1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Фізика
  3. Холодостійкі сталі

Холодостійкі сталі

Механічні властивості і хладноломкость стали визначаються насамперед трьома механізмами зміцнення:

  • 1) подрібненням зерна;
  • 2) зміцненням фериту атомами легуючих елементів і домішок, що утворюють тверді розчини впровадження і заміщення;
  • 3) зміцненням виділеннями частинок другої фази різного ступеня дисперсності.

Вуглець, хоча і сприяє ефективному зміцненню, різко знижує в’язкість і пластичність стали, сприяючи підвищенню хладноломкости. Прийнято вважати, що збільшення вмісту вуглецю в стали на кожні 0,1% підвищує порігхладноломкості на 20 К (рисунок 7.1).

 

Зниження вмісту вуглецю запобігає утворенню при зварюванні в зоні термічного впливу тендітних гартівних мартенситних структур. У зварювальних хладостойких сталях вміст вуглецю має бути нижче 0,2%, і в структурі має бути мало перліту (малоперлітние стали).

Введення в вуглецеву сталь до 2% марганцю і до 0,8% кремнію зміцнює феритної матрицю завдяки освіті твердого розчину заміщення. Легування марганцем подрібнює зерно і збільшує в’язкість фериту, що підвищує величину роботи поширення тріщини при низьких температурах. Легування стали малими добавками титану, ніобію і ванадію дозволяє отримувати дрібнодисперсні виділення другої фази типу VC, TiC, Nb (C, N), V (C, N), ефективно зміцнюючі матрицю. Ці ж елементи сприяють подрібненню зерна і знижують схильність стали до його зростання. На кордонах зерен утворюються дисперсні частинки карбідів і карбонитридов ніобію, титану і ванадію, які гальмують зростання зерен при нагріванні. Збільшення вмісту цих елементів більш 0,15%, хоча і збільшує міцність, але одночасно підвищує схильність стали до крихкого руйнування.

Для підвищення морозостійкості і зварюваності будівельних сталей застосовують малоперлітние стали з низьким вмістом вуглецю, мікролеговані сильними карбидообразующих елементами. Крім того, використовують сталі, леговані азотом в поєднанні з різними сильними нітрідообразующімі елементами, в якості яких найчастіше застосовують ванадій, алюміній, ніобій і титан. Виділення азоту з твердого розчину у вигляді нітридів зменшує його охрупчиваются дію. Це збільшує міцність сталі і, сприяючи подрібнення зерна, не погіршує її морозостійкості.

До сталям цієї групи відносяться сталі марок 09Г2, 09Г2С, 09Г2СД, 16Г2АФ, 14Г2АФ, 14Г2САФ і ін. Через дефіцитності нікелю його застосування в сталях цього типу обмежена. Стали типу 14Г2АФ, 16Г2АФ і їх варіанти 14Г2САФ, 16Г2САФ широко використовуються в нормалізованому стані для виготовлення газопровідних труб діаметром 1020 – 1420 мм. Їх міцність oв = 560 – 600 МПа, а ударна в’язкість KCU при -60 ° С (213 К) в разі зниження вмісту сірки і фосфору до 0,01% становить 60 Дж / см2.

З усіх легуючих елементів нікель найбільшою мірою знижує хладноломкость стали. Нікель і залізо повністю розчиняються один в одному, мають близьке будову кристалічних решіток. Нікель не є карбидообразующих елементом, він знаходиться в твердому розчині в фериті або аустените. Нікель зміцнює ферит і одночасно збільшує його в’язкість. Нікель збільшує прокаливаемость стали, подрібнює зерно, а також знижує концентрацію домішок на дислокаціях і зменшує блокування дислокацій домішковими атомами впровадження. Введення 1% Ni знижує порігхладноломкості приблизно на 20 К.

Хром дещо підвищує міцність сталі і при утриманні до 1% збільшує її в’язкість. Збільшення концентрації хрому понад 1,5% приводить до підвищення порога хладноломкости.

Сталь 09ХГ2НФБ в результаті контрольованої прокатки з подальшим регульованим охолодженням в процесі прокатки на стані має переважно бейнітне структуру з невеликою кількістю дрібнозернистого фериту, зміцненого дисперсними частинками карбонітридним фаз V і Nb. При o0,2> 700 МПа і oв> 900 МПа її b5 = 20,5%. При -60 ° С ударна в’язкість KCU = 104 Дж / см2, а критична температура крихкості Т50 = -100 ° С. Сталь добре зварюється і може бути використана в зварних конструкціях відповідального призначення в будівництві та машинобудуванні.

Введення молібдену в кількостях до 0,5% істотно знижує порігхладноломкості. Молібден робить стримуючий вплив на дифузійну рухливість фосфору і зменшує відпускну крихкість.

Для магістральних трубопроводів північного виконання в США і Канаді застосовують високоміцні зварюються Mn – Mo – Nb стали з мікроструктурою голчастого фериту, що містять 1,6 – 2,2% Мn, 0,25 – 0,4% Мо, 0,04 – 0, 10% Nb. Зміцнення виділеннями Nb (C, N) відбувається при її охолодженні після прокатки і в процесі старіння гарячекатаної сталі при температурі 575 – 650 ° С.

Труби фірми «Італсідер» такого складу зі структурою голчастого фериту при товщині стінки 20 мм мають порігхладноломкості Т50 = -50 ° С при oв = 650 МПа і o0,2 = 540 МПа.

Для залізничних мостів північного виконання застосовують сталь 12Г2МФТ. Прокат зі сталі 12Г2МФТ товщиною до 40 мм характеризується не тільки вищою міцністю, але і більш високими характеристиками в’язкості руйнування в широкому температурному діапазоні.

Особливу складність представляє підвищення морозостійкості литих сталей. Лита сталь відрізняється від деформованої наявністю дефектів у вигляді раковин і тріщин. Литі стали мають велике первинне зерно, і його подрібнення представляє складну задачу. Термічна обробка за звичайними режимам повністю не усуває структурні особливості литого металу.

Найбільш перспективним способом подрібнення зерна в литих сталях, як і в деформованих, є микролегирование такими карбидообразующих елементами, як V, Ti, Nb, Zr.

ПОДІЛИТИСЯ: