книги из ГПНТБ / Сокол, И. Я. Двухфазные стали

ДВУХФАЗНЫЕ СТАЛИ

М О СКВА «МЕТАЛЛУРГИЯ» 1974

ПИМУ»*,Ц"** _

p , n a ™;J £ l “

УДК 669.14.018

Двухфазные стали. С о к о л И. Я- М., «Металлургия», 1974. 216 с. В книге обобщены экспериментальные данные по влиянию леги­ рования и термической обработки на структуру, механические п фи­ зические свойства двухфазных аустенито-ферритных и феррито-аусте­ нитных нержавеющих сталей. Рассмотрены механизм и кинетика процессов, приводящих к упрочнению и охрупчиванию материала. Особое внимание уделено вопросам технологии изготовления полу­ фабрикатов и изделий из двухфазных сталей. Даны рекомендации по режимам термической обработки и травления сталей ряда конкрет­ ных марок. Книга предназначена для научных и инженерно-техниче­ ских работников металлургических н машиностроительных заводов и научно-исследовательских институтов, металловедов, металлофизиков и технологов по термической обработке и обработке давлением специальных сталей, а также может быть полезна студентам стар­ ших курсов и аспирантам, специализирующимся в области металло­ ведения и термической обработки нержавеющих сталей. Ил. 73.

Табл. 55. Список лит.: 150 иазв.

(£) Издательство «Металлургия», 1974

040(01)—74

ОГЛАВЛЕНИЕ

9.Металлографическое исследование структуры

ПРЕДИСЛОВИЕ

Быстрое развитие химического машиностроения, авиа­ ции и других отраслей народного хозяйства требует от металлургов 'страны дальнейшего расширения объема производства специальных сталей с высокими служебны­ ми свойствами.

К их числу относятся и двухфазные нержавеющие стали, обладающие высокими прочностными свойствами и хорошей коррозионной стойкостью в агрессивных сре­ дах, а также повышенным сопротивлением межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением.

Аустенито-ферритные стали отличаются от однофаз­ ных аустенитных сталей повышенным пределом текуче­ сти, лучшей свариваемостью и меньшим содержанием де­ фицитного никеля, что делает их весьма перспективным конструкционным материалом. Кроме того, сварочная проволока из аустенито-ферритных сталей незаменима в настоящее время в судостроении, энергомашинострое­ нии и многих других отраслях народного хозяйства.

Двухфазные стали являются сложными многокомпо­ нентными сплавами. В процессе термической обработки, холодной и горячей обработки давлением в них протека­ ют разнообразные фазовые превращения: изменение ко­ личества 6-феррита и аустенита, сопровождающееся пе­ рераспределением легирующих элементов между этими фазами; распад 6-феррита с образованием вторичного аустенита и ст-фазы; выделение карбидов и нитридов; расслоение высокохромистого феррита (475-градусная хрупкость); выделение интерметаллидных фаз; мартен­ ситное у—^а-превращение.

Количество новых марок двухфазных нержавеющих сталей с каждым годом быстро растет. В периодической литературе имеется довольно много статей, посвященных изучению фазовых превращений, структуры и свойств от­ дельных марок двухфазных сталей и общих закономер­ ностей, позволяющих заранее предсказать свойства но­ вых композиций. В то же время в монографиях по нержа-

5

Глава I

ФАЗОВЫЙ СОСТАВ

1. Структурные диаграммы нержавеющих сталей

По сравнению с широко известными сталями аустенит­ ного класса типа 1Х18Н10Т, двухфазные стали обычно имеют более высокое соотношение феррито- и аустенито­ образующих элементов, что приводит к появлению в структуре металла равновесного 6-феррита. Наиболь­ ший практический интерес в настоящее время представ­ ляют собой нержавеющие стали на основе систем Fe— Сг—Ni и Fe—Сг—Ni—Мп. Эти системы явились предме­ том ряда исследований, установивших границы фазовых областей при различных температурах в зависимости от химического состава сплава (рис. 1).

В практике производства специальных сталей очень большое значение имеет возможность правильной оцен­ ки фазового состава любой новой марки стали по ее хи­ мическому составу. Поэтому уже давно предпринима­ лись попытки построения структурных диаграмм, отра­ жающих зависимость структуры (а следовательно, и свойств) стали от содержания в ней легирующих элемен­ тов. Наиболее широкое распространение получила струк­ турная диаграмма А. Шеффлера [9], построенная внача­ ле для металла сварных швов и распространенная впос­ ледствии на деформируемые стали (рис. 2, а). Первона­ чально хромовый и никелевый эквиваленты рассчитыва­ лись по приведенным Шеффлером формулам:

Сгвкв = % Сг + % Мо + 1,5- % Si + 0,5- % Nb; Ni3KB= % Ni + 30- % С + 0,5 : % Mn.

В дальнейшем многие исследователи определяли ко­ эффициенты, характеризующие вляние других элементов на структуру металла, а также уточняли приведенные Шеффлером данные. Так, по данным П. Н. Бидули, С. А. Иодковского и FI. Н. Сащихина [2], формулы для определения эквивалентных содержаний хрома и никеля записываются в следующем виде:

Сгэкв = % Сг + % Мо + 1,5-% Si + 1,5- % V + + 0,8- % W + 0,5- % Nb + 4- % Ti + 3,5- % Al;

7

Содержание хрома, %

Рнс. I. Полнтермические разрезы диаграмм состояния систем Fe—Cr—№ (а, б),

Fe—Сг—Мп (а) и Fe—Cr—Ni—Мп (при 2% Ni) (г)

8

NioKB = % Ni + 20- % c + 0,1 • % Mn

(содержание легирующих элементов в процентах по массе). Эти формулы были проверены авторами [2] для сталей с содержанием 6-феррита до 15%.

Довольно противоречивые сведения имеются, в лите­ ратуре по поводу степени аустенитообразующего дейст­ вия азота. По мнению В. М. Юферова с соавторами [3], для определения структуры мартенситно-ферритных ста­ лей эквивалентное содержание никеля надо определять по формуле

Ni*™ = % N1 + 30- % С + 0,5- % Мп + 12- % N.

При отсутствии данных о содержании азота в стали в том случае, когда он не является специальной легиру­ ющей добавкой и попадает в металл из шихты и воздуха в процессе выплавки, для компенсации его влияния на структуру стали авторы [3] предлагают принимать ко­ эффициент у марганца равным 1,5 вместо 0,5 (при содер­ жании в стали до 1 % Мп). Содержание азота в не­ ржавеющих сталях находится в пределах 0,020—0,040% в зависимости от метода выплавки и условий разливки.

По данным Де Лонга [4], аустенитообразующее дей­ ствие азота аналогично влиянию углерода, в связи с чем формула для определения Ni3KBдолжна быть записана в виде

№экв = % № + 30 - % С + 30 - % N + 0,5- % Мп.

Близкий коэффициент для азота (26-% N) был пред­ ложен и в работе [5], авторы которой, однако, резко ра­ зошлись с остальными исследователями в оценке ферри­ тообразующего влияния молибдена (3-% Мо). Для оп­ ределения количества 6-феррита в стали типа XI8H10T при температуре 1150° Прайс и Эндверс [6] предложили слегка видоизмененную диаграмму Шеффлера (рис. 2, б) с расчетом эквивалентов по формулам:

Сгокв = % Сг + 3 - % Si 4-10- % Ti'; Ni*» = % Ni + 0,5- % Mn + 21 • % С',

где % Ti' и %С' — содержание элементов в твердом ра­ створе.

При этом % С'=0,03% , a %Ti' находится по разно­ сти общего титана в стали и связанного в нитриды и кар­ биды.

9