12,70 0,22 0,10

3 0,17 0,33 1,58 0,005 0,015 12,60 0,18 : - '

4 0,20 1,55 0,43 0,009 0,017 12,90 0,25 0,07

5 0,08 0,29 1,50 0,006 0,018 12,50 0,21 0,07

б 0,08 1,50 0,38 0,008 0,016 13,30 0,21

7 0,07 0,24 0,37 0,018 0,018 12,05 0,21 0,07

8 0,18 0,21 0,32 0,004 0,019 12,80 .0,23 ' -

тве'рдость НТ?С на твердомере типа 2Т40ТР (по шкале С).

Для изучения влияния высоких температур на количество структурно свободного феррита в литой стаЖи о лабораторных условиях проводили закалку образцов в воду от Т = 950-1250 °С. Количественный фазовый анализ осуществлялся на автоматическом структурном анализаторе ЭПИКБАНТ (фирмы КАРЯ ЦЕЙС, ГДР).

Контроль качества стали по неметаллическим включениям и : микроструктурный анализ осуществляли металлографическими методами с пс.модьа оптического микроскопа НЕ050Т-21 (фирмы КЛРЛ ЦЕЙС, ГДР). Структуру выявляли химическим травлением шлифов в реактивах слоя- ■ ного состава. Исследовагля тонкой структуры проводили на просвечивающем электронном микрсскопе ТЕСЛА-500 (ЧССР) методом угольных реплик. Распределение элементов изучали, используя микрорентгено-спектральный анализатор МС-46 ф/.рмы КАМЕКА (Франция) и 5-перье-вой самописец В-54 фирмы РЛКАДЕНКИ (Япония).

Испытания общей коррозионной стойкости образцов литой стали проводили в атмосферах: соляного тумана, искусственной промысленной и 'влажной. Балл стойкости оценивали в соответствии с принятыми стандартами. Склонность к межкристаллитной коррозии (НКК) исследовали методом анодного травления. Нароетейкость определяли в лабораторных условиях на установке для высокотемпературного гравиметрического анализа УТГ-1 при температуре 1200 °С.

Микрсструктурные исследования стали типа Х13 различного химического состава •

Проводя металлографические исследования, прежде всего изучали неметаллические включения, оценивали загрязненность Стали.

В металле всех восьми плавок выявлены сксидц, силикаты, отдельшз сложные сульфиды. Нитриды не обнаружены. Установлено, что показатель содеркения включений V ( в объемных процентах) для стали всех составов приблизительно одинаков и составляет 0,1-0,2 %. Таким образом, данный способ выплавки обеспечипает получение достаточно чистой по неметаллическим включекияу стали, они заметно не влияют на ее механические и технологические свойства.

Микроструктурный анализ показал, что литая сталь XI3 восьми исследуемых составов является мартенситс-ферритнгй, одкглэ соотношение структурных составляпц их изменяется d широких пределах. В зависимости от концентрации С, Мп {У -стсбилизатороз) и Si- (.сЬ -стабилизатора) количество феррита возрастает от I % до 50 соответственно структур* варьирует от практически чисто мартонситной (сталь 4 и 8 составов) до мартенсито-ферритной с приблизительно равными объемами фаз (состав 5). Сталь грубозернистая, с характерными для литого состояния дендритными кристаллами и рэЫюосными эервыги. Мартенсит крупный реечный. Феррит расположен как по границам бывших аустенитны.-: зо>ре?:, та:: и отдельными крупными полями (если его количество 40-50 ¡О. В феррите много мелких карбидов, часто расположенных ^цепочками" вдоль границ дендритных ветвей, что сэязено с приграничной до^узией кремния.

Отталкиваясь от диаграммы Fe -12^Сг -С (рис.1) и базируясь на полученных данных,уточнили порядсх кристаллизации и формирования структуры стали различного химсостава при непрерывном охлаждении от жидкого состояния до 600' °С, а ход дальне?,них сгруг-турных изменений (вплоть до Ткоир ) установили с помощью техыо-кинетической диаграммы преврсцения вустенита щи непрерывном охлаждении стали 12X13. На первом этапе кристаллизации стали всех составов из жидкости выделяется J -феррит: Ж —/ . Но скорость охлаждения такова (~ 2 °С/с), что полного превращения не происходит, а оставшаяся жидкость кристаллизуется по схеме: Ж< —Г . В результате образуется двухфазная ( / + ¥ ) структура. Однако,в сталях с высокой концентрацией С и Не и низкой SL (составы 4 к 8) схема кристаллизации иная: S + 7* , т.е. протекает перитектическая реакция. Затем происходит полиморфное - превращение ( во всех сталях независимо от состава). Но оно полностью не завершается, часть S -феррита остается, он сохраняется вплоть до ТК0Ш1>, что обусловлено V охл Количество зустенита наибольшее в сталях, где Р -область максимально рас-

i too

Рцс.1. Д^аграым^состояния

ширена T -стабилизатора»« С а

Ко, а концентрация феррктообр»-зуицего Sl> мала (4 и 8 составы). Следующим этапом формирования : структура всех сталей является .

Т —-Превращение при переохлаждении ниже линии полиморфизма, но полного перехода аустенита в феррит не происходит. Дальнейшие структурные-изменения^ в зависимости от химсостава, йогу? быть 3-х вариантов: I) выделение карбидов в феррите oCf + /Г) и распад оста?-.

па аустенита по мартенситному механизму (в сталях 1,3,5 и б составов); 2) эвгектоидное превращение У—<¿ + tf и образование мартенсита из оставшегося аустенита ( Тц ) по бездиф-фузионноцу механизму (в сталях 2 и 7 составов); 3) мартенситксэ превращение всего аустенита ( в сталях 4 и 8 составов). Таким образом, при TR0HHi в структуре литой стали XI3, независимо от химсостава, присутствуют в различных количествах мартенсит, cL - н / -феррит, карбиды.

Микроструктура горячздеформированной стали заметно отличается от литой. Не наблюдается характерного дендритного строения. Уменьшается количество феррита, в отдельных случаях он псл-' ностью отсутствует (стали 4 и 8), наблюдали измельчение и глобу-v - ляцию его зерен. Располагается "цепочками" и единичными "вкраплениями" внутри мартенситной матрицы. Дисперсность реек мартенсита значительно повышается. Карбиды выделяются в обеих фазах, в мартенсите - очень мелкие. Для определенных составов объемы структурных составляющих практически ке изменяются (составы 4,8 и 5), но гораздо равномернее их взаимное расположение. В завкои-' мости от химсостава, в стрли при нагресе под ковку протекали процессы, обратные идущим при затвердевании. При нагреве вкяз . температуры мартенситного превращения идет tC-^Т -перес гройна .по бездиффуЕионноыу механизму. При соответствующих температурах растворяются' карбиды или происходит обратное эвтектоиддаыу превращение (сL +К —2* ). Наблюдается аустенизгезация. -При этом участки ¿ -феррита сохраняются. При нагресе до температуры начала деформации (ИбО °С) сталь в зависимости о? соста-

ва будет находиться в однофазной или двухфазной ¡Г -(тогда происходит полиморфное -превращение) областях.

Ковка сопровождается мгновенно протекающими процессами полигони-зации и рекристаллизации, упрочнения и разупрочнения, значительно ускоряется диффузия. Известно, что рекристаллизация /-феррита происходит гораздо быстрее, чем аустенита. Завершается деформация в двухфазной + У- или однофазной У -области. Дальнейшее непрерывное охлаждение на воздухе приводит к протекание частичного полиморфного превращения, выделению карбидов или эвтектоидноцу распаду аустенита, при соответствующих ■хампературах происходит мартенситное превращение.

Электронноыикроскопические исследования и рентгеноспектральный микроанализ структуры горячедефорыированной стали типа Х13

Исследования тонкой.структуры горячедеформированной стали методом-электронной микроскопии показали, что дисперсность мартенсита различна в зависимости от состава стали, по-разному ориентированы пакеты и рейки. Установили наличие участков Аост между мартенситными рейками, выявили границы бывших аустенитных зерен в мартенсите. Наблюдали субграницы и отдельные крупные карбиды в феррите. Подтверждена аналогичность структур близких по составу сталей (составы 4 и 8, 3 и 5, б и 7).

' Никрорентгёноспектральный анализ показал стабильное равномерное распределение Се, Сг,££ и Мп между структурными составляющими мартенсито-ферритной стали -5. То же характерно для стали 4-го состава с однородной мартеьситной структурой, лишь пограничные участки бывших аустенитных зерен обеднены железом и обогащены хромом. Установили весьма равномерное распределение Се и Мп в структуре стали 2-го состава, заметное обогащение хромом пограничных зон "мартенсит-феррит". Глобулярные зерна феррита в мартенситной матрице обогащены ферритообразулцим кремнием.

■ Механические и антикоррозионные свойства стали Х13

' в зависимости от ее химического состава и структуры

Механические свойства стали Х13 исследуемых составов представлены в табл.2 и 3.

Анализ полученных данных показал непосредственную зависимость свойств стали от концентрации С и МП и от структуры-Так, одновременно высокое содержание С и Мп при низком кремнии

Таблица 2

Механические свойства литой (числитель) и горячедеформи-рованной (знаменатель) стали Х13 различного химического состава при Т ■ 20 °С

№ состава Ша Ша * % % ко/, 'ВДж/м2 ННС

I . 903 1318 965 1552 1.8 2,9 12.2 12,2 0,092 0,36 34 . 45

2 935 1035 2.0 6.5 0,072 . 45

1073 1237 5,6 21,2 . 0,37 38

3 * 805 "353 1115 1345 925 ТГ53 1190 1465 11$ 1,7 ' 2,1 5,8 3.8 4 18,0 0.09Г 0!б4 0.12 0,71 26 33 . 5Г 41

.5 573 ' 598 803 843 3,0 16,3 6,0 44,5 0^075 0,63 24 17

6 . 907 1093 1133 . 1278 5.1 11,5 13,5 41,7 0.22 1,03 44 40

7 883 1002 1087 ШО 3.6 ТТЛ 6.5 33,-3 0,125 1,34 , 38 ' "35

8 1083 1325 1138 1537 1.0 5,87 11,5 23,5 0,125 1,01 46 42

(состав 4) обеспечивает получение практически чисто мартенситной структуры, при этом прочность и твердость максимальны, а пластичность очень низкая. В случае высокой концентрации <?£ и низкой ■С и Мп (состав 5), когда количество феррита в структуре достигает 50 %, прочность и твердость минимальны, а пластичность несколько выше, т.к. феррит гораздо менее прочная, но более пластичная фаза, чем мартенсит. Такая зависимость объяснена для стали всех составов как в литом состоянии, так и после горячей деформации. Она сохраняет свои положения при Ткомн> и Тиспыт> = 900 °С.

В целом, литую сталь Х13 характеризуют как прочную, твердую, но очень хрупкую, непластичную (состав б отмечается, как достаточно высокопрочный и одновременно обладающий удовлетворительными пластичностью и ударной вязкостью). Горячедеформировяя-ная сталь является высокопрочной и высокопластичной (отмечается состав б). Прочность повышается при Ткомн в 1,1-1,6 раза, а пластичность - в 3-5 раз. Это связано с уменьшением количества

Таблица 3

Механические свойства литой (числитель) и горячедеформированной (знаменатель) стали ПЗ различного химического состава при Т « 900 °С

- » состава Ша к « К % кси, Юж/м2

I 51 40.0 42.3 2.08

78,0 93,0 2,04

' 2 • • 56 43.6 63.0 2.52

87 69,8 93,0 1,99

3 • 64 50.0 80.0 2.45

. 53 • 76,7 83,5 2,31

4 : 145 21.0 66.5 2.09

165 32,7 75,0 1,94

• 5 47 66.5 • 68«2 1.74

54 90,0 96,0 2,56

6 81 • 27,3 45.0 1.97

79 67,3 81,0 2,48

7 81 25.4 30.0 1.93

75 • 45,5 73,0 ^ 2,24

8 127 26.6 67.8 2.03

88 42,0 79,0 2,08

феррита в структуре после деформации стали, перераспределением фаз, измельчением мартенсита в результате повышения ^охл. Достаточно равномерное взаимное расположение феррита и мартенсита и равномерное распределение мелких ферритных зерен (или их "цепочек") в объеме мартенсита обеспечивает высокую пластичность мартенситных участков и стали в целом. Необходимо отметить очень высокую пластичность горячедеформированной стали при Тисп = 900 °С { в отдельных случаях V достигало 100-102 % ), при этом прочность была на уровне или даже ниже, чем у литой стали.

Установили, что кремний в количестве более 1,5 % охрупчи-вает.сталь, снижает ее ударную вязкость.

■ - Результаты испытаний механических свойств показали заметное преимущество горячедеформированной стали Х13 перед литой.

Исследуя общую коррозионную стойкость, установили, что литая сталь 1-7 составов является стойкой во влажной и искусст-

венной ггоомыглетп-кх атмосферах к в соляном тумане, а сталь состава 8 - совершенно стойуой. В зависимости от состава стойкость . отличается на 2-4 была. Применение стали 8-гс состава л любой из 3-х опробованных атмосфер наиболее оправдано и выгодно. Заметного влнянчл легирудщ^х элементов в рассматриваемом интервале . концентраций и с тру туры с различным соотношением фаз на общую коррозиотуп стойпссть стали не обнаружено.

Результаты исследований стсйкосги стали XI3 против меж-кристаллктноП коррозии (МКК) показали заметное влияние химсостава на эту веяную :-»кс.плуатацконнуа характеристику. Установлены составы, наиболее и наименее подверженные этому виду разрушения. ' Откопаетеп, что Си Si порьтаают склонность к МКК, а маргшгец - . ентагет. Литая мартенсито-ферритная структура с относительно равномерным распределением крупных зерен и содержанием е£- до 50 % Ее'сьма склонна к МКК.

Наилучшей жаростойкостью при Т - 1200 °С обладазт сталь с' игц-бо.'.ьи-еЯ концентрацией С,iL и Мп одновременно, что зежно для сбраэоечнил защитных окконых пленок на поверхности образцов. Установлена зависимость от химического состава. .

Результаты испытаний механических и антикорроаионных свойств стали XI3 позволяют говорить о возможном ее применении в конкретных условиях взамен хромоникслевых сталей типа 18-9, 18-10. Т?к, сгвла состава 6 аналогична по общей коррозионной стойкости сталям типа 18-9, 18-10. Дзухфазкые стали б-го и 7-го составов менее склонны к МКК, чем однофазные аустенитные.

Горлчая деформация кивкой певгаиает прочностные и особенно сильно - пластические свойстве стали XI3, приближая их к свойствам сталей 18-10, 18-9. сто позволяет предположить, что общая коррозионная стойкость горячедефирмированной стали Х13 будет вьгае, чем в литом состоянии.

Кроме того, резерв повышения меха:мческих и антикоррозионных свойств - термообработка литой стали.

Влияние термообработки на количество феррита в структуре литой стали типа XI3

Результаты исследования зависимости количества структурно свободного феррита в л:1той стали от температуры нагрева под ■ закалку представлены в виде графиков на ркс.2. Для хтапеП 1,2,6, 7-го составов полученные кривые приближаются к характерной С -образной кривой зависимости количества феррита в структуре стали

Рис.2. Зависимость количества феррита в структуре литой стали типа Х13 различного химсостава от температуры нагрева под закалку (номера кривых соответствуют номерам составов)

от Т нагрева. Для остальных составов зависимость более сложная, и лишь часть кривой приближается к С -образной. Установлено,что температура, при которой количество феррита в структуре минимально, изменяется -для сталей разных химсоставов б пределах 1000 -. 1150 °С. Это цукно учитывать при нагреве под закалку сталей конкретного химсостава для получения структуры мартенсита (аустени-та) с минимальным количеством феррита, обеспечивающей комплекс высоких прочностных свойств. Для всех сталей з интервале 950-•1000 °С снижается количество феррита. На кривой для пятой стали 2 близш I по величине минимума, что связано с повышашым содержанием кремния.

- Исходя из того, что максимальное падение пластичности хромистых сталей достигается при содержании ~ 10 % ¿"-феррита, а с повышением доли феррита пластичность возрастает и при содержании > 50 % ¿"-феррита она значительно выше, предложены уточненные температурные интервалы горячей деформации для стали XI3 исследуемых составов. Максимальная пластичность стали состава 1,6 и 7 может быть обеспечена при нагреве выше 1250 °С,стали 2 -

при Т = 1225-1250 °С. Для стали 3 этот интервал 1150-1200 для 4-го и 8-го составов ~ 1175 °С. Наилучшая деформируемость пятой стали достигается в интервале 900-950 °С, около 1100 °С, выше 1250 °С.

Основные выводы

1. Уточнены последовательность фазовых превращений при кристаллизации и закономерности формирования структуры стали восьми различных составов (см.табл.1) в зависимости от концентрации С ,Л и Мп при ее непрерывном охлаждении из жидкого состояния. * .

Варьирование комплексного легирования безникелевой нерса-веющей стали Х13 кремнием и марганцем в количестве А 0,5 и 1,5-1,8 % каждого при содержании углерода.в пределах 0,05-0,20 % позволяет получать структуру с различными соотношениями мартенсита и феррита (от 5 до 70 %). Показано, что сравнительно небольшие колебания состава по углероду, кремнию и марганцу могут значительно разнообразить структуру и свойства стали, давая возможность получения специальных эксплуатационных свойств.

2. Горячая деформация ковкой при температуре 1160 °С со степенью обжатия около 500 % значительно изменяет соотношение . феррита и мартенсита, морфологию мартенсита, приводит к перераспределению фаз, глобуляции и измельчению зерен феррита.

Рассмотрен и уточнен характер процессов, протекающих в структуре стали при нагреве под ковку, в ходе горячей деформации, при охлаждении до Ткош Дана характеристика микроструктуры стали Х13 различного состава после горячей деформации, исследовано влияние на структуру углерода, кремния и марганца.-

3. Электронномикроскопические исследования горя-.едеформи* рованной стали типа Х13 различного химсостава показали,'что дисперсность мартенсита и ориентация элементов его строения различны в зависимости от состава стали. Установлено наличие небольших участков остаточного аустенита между мартенситными рейками, выявлены границы'бывших аустенитных зерен. Определена закономерность залегания 'субграниц и отдельных крупных карбидов в феррите.

4. Микрорентгеноспектральный анализ показал достаточно равномерное распределение Ре и легирующих элементов (Сг, М» и

) в микроструктуре горячедеформированной стали. Наличие темной "каймы" вокруг ферритных зерен в структуре стали, содержащей 0,17^С, 1,4б/5Мп и 1,635? Л связано с обогащением приграничных

участков хромой и обеднением железом.

5. Установлена и объяснена взаимосвязь химсостав ге структура - свойства для литой и горячедеформированной стали типа Х13

с различными концентрациями С , Л и Мп .

Испытания механических свойств показали, что при всех исследованных температурах литая сталь характеризуется как высокопрочная, твердая, ко малопластичная. Сталь с 0,08$С, 1.,55£Мп,

13,30%Сг отличается высокой твердостью и прочностью при одновременно большей пластичности и ударной вязкости, как в литом состоянии, так и после горячей деформации.

Установлено, что кремний в количестве более 1,5 % снижает ударную вязкость стали при Ткомн>, т,е. охрупчивает ее. и понижает прочность. Увеличение количества феррита от 3-5 до 50 % в структуре литой стали Х13 при изменении ее химсостава снижает прочность при ТК0|Я|> и Т « 900 °С.

Горячая деформация с большими степенями приводит к повышению прочности и пластичности исследуемой стали, без воздействия предварительной термообработки.

6. Исследования общей коррозионной стойкости показали, что литая сталь Х13 1-7 составов является стойкой во влажной и искусственной промышленной атмосферах и в соляном тумане, а сталь состава 8 - совершенно стойкой во всех трех атмосферах. Поэтому она может успешно применяться в таких условиях взамен аустенит-ных хромоникелевых сталей типа 18-10, 18-9.

7. Наиболее стойкими против межкристаллитной коррозии являются стали 6-го и 7-го составов,' близкие по структуре и содержащие 10-15 % феррита. Установлено, что марганец повышает, а углерод и кремний снижают стойкость против МКК стали Х13.

8. Сталь с содержанием 0,17^С,. 1,4б5Шп, 1,63$<& .обладающую максимальной жаростойкостью при 1200 °С, можно использовать взамен аустенитных хромоникелевых сталей типа 18-10, 18-9 при температурах до 800 °С, а также при более высоких температурах, но кратковременных сроках службы.

9. Установлена зависимость количества феррита в литой стали Х13 различного химсостава от температуры нагрева под закалку. Температурный интервал получения минимального количества феррита в мартенситной матрице литой стали в зависимости от химического состава находится в пределах 1000-1150 °С. Предложены уточненные оптимальные температурные интервалы горячей пластической деформации для стали Х13, различной по содержанию С , и Мп.

10. На базе результатов работы заводу "Днепроспецсталь* ' выданы рекомендации для практического использования при получении сталей специального назначения. Положительное заключение от этого предприятия указывает на возможные пути внедрения результатов диссертационной работы в промышленное производство. ;

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Влияние химического состава на структуру литой стали типаХ13 Дан K.M., Пройдах C.B., Кирвалидзе В.Н., Шаповалов В.И.// Известия вузов. Черная металлургия. - 1984.- № 10. - С. 88-91.

2. Влияние химического состава на структуру и эксплуатационные свойства литой стали типа XI3 / Шаповалов В.И., Жак K.M., Пройдак C.B., Кирвалидзе В.Н. //Механизация и повышение эффектив-; ности технологических процессов производства отливок металлургического оборудования: Тез. докл. 1У Республиканской научно-технической конференции,- Днепропетровск, 1986,- С. 115—116.

3. Пройдак C.B., Шаповалов В.И., Как K.M. Исследование неметаллических включений в стали XI3J1 //Неметаллические включения и газы в литейных сплавах: Тез.докл. У республиканской научно-технической конференции, Запорожье, 1988. - С. I4I-I42.

4. Влияние комплексного легировизш углеродом, марганцем, кремнием на межкристаллитную коррозию и жаростойкость литой стали типа XI3 /Пройдак C.B., Шаповалов В.И., Над K.M., Попов A.A.// Известия вузов. Черная металлургия. - 1988.- № 10. - С. 94-97.

5. Шаповалов В.И., Жак K.M., Пройдак C.B. Комплексное легирование углерйдом, кремнием и марганцем нержавеющей стали XI3// Техническое перевооружение и внедрение новых ресурсосберегающих технологий в электросталеплавильном производстве: Тез.докл.

Ш республиканской научно-технической конференции. Днепропетровск, 1989.- С. 28.

6. Шаповалов В.И., Жак K.M., Пройдак C.B. Улучшение корро-зионно-механических характеристик экономнолегировенной безникелевой нержавеющей стали //Коррозия металлов под напряжением и методы защиты: Тез.докл. У республиканской конференции. Львов, 1989,- С. 247.

Подписано к печати 17.01.1990. БТ01002. Формат 60x84/16. Бумага типогр. № 2. Печать офсетная . - Фиэ.пл. 0,93. УЧ.-ЯЭЯ.Л. 0,8. Усл.п-Л. 0,93. Тираж 100 экз. Заказ 70. Бесплатно.

Днепропетровский металлургически g институт, 320005, Днепропетровск, пр. Гагарина, 4

ОЗ ДМетИ. 320005. Лоцманское шоссе, З-б.