CC BY
21
ВЕСТНИК
ПРИАЗОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Вып.№8
1999г
УДК 669.15
Чейлях А.Г1.1, Гавриленко Г.В."
СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НОВЫХ БЕЗНИКЕЛЕВЫХ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНО ФЕРРИТНОГО КЛАССА
Изучено влияние легирования на изменение фазового состава, кинетику деформационного мартенситного превращения при испытаниях (ДМПИ! и механические свойства новых безникелевых коррозионно-стойких сталей на хромомарганцевой основе аустенитно-ферритного класса. По показателям механических свойств новые стали не уступают никелъсодержащим аналогам.
В последнее время все более ограничивается применение на предприятиях Украины хромоникелевых коррозионно-стойких сталей (08Х21Н6М2Т, 12Х18Н9Л и др.) ввиду их легирования дорогостоящими и дефицитными элементами- никелем, молибденом. К тому же они обладают относительно невысоким уровнем механических свойств [1].
Между тем в работах [2,3] была показана возможность повышения механических свойств в хромомарганцевых сталях за счёт получения в структуре ^ феррита и использования деформационной метастабильности аустенитной фазы.
В рамках решения актуальной задачи - экономии дорогостоящего никеля и замены хромоникелевых дефицитных сталей разработаны новые безникелевые коррозионно-стойкие стали аустенитно-ферритного класса на Ре-Сг-Мп основе.
Новые стали выплавлялись в производственных условиях в индукционной печи ИСТ-016 с основной хромомагнезитовой футеровкой и разливались в оболочковые формы в виде заготовок. Из заготовок механической обработкой изготавливались образцы для исследований. Образцы подвергались закалке с температуры 1050 °С в воду, В работе использовались металлографический, магнитометрический и дюрометрический методы исследований. Фазовый состав определялся также на рентгеновском дифрактометре К
ДРОН-3 в железном а" излучении. Испытания механических свойств на растяжение производили в соответствии с ГОСТ 1497-84 на образцах диаметром 5 мм; испытания на кручение проводились на машине КМ-50-1 со скоростью деформации 1,8 град/с, и динамический изгиб с Ц-образным надрезом на маятниковом копре МК-ЗОА по ГОСТ 9454-78. Кинетика деформационного мартенситного ^ а ^ превращения аустенитной фазы изучалась непосредственно в процессе испытаний на кручение по методике работы [4].
При разработке составов новых марок сталей содержание легирующих элементов (особенно хрома, марганца) подбиралось таким образом, чтобы получить аустенитно-ферритную структуру с различным соотношениемаустенитной и ферритной фаз.
Изменение содержания в них хрома в пределах 12 %и марганца ' '2.5 /ода£Т
возможность получить фазовый состав, приведенный в таблице 1. При этом определяющее влияние на количество ферритной составляющей принадлежит хрому, образованию феррита способствует также легирование стали кремнием Для повышения стойкости сталей к межкристаллитной коррозии и измельчения зерна в стали вводились небольшие количества титана, а в некоторые марки и медь.
1 ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
2 ПГТУ, инженер.
Микроструктура исследованных сталей 19Х16Г8С1Л и 17Х16Г12Д2СЛ Л представляет собой зёрна аустенита с замкнутыми включениями феррита неправильной формы. Внутри зёрен наблюдаются дисперсные включения карбидов титана (ТЮ) и хрома ((Сг, Ре)2зС6). В структуре стали 14Х22Г12ДС2ТЛ преобладают зёрна феррита с небольшим количеством аустенитных зёрен и карбидных включений.
Фазовый состав и микротвёрдость фазовых составляющих исследованных сталей, приведены в табл. 1.
Таблица 1 - Фазовый состав и микротвёрдость фаз исследованных сталей после закалки г. 1П50 °Г
Марка Фазовый состав!, % М икр «твёрдость, Но о,98, МПа
стали Феррит Аустенит Феррит Аустенит
19Х16Г8СТЛ 14 86 2770 3810
17Х16Г12Д2СТЛ 18 82 2450 3390
14Х22Г12ДС2ТЛ 82 18 22.00 2600
Анализ данных по фазовому составу показывает {табл. 1), что содержание ферритной фазы в стали 19Х16Г8СТЛ несколько меньше чем: в стали 17Х16Г12Д2СТЛ. Вероятно, это связано с более высоким содержанием углерода в первой из них, который связывает большее количество хрома в карбиды и меньшак его доля остаётся в твёрдом растворе. С увеличением содержания ферритообразующего хрома до 22 % в стали формируется преимущественно ферритная структура (82 % феррита, остальное - аустенит).
С увеличением доли ферритной фазы с 14 до 82 % з рассматриваемых сталях наблюдается снижение её микротвёрдости (табл. I). Это можно объяснить межфазным перераспределением ферритообразующих элементов и уменьшением влияния фазового наклёпа. Максимальная микротвёрдость
у-фазы обнару
живается в стали 19Х16Г8СТЛ с
наименьшим содержанием марганца (табл. 1), что объясняется более активным развитием
ДМПИ. Снижение микротвёрдости аустенита в сталях 17Х16Г12Д2СТЛ и, особенно, ^
14Х22Г12ДС2ТЛ можно объяснить уменьшением содержания углерода0 /0>
~ 17 °/г
а также увеличением содержания марганца до Последний повышает стабильность
аустенита и уменьшает возможность его превращения в мартенсит деформации в процессе вдавливания индентора.
Важными особенностью и преимуществом новых сталей является возможность использования ДМПИ метастабильной аустенитной фазы для повышения их механических свойств. Поэтому формирование свойств этих сталей определяется, с одной стороны исходным фазовым составом и структурой, с другой — кинетикой ДМПИ аустенитной фазы. Кинетика ДМПИ исследованных сталей после закалки от 1050 °С приведена на рисунке 1.
В стали 19Х16Г8СТЛ. содержащей наименьшее количество марганца ^ /0' и
имеющей в структуре 14 % феррита, ДМПИ развивается с меньшей интенсивностью, чем в
стали 17Х16Г12Д2СТЛ (рис. 1, кривая 1). Так, если в первой из них при степени
деформации кручением®-^ '"образовалось 0/0 мартенсита деформации, то во второй
при %его количество достигало 35 % (рис. 1, кривая 2). Это можно объяснить
превалирующим влиянием углерода, повышающего степень стабильности аустенитной
фазы. Сталь 14Х22Г12ДС2ТЛ, содержащая 22 % хрома, относится к ферритно-
аустенитному классу. При таком высоком содержании весьма пластичного феррита Г»82 °/п)
'и легировании значительным количеством марганца, стабилизирующим аустенит, ДМПИ развивается очень вяло, либо вообще не реализуется (рис. 1, кривая 3)
8,%
Рис. 1 - Кинетика ДМГГИ исследованных сталей после заюилкн с 1050 "С.
1- сталь 19Х16Г8СТЛ; 2- сталь 17Х16Г12Д2СТЛ; 3- сталь 14Х22Г12ДС2ТЛ.
Испытание на растяжение является более жёстким видом нагружением в сравнении с испытанием на кручение. При этом обнаруживаются наибольшая интенсивность ДМПИ и больший прирост мартенсита деформации. Так., в стали 19Х16Г8СТЛ в процессе испытания растяжением образуется 21 % мартенсита деформации, а в стали 17Х16Г12Д2СТЛ - 41 % мартенсита деформации (табл. 21, что значительно превышает количество образовавшейся а'-фазы после испытаний на кручение.
Механические свойства исследованных сталей (табл. 2) определяются особенностями структуры, фазовым составом и развитием превращения аустенита в мартенсит при деформации в процессе испытаний.
Таблица 2 - Механические свойства исследованных сталей после закалки с 1050 °С и прирост количества мартенсита деформации в процессе испытаний.
Марка стали При растяжении При кручении Ударная вязкость кси, МДж/м2 Количество мартенсита деформации при испытаниях
<?в, МПа £0,2, МПа 5, % V, % лпч> МПа Чз, МПа 8, % растяжением кручением
19Х16Г8СТЛ 780 300 16 19 712 226 51 2,75 21 16
17Х16Г12Д2СТЛ 930 680 32 30 1040 120 61 2,8 41 35
14Х22Г12 Д С2Т Л 690 600 8 - - 1,96 - -
Извес тн я с га ль с 2 %н ике ля
08Х18Г8Н2Т 600 350 20 - -
Сталь 17Х16Г12Д2СТЛ обладает повышенным комплексом механических свойств по сравнению с известной сталью 08Х18Г8Н2Т, содержащей остродефицитного никеля
~ 2 %. Дополнительное легирование медью заметно увеличивает пластичность и вязкость, а также способствует и повышению коррозионной стойкости этой стали Несколько меньший уровень механических свойств наблюдается в стали 19Х16Г8СТЛ и самые низкие механические свойства имеет сталь 14Х22Г12ДС2ТЛ.
а> 90 -р
80 --
70 --
0 6 12182430364248546066
Полученную закономерность можно объяснить с точки зрения кинетики ДМ ПИ и прироста количества мартенсита деформации. Наиболее полно реализуется ДМПИ в стали 17Х16Г12Д2СТЛ, где обнаруживается наибольший прирост мартенсита деформации (при растяжении - 41 %, при кручении - 35 %) в ходе испытаний, что соответствует максимальному пределу прочности^8 = 930 МПа при растяжении и 'пч = 1040 МПа при кручении). Снижение предела прочности в стали 19Х16Г8СТЛ связано с уменьшением прироста а'~Фазы в ходе испытания (табл. 2). Наименьшей прочностью обладает сталь ферритно-аустенитного класса 14Х22Г12ДС2ТЛ, что обусловлено отсутствием мартенситного превращения в процессе испытаний. Стали 19Х16Г8СТЛ и 17Х16Г12Д2СТЛ с аустенитно-ферритной структурой имеют также достаточно высокий уровень ударной вязкости.
Экономное легирование и повышенный комплекс; механических свойств позволяют рассматривать новые безникелевые стали как весьма перспективный материал для замены дорогих дефицитных в Украине никсльсодержащих коррозионно-стойких сталей
Выводы
1. Изменение содержания хрома в новых сталях в пределах 15ч-22 %и марганца в пределах ^ ' ' ^ ^ позволило получать различные фазовые соотношения между ферритом и аустенитом, а также регулировать степень метастабильности последнего
2. Новые экономнолегированные безникелевые коррозионно-стойкие стали аустенитно-ферритного класса обладают хорошим комплексом механических свойств и не уступают известным никельсодержащим аналогам.
Перечень ссылок
1. Коррозионностойкие стали и сплавы.: Справ изд. Улъянин Е.А.— М.: Металлургия.—1991.—256с.
2. Малинов U.C., Никопорец ИМ. Влияние химического состава и обработок на структуру и свойства железохромомарганцевых сталей с метастабильяым аустенитом // Известия вузов. Чёрн, металлургия.—1982.— № 12.—С. 66-79.
3. Патент №18012А (Украина).—Сталь,—С22С Ъ%/38 /Чейлях АЛ., Малинов Л.С., Гоголь СЛ. и др.//31 10.1997,—Бюл. № 5.
4. Чейлях А.П., Малинов U.C. Соколов КН. О связи механических свойств с развитием мартенситного превращения при испытаниях хромомарганцевых сталей // Известия вузов. Чёрн, металлургия.—1986.—№4.—С. 86—9,2.
Чейлях Александр Петрович. Канд. техн. наук, доцент кафедры материаловедения, действительный член Нью-Йоркской Академии наук, окончил Ждановский металлургический институт в 1977 году. Основные направления научных исследований — разработка экономичных многофункциональных сплавов и упрочняющих технологий, принципов и способов управления их свойствами на основе использования метастабильности аустенита.
Гавриленко Галина Валентиновна. Инженер-материаловед, окончила Приазовский государственный технический университет в 1999 году. Основные направления научных исследований — разработка и исследование; безникелевых коррозионно-стойких двухфазных сталей с метастабильным аустенитом.
