Влияние отпуска на свойства котельной стали p460nl1 Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ

Вип. №20

Серiя: Техшчш науки

2010 р.

УДК 621.78:669.018.29

Рябикина М. А.1, Ткаченко Ф. К.2, Ставровская В. Е.3, Галковская Е. А.4

ВЛИЯНИЕ ОТПУСКА НА СВОЙСТВА КОТЕЛЬНОЙ СТАЛИ P460NL1

В статье выполнен анализ механических свойств котельной стали P460NL с различным содержанием ванадия. Для получения требуемого уровня значений работы удара в плавках с содержанием V=0,1-0,2% предложен отпуск после нормализации.

Ключевые слова: сосуды высокого давления, работа удара, отпуск, карбиды ванадия.

Рябжша М.А., Ткаченко Ф.К., Ставровська В.€., Галковська К.А. Вплив eidnycKy на влаcтивоcтi котельно1 cmaMi P460NL. У статт1 виконаний анал1з мехатчних властивостей котельног стал1 P460NL з р1зним вм1стом ванад1ю. Для здобуття необх1дного р1вня значень роботи удару в плавках iз вм1стом V=0,1-0,2% запропонований вiдпуск тсля нормалiзацiг.

Ключовi слова: судини високого тиску, робота удару, вiдпустка, карбiди ванадiю.

Ryabikina M.A., Tkachenko F.K., Stavrovskaya V.E., Galkovskaya E.A. Effect of tempering on the properties of boiler steel P460NL. In the article analysis of mechanical properties of boiler steel P460NL with different vanadium contentwas performed.. To obtain the required values of impact energy in steel, tempering after normalizing wassuggested.

Keywords: pressure vessel, impact energy, tempering, vanadium carbide.

Постановка проблемы. Исследования в данной статье выполнены на котельной стали P460L1 с ванадием. Ванадий, как известно [1], эффективно упрочняет феррит частицами VN и V(CN), но при этом отрицательно влияет на пластичность и вязкость стали. Снижение вязкости частично компенсируется введением Ni и измельчением зерна. В отдельных плавках нормализованной стали с содержанием ванадия на верхнем пределе не достигается требуемый стандартом EN 10028 уровень работы удара при отрицательных температурах испытания.

Анализ последних исследований и публикаций. Теоретические и прикладные проблемы обеспечения высокой прочности, пластичности и вязкости ВПНЛ сталей исследованы во многих работах известных отечественных и зарубежных ученых. Весомый вклад в решение этого вопроса внесли: Матросов Ю.И., Одесский П.Д., Эфрон Л. И., Ф.Б. Пиккеринг, Т. Сакума и др.

Для достижения требуемых свойств ВПНЛ сталей используют сложные системы микролегирующих добавок при четко выраженной тенденции снижения концентрации углерода в металле. Содержание Ti, Nb и V должно быть точно увязано с содержанием С и N. Важным аспектом является обеспечение металлургической чистоты сталей. Применяют современные упрочняющие технологии производства - контролируемую прокатку с последующим ускоренным охлаждением.

Цель статьи - разработка режима термической обработки, обеспечивающего повышение уровня работы удара котельной стали P460NL1.

Изложение основного материала. В работе исследована листовая сталь P460NL1 для сосудов высокого давления, которая производится в условиях ОАО «МК «Азовсталь». Требуемый химический состав, %: Cmax=0,2; Mn=1,0-1,70; Simax=0,60; Pmax=0,025; Smax=0,015; А1р_ртт=0,02; Cw=0,30; Мотах= 0,10; Cu=0,3-0,7; Nw=0,8; Nb=0,02-0,05; Tw=0,03; Vmax=0,2; (Nb+Ti+V)=0,22. Требования стандарта DIN EN 10028 к механическим свойствам листов

1 канд. техн. наук, доцент, Приазовский государственный технический университет, г. Мариуполь

2 д-р техн. наук, профессор, Приазовский государственный технический университет, г. Мариуполь

3 инженер термического сектора прокатной лаборатории ИТЦ ОАО «МК «Азовсталь»

4 студентка, Приазовский государственный технический университет, г. Мариуполь

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ

Вип. №20

Серiя: Технiчнi науки

2010 р.

толщиной <60 мм: о0,2 >460 МПа, оВ=570-720 МПа, 55>17 %, КУ_20>35 Дж, КУ_40>27 Дж. Термическая обработка проката - нормализация от 910 ° С, которая выполняется в проходных роликовых печах стана 3600. Статистика механических свойств листовой стали P460NL1 толщиной менее 60 мм в поперечном направлении приведена в таблице 1. Объем выборки составил 605 плавок.

Таблица 1

Статистика механических свойств

00,2, МПа Ов, МПа 55, % КУ_20, Дж

Диапазон значений 420-600 580-760 11-33 20-198

Среднее значение 485 670 22 109

Установлено, что увеличение содержания V в пределах плавочного состава приводит к увеличению прочности на ~20-30 МПа, при этом в отдельных плавках стали P460NL1 содержанием V на верхнем пределе значения работы удара получаются неудовлетворительными. После нормализации структура стали - феррит + перлит, в отдельных случаях с участками бейнитной составляющей. Номер зерен феррита по шкале ASTM - 9-10.

Лабораторные исследования выполнены на карточках толщиной 29 мм. Химический состав стали приведен в таблице 2. Сталь P460NL1 подвергалась термической обработке: нормализации от 900 ° С, туд=1,5 мин/мм и нормализации + отпуск при температурах 600, 650 и 700 °С, Туд=3,5 мин/мм. Образцы для испытания на растяжение и ударные испытания по Шарпи с V -образным надрезом были взяты в поперечном направлении.

Таблица 2

Химический состав (%) исследованной стали

С Мп Si S р Сг № Си А1 ТС Мо № V N С ^экв.

0,17 1,58 0,23 0,003 0,013 0,03 0,67 0,02 0,034 < 0,005 < 0,01 0,045 0,13 0,005 0,50

На рисунке 1 представлены свойства стали P460NL1 толщиной 29 мм после нормализации и отпуска. Как видно, после нормализации о0,2 =510 МПа и оВ=690 МПа. Отпуск при 600 ° С вызывает снижение оВ до 663 МПа, при этом о0,2 незначительно возрастает до 518 МПа. После нормализации и отпуска при 650 °С о0,2 =523 МПа и оВ=640 МПа. С увеличением температуры отпуска в интервале 600-700 °С о0,2 изменяется незначительно, а - оВ более существенно (падение на ~30 МПа) и составляют о0,2 =507 МПа и оВ=634 МПа при 700°С. Предел прочности оВ характеризует степень упрочнения металла при пластической деформации. По мере повышения температуры отпуска интенсивность упрочнения ослабевает, что обусловлено уменьшением дисперсности структуры при повышении температуры отпуска.

Испытания показали, что после нормализации 5=21 %, в результате отпуска при 600-700°С 5 повышается до 26 %.

Работа удара нормализованной стали P460NL1 при температуре испытания -20 °С составила 30 Дж. В результате отпуска при температуре 600 °С КУ_20 повысилась на ~35 Дж и составила 67 Дж. Отпуск при 650 и 700°С вызывает дальнейшее повышение работы удара. Например, для листов толщиной 29 мм после отпуска на максимальную температуру КV_20 «140 Дж.

Во время отпуска происходят процессы сфероидизации карбонитридных частиц в феррите, возврат и рекристаллизация ферритной матрицы. С увеличением температуры отпуска ванадий, обладающий большим сродством к углероду, может замещать железо в карбиде Fe3C, при этом возможное снижение количества карбидов составит приблизительно ~ 3 раза. Все эти процессы положительно влияют на величину работы удара. В работе [1] установлено, что в стали P460NL1 после нормализации и отпуска размер частиц V(CN) и № (СЭД составляет 10-40 нм, они имеют округлую форму и равномерно распределяются в ферритной матрице, в то время, как после нормализации или ускоренного охлаждения форма частиц V(CN) пластинчатая [2,3].

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2010 р. Серiя: Техшчш науки Вип. №20

Рисунок - Влияние температуры отпуска на свойства нормализованной стали P460NL1

Подобные исследования выполнены также на карточках из стали P460NL1 с V=0,064 % толщиной 45 и 32 мм, в результате которых были получены аналогичные зависимости. После нормализации и отпуска при 600 оС работа удара листов толщиной 45 мм составила КУ_20=180, КУ40=140 и К^50=120 Дж.

Промышленные испытания показали, что в стали P460NL1 с V (0,10-0,13%) после нормализации от 900 °С и последующего отпуска при 600-650 °С значения КУ_20 составляют 70-140 Дж. По сравнению с нормализованным состоянием работа удара в стали P460NL1 с V> 0,1 % возрастает в ~2 раза.

Выводы

1. Установлено, что в стали P460NL1 с содержанием V в количестве 0,10-0,13%, после нормализации от 900 °С уровень работы удара при отрицательных температурах испытания не соответствуют требованиям DIN EN 10028.

2. Результаты проведенных исследований показали, что нормализация от 900 °С с последующим отпуском при 600 - 650 °С позволяет получить значения работы удара KV_ 20 в пределах 70-140 Дж с сохранением прочности на уровне о0,2 >460 МПа.

Список использованных источников:

1. Zhang Yongjia. Research and Production of V-Cu-Ni Series High-strength Steel for Pressure Vessel // Bao Steel Research Institute, Shanghai. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: // www. vanitec .org.

2. Liu Yong, Zhang Zhongping, She Guangfu. Analysis on Vanadium Impact on Metallographic Transitions of HSLA Steel // International Seminar 2005 on Application Technologies of Vanadium in Flat - Rolled Steels.

3. Yang Caifu, Zhang Vongquan. Applications on V-N Microalloying technology in HSLA Steels // Iron and Steel. - 2002. - 37 (11) - P. 42-47

Рецензент: А. М. Скребцов д-р техн. наук, проф., ПГТУ

Статья поступила 14.04.2010