Дробот А.В.
Днепропетровский национальный университет
Как показали исследования природы охрупчивающей фазы,
выделения по границам зерен при медленном охлаждении образуются на основе
титана, который, как известно, обладает большим сродством к кислороду [1],
азоту и углероду [2]. Исследования также показали, что подавить выпадение
охрупчивающих фаз довольно трудно, так как при охлаждении на воздухе заготовки
ø75мм по границам зерен образуется сетка выделений; вероятность
образования такой сетки в крупных поковках гораздо выше.
Исследование микроструктуры проводили на металлографическом
микроскопе МИМ-10. Полировку шлифов производили электролитически в реактиве: СН3СООН/
50мл + НNO3/ 50мл при плотности тока а≥ 5а/см2.
Петрографическое изучение производили по отражательной
способности, цвету включений в отраженном свете, отношение к поляризованному
свету.
Дендритную ликвацию и микрорентгеноспектральный
анализ фаз производили на микрозонде MS-46 фирмы “Самеса” Франция.
Исследование механических свойств
проведено путем испытаний ударной вязкости образцов тип І и в ряде случаев тип ІV (с V-образной канавкой) ГОСТ 9454-63, а также испытаний
на растяжение образцов 18К ГОСТ 1497-61.
На механически полированных образцах двух плавок (611238 и
611298) была оценена загрязненность неметаллическими включениями по 500 полям
зрения. Неметаллические включения были разделены на несколько видов: оценку
производили дифференцированно по каждому виду. Исследования проведены на
микроскопе МИМ-10 при увеличении х420 по инструкции ЦНИИЧМ “Определение
содержания неметаллических включений в стали и сплавах методом подсчета”. При просмотре шлифа в соответствии с инструкцией просчитывали количество
неметаллических включений по группам размеров и по видам.
Исследования проведены на штангах □170мм стали ЭП678ВД семи плавок
предприятия п/я А-7845. Химический состав исследуемых плавок приведен в таблице
1.
Таблица
1
|
№ плавок |
Условный номер |
Химический состав, в % |
||||||||||
|
С |
Si |
Mn |
S |
P |
Cr |
Ni |
Mo |
Ti |
Al |
Nb |
||
|
611212 |
1 |
0,028 |
0,17 |
0,08 |
0,005 |
0,007 |
10,8 |
9,78 |
2,2 |
1,03 |
0,13 |
0,01 |
|
611268 |
2 |
0,016 |
0,15 |
0,08 |
0,007 |
0,008 |
10,6 |
9,3 |
1,95 |
1,02 |
0,10 |
0,01 |
|
610998 |
3 |
0,027 |
0,12 |
0,03 |
0,006 |
0,008 |
10,9 |
10,0 |
2,0 |
0,98 |
0,09 |
0,17 |
|
611250 |
4 |
0,03 |
0,16 |
0,05 |
0,005 |
0,006 |
11,3 |
9,4 |
2,0 |
0,92 |
0,09 |
0,01 |
|
611238 |
5 |
0,024 |
0,15 |
0,04 |
0,006 |
0,008 |
11,0 |
9,6 |
2,13 |
1,0 |
0,08 |
0,02 |
|
611298 |
6 |
0,018 |
0,13 |
0,04 |
0,005 |
0,006 |
10,8 |
9,4 |
2,20 |
1,0 |
0,07 |
0,01 |
|
611185 |
7 |
0,027 |
0,11 |
0,04 |
0,005 |
0,007 |
10,4 |
9,1 |
2,10 |
0,87 |
0,06 |
0,01 |
В этих плавках, как видно из таблицы 1, содержание титана изменяется в
достаточно широких пределах: от 0,87% до 1,03%, что давало возможность оценить
влияние титана на свойства стали ЭП678ВД.
Металлографические исследования позволили установить общие
для металла всех плавок положения.
При исследовании электрополированных шлифов металла в
состоянии поставки обнаружены в отдельных участках сетки выделений. После
травления структура представляет собой чередование полос, резко контрастных по
цвету (белые и темные); в темных полосах обнаружены строчки карбонитридов.
Структурная полосчатость является выражением неравномерного распределения
элементов, наследованного из слитка, кристаллизующегося с образованием
дендритной ликвации [3]. Исследование на микрозонде “Самеса”
показало, что легирующие элементы стали ЭП678ВД распределены неравномерно, обнаруживая
значительную ликвацию (таблица 2).
Таблица
2.
Ликвация
легирующих элементов в стали ЭП678ВД
|
Легирующий элемент |
Процентное содержание |
Коэффициент ликвации, К |
|
|
max |
min |
||
|
Ti С Ni Mo Сr |
3,85 0,124 11,2 3,13 11,65 |
0,22 0,012 6,16 0,67 1,92 |
17,4 10,3 1,9 4,67 6,1 |
Наибольшую ликвацию имеет титан.
Результаты
испытаний механических свойств металла исследуемых плавок в исходном состоянии
приведены в таблице 3.
Таблица
3
Механические свойства стали ЭП678ВД в исходном состоянии
|
№ плавки |
Содержание титана,% |
GT Мн/м2х10-1 |
GB Мн/м2х10-1 |
δ % |
Y % |
a n Kдж/м2х10-2 |
|
611212 |
1,03 |
134 |
147 |
4,0 |
16,0 |
1,5 |
|
611268 |
1,0 |
157 |
168 |
5,0 |
18,0 |
1,2 |
|
610998 |
0,98 |
144 |
155 |
8,0 |
33,0 |
2,5 |
|
611250 |
0,92 |
140 |
148 |
5,0 |
16,0 |
1,8 |
|
611238 |
1,0 |
147 |
156 |
4,0 |
20,0 |
1,5 |
|
611298 |
1,0 |
150 |
156 |
4,5 |
18,0 |
0,75 |
|
611585 |
0,87 |
149 |
155 |
4,8 |
17,0 |
1,5 |
|
Требование ТУ |
130 |
145 |
4,0 |
16,0 |
1,0 |
|
Анализ данных таблицы 3 не позволяет установить зависимость
механических свойств от содержания титана. Сравнение свойств металла двух
плавок (611238 и 611298) с примерно одинаковым химическим составом показало,
что металл плавки 611298, имеющий такое же, как и металл плавки 611238,
содержание титана, но более низкое содержание вредных примесей (серы, фосфора,
углерода) не обеспечил требования ТУ по ударной вязкости.
Металл этих плавок был взят для более детального изучения.
При качественной оценке установлено, что неметаллические
включения по цвету и форме можно разделить на три группы:
І – светло-желтые, расположенные
в основном в виде строчек в направлении деформации, имеют вытянутую форму.
Изредка располагаются в одиночку и имеют правильную геометрическую форму.
ІІ –
желто-розовые с
сиреневым оттенком, расположенные строчками в направлении деформации, имеют
вытянутую форму.
ІІІ – сложные включения,
недеформированные, располагаются как строчками, так и отдельными группами от 1
до 3 штук; имеют правильную геометрическую форму в виде прямоугольников.
При оценке по сумме признаков [4,5] установлено, что
включения первой группы-нитриды, второй группы-карбонитриды, третьей
группы-сложные включения на основе нитридов.
Так как включения, имеющие строчечное расположение оказывает
особо неблагоприятное воздействие на ударную вязкость в поперечном направлении,
нами произведен подсчет этой группы включений.
Резкая разница обнаружена в загрязненности металла двух
исследуемых плавок строчечными включениями: в металле плавки 611298 почти в 5
раз больше объемный процент загрязненности строчечными включениями чем металл
плавки 611238.
Таким образом, установлено, что неудовлетворительная ударная
вязкость металла плавки 611298 вызвана значительной загрязненностью строчечными
неметаллическими включениями.
В ходе исследований установлено, что на ударную вязкость
мартенсито-стареющей стали ЭП678ВД кроме охрупчивающей фазы, выделюющейся по
границам зерен аустенита, существенное влияние оказывают строчечные включения,
располагающиеся вдоль направления волокна.
Для разработки мероприятий по устранению охрупчивания, вызываемого строчечными включениями, необходимо продолжить исследования в следующих направлениях:
1.Изучение природы
строчечных включений.
2.Изучение условий
образования строчечных включений.
3.Разработка мероприятий по
устранению или предотвращению образования строчечных включений.
Литература:
1.Э. Гудремон. Специальные
стали. Т.2. ГИТИ. М., 1960.
2.М.И. Виноград, Г.П.
Громова. Включения в легированных сталях и сплавах. М., 1972.
3.И.Н.Голиков. Дендритная
ликвация в стали. М., 1958.
4.А.Н. Червяков, С.А.
Киселева, А.Г. Рыльникова. Металлографическое определение включений в стали.
Металлургиздат, М., 1962.
5.Е.В. Панченко, Ю.А.Скаков,
К.В. Попов, Б.И. Кример, П.П. Арсентьев,
Я.Д. Хорин Лаборатория
металлографии. Металлургиздат, М., 1957.