CC BY
34
in ггттгп re iïmrSxW гтсг?
I 1 (29). 2004-
ИТЕИНОЕ1 ПРОИЗВОДСТВО
There are given the results of investigation of influence of modification by ferrocerium, FS30RZM30B, FSMG, modifier MNf developed in BNTU, ferromolybdenum on the structure and characteristics of the steel 12X18H10TL.
V
И. В. ЗЕМСКОВ, И. К. ФИЛАНОВИЧ, К. В. КОРОЛЕВ,
Белорусский национальный технический университет УДК 621 74
ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 12Х18Н10ТЛ
При получении непрерывнолитых заготовок из нержавеющей стали в качестве шихтовых материалов используются неделовые отходы, при переплаве которых для получения требуемых физико-механических свойств большое значение приобретают процессы рафинирования, подавления образования карбидов хрома (устранение склонности к МКК), измельчение структурных составляющих. Поэтому эти особенности должны быть учтены при выборе эффективных модифицирующих элементов для стали 12Х18Н10ТЛ.
Так, из многочисленных литературных источников известно, что для повышения ряда свойств сталей, аналогичных по составу 12Х18Н10ТЛ, используют молибден, ниобий, церий, лантан, кальций, магний, иттрий, комплексный модификатор РЗМ [1—5]. В связи с этим, а также на основании предварительных собственных результатов для улучшения структуры и свойств исследуемой стали нами выбраны молибден, церий, комплексные модификаторы ФСЗОРЗМЗОБ, ФСМГ2 (ТУ 14-5-134-86) и модификатор МН, разработанный в БНТУ.
Фазовый состав стали исследовали методами рентгенографического анализа с использованием
аппарата ДРОН-3. Съемку дифрактограмм осуществляли в кобальтовом монохроматизированном излучении, напряжение на трубке - 30—35 кВ, анодный ток — 20—30 мА, скорость движения счетчика - 2,0—0,5 °/мин. Для определения структуры тонкодисперсных карбидных фаз использовали метод электрохимического анодного избирательного изолирования с последующей рентгенографической идентификацией состава и структуры этих фаз на поверхности шлифа. Разделение фаз осуществляли в водном электролите следующего состава: 30 % KCl, 5 % HCl, 3% лимонной кислоты; анодный ток - 0,1 мА/см2.
Влияние модифицирования на изменение фазового состава литой нержавеющей стали исследовано на образцах, содержащих церий (образец №1) и без модификатора (образец №0). Определение фазового состава модифицированной стали проводили в различных макрообъемах, в частности, в центральной части отливки и в поверхностных слоях, чтобы установить, в какой мере модификатор влияет на структурную неоднородность стали. Фазовый состав немодифици-рованной стали изучали как в литом, так и закаленном состоянии (табл. 1).
Таблица 1. Результаты фазового анализа стали 12Х18Н10ТЛ в различных структурных состояниях
Маркировка Структурное состояние Параметры кристаллической решетки, a (Â) и содержание аустенитной фазы, % (0 А) Состав карбидной фазы
Анализируемый объем a(Âl)/0Al a(À 2)/0А2 a(Â)3/0A3
1 Литой 3,595 3,655 3,745 MC*
Середина 87,1 6,8 6,1
1 Боковая поверхность Литой 3,591 86,69 3,666 5,7 3,756 7,4 MC*
0 Литой 3,593 3,669 3,762 М23С6»МС*>М7С3
Середина 93,5 2,3 4,2
0 Закаленный 3,537 3,658 3,747 м23с6>мс*
Середина 17,5 43,0 39,5
Примечание: 1 — * фазы в дисперсном состоянии.
2 — (М7С3) - фаза присутствует в виде следов.
Анализ дифрактограмм показывает, что исследуемая сталь в литом и закаленном состоянии независимо от наличия модификатора имеет аус-тенитную структуру, состоящую из разнолегиро-ванных фаз. Об этом свидетельствует то, что на дифрактограммах в тех диапазонах углов отражения, которые соответствуют определенной линии аустенита, выявляются три дифракционных максимума. По их интенсивности можно судить о количественном соотношении этих фаз. Методом сравнительного анализа определена доля (%) каждой из аустенитных фаз исходя из интегральных интенсивностей линий, отвечающих этим фазам для определенной плоскости отражения (табл. 1).
Расчеты параметров кристаллических решеток аустенитных фаз и сравнительный количественный анализ показывают, что структура модифицированной стали достаточно однородна в макрообъемах отливки. Более 85% в структуре этой стали присутствует «низколегированный аусте-
о
нит» с параметром решетки 3,585—3,591 А. Содержание двух других аустенитных фаз не превышает 10—13%, а параметры решеток значительно больше. Состав карбидной фазы модифицированной стали соответствует карбиду МС на основе титана (табл. 1).
В литой немодифицированной стали параметры кристаллической решетки аустенитных фаз несколько больше, чем у соответствующих фаз модифицированной церием стали, а содержание «низколегированного» аустенита более 90%. Состав карбидной фазы М23С6 (на основе хрома), МС (титана) и М7С3 (также на основе хрома) приведен в табл. 1. Таким образом, модифицирование способствует образованию карбида титана и предотвращает образование карбидов, содержащих хром, что имеет немаловажное значение для устранения склонности исследуемой стали к межкристаллической коррозии. Изменение структуры стали 12Х18Н10ТЛ может быть объяснено перераспределением легирующих элементов между твердым раствором и карбидной фазой в процессе кристаллизации. Под воздействием церия подав-
ляется образование карбидов на основе хрома, который сохраняется в твердом растворе. В модифицированной стали часть титана, входящего в состав твердого раствора, переходит в карбидную фазу с образованием тонкодисперсных частиц МС в матрице. Это явление и вызывает уменьшение параметров кристаллических решеток аустенитных фаз, поскольку размеры атомов хрома, замещающих атомы титана, значительно меньше, чем у
о
титана (1,27 и 1,46А соответственно). Об этом свидетельствуют также результаты микрорентге-носпектрального анализа исследуемых образцов. Так, в местах расположения карбидов титана существенно уменьшается содержание хрома. Кроме того, в немодифицированной стали хром и никель распределены весьма неравномерно в отличие от модифицированной стали, в которой хром и никель в твердом растворе распределяются относительно равномерно. Подтверждается также тот факт, что содержание хрома в твердом растворе модифицированной стали значительно выше, чем в немодифицированной.
Микрорентгеноспектральный анализ позволяет объяснить явление «перемодифицирования» исследуемой стали церием, которое приводит к резкому увеличению загрязнения ее неметаллическими включениями и снижению механических свойств (табл. 2).
Микрорентгеноспектральный анализ подтверждает преимущественное распределение церия в этих включениях. Явление «перемодифицирования» стали, приводящее к увеличению количества примесей по сравнению с немодифицированной сталью, не наблюдается в стали, модифицированной комплексным модификатором ФСМГ2 в количестве 0,1%. Здесь характерным является равномерное распределение в структуре магния, кальция, а также дисперсных карбидов титана. Относительно равномерно распределяются церий и молибден в комплексно модифицированной стали (ферромолибден - 0,1%, ферроцерий — 0,02%), количества которых являются оптимальными с точки зрения повышения ряда механических свойств исследуемой стали.
Таблица 2. Механические свойства образцов
Номер образца Добавка и ее количество, % СТв, МПа МПа У, % 6, % кси, МДж/м2
1 Ферроцерий (0,05) 440 310 44,3 48,9 0,25
2 Ферроцерий (ОД) 415 300 34,8 38,3 0,13
3 ФСЗОРЗМЗОБ (0,05) 420 300 28,6 39,5 0,23
4 ФСЗОРЗМЗОБ (ОД) 410 290 35,5 44,5 0,20
5 ФСМГ2 (0,05) 420 290 47,5 50,6 0,21
6 ФСМГ2 (ОД) 460 330 33,3 41,2 0,24
7 МН (0,5) 420 300 44,3 39,2 0,16
8 МН (ОД) 420 285 43,8 40,1 0,23
9 Ферромолибден Ферроцерий (0,05) (0,02) 460 330 39,8 44,2 0,22
10 Ферромолибден Ферроцерий (ОД) (0,02) 450 310 41,3 53,9 0,20
I 1 (29). 2004-
Существенное улучшение структуры литой не-модифицированной нержавеющей стали типа 12Х18Н10ТЛ может быть достигнуто посредством термической обработки (закалки). В этом случае значительно уменьшается доля «низколегированного» аустенита (до 17,5%) и увеличивается доля высоколегированных фаз (см. табл. 1). В карбидной фазе уменьшается содержание карбидов хрома. Линии на дифрактограммах закаленной стали, отвечающие М23С6, значительно меньшей интенсивности, чем в литом, и размыты, что свидетельствует не только об уменьшении содержания этой фазы, но и о ее дисперсности. Следовательно, в процессе нагрева под закалку большая часть хрома растворяется в аустените.
Итак, модифицирование стали 12Х18Н10ТЛ существенно влияет на структуру, фазовый состав твердого раствора и карбидов. В модифицированной стали хром сохраняется в твердом растворе, обеспечивая комплекс физико-механических и коррозионных свойств, а тонкодисперсные карбиды титана распределяются равномерно по всей структуре. Наиболее эффективным с точки зрения повышения механических свойств исследуемой стали является ее совместное модифицирование молибденом и церием. Структура ^модифицированной стали может быть улучшена закалкой. При этом достигается эффект, аналогичный влиянию модификатора, когда вследствие разрушения карбидов хрома этот элемент сохраняется в твердом растворе, а карбидная фаза
представлена преимущественно дисперсными частицами МС (на основе титана).
Таким образом, в результате проведенной работы установлено, что применение в качестве модифицирующих редкоземельных и щелочноземельных металлов, находящихся в комплексных лигатурах ФСМГ2 и ФСЗОРЗМЗОБ, приводит к существенным изменениям в микроструктуре и субструктуре коррозионностойкой стали 12Х18Н10ТЛ, способствует равномерному распределению хрома в матрице, измельчению аусте-нитного зерна. В результате модифицирующего действия устраняется склонность стали к межкри-сталлитной коррозии без применения стабилизирующего отжига, снижается уровень микронапряжения, измельчаются блоки когерентного рассеяния и устраняется вероятность появления разнолегированных фаз аустенита, что способствует повышению механических свойств стали.
Литература
1. Структура и коррозия металлов и сплавов: Атлас.Сп-рав. изд. / И.Я. Сокол, Е.А. Ульянин, Э.Г. Фельдгандлер и др. М.: Металлургия. 1989.
2. Гуляев Б. Б. Синтез сплавов. М.: Металлургия, 1984.
3. Браун М.П. Микролегирование стали. Киев: Наукова думка, 1982.
4. Браун М.П., Матювенко Н. И. Аналитический расчет поверхностной активности ниобия, циркония и лантана// Редкоземельные металлы и сплавы. М.: Наука, 1971. С. 73-75.
5. Браун М.П., Александрова В. П., Тихоновская Л. Д. Микролегирование литых жаропрочных сталей. Киев: Наукова думка, 1974.
