Научная статья на тему 'Влияние температуры отпуска на механические свойства стали 10х9в1м1фбр'

Влияние температуры отпуска на механические свойства стали 10х9в1м1фбр Текст научной статьи по специальности «Производство черных металлов и сплавов»

CC BY
1195
56
Поделиться
Ключевые слова
стали мартенситного класса / отпуск / микроструктура / механические свойства

Похожие темы научных работ по металлургии , автор научной работы — Кипелова А.Ю., Однобокова М.В., Дудзич И.В.,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Влияние температуры отпуска на механические свойства стали 10х9в1м1фбр»

УДК 669.15-194.55:621.785.7

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОТПУСКА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ 10Х9В1М1ФБР А.Ю. Кипелова, М.В. Однобокова, И.В. Дудзич

Белгородский государственный университет ул.Победы, 85, г.Белгород, 308015, Россия, e-mail: kipelova@bsu.edu.ru

Изучено влияние термической обработки на статические механические свойства стали 10Х9В1М1ФБР.

Ключевые слова: стали мартенситного класса, отпуск, микроструктура, механические свойства.

1. Введение

В последние десятилетия высокохромистые жаропрочные стали мартенситного класса рассматриваются как перспективные материалы для компонентов энергоблоков электростанций нового поколения, работающих на угле [1, 2]. В настоящее время за рубежом разработан целый ряд жаропрочных сталей мартенситного класса, работающих при температурах пара < 620°С. Их режим термической обработки представляет собой нормализацию с последующим отпуском. Параметры структуры, формирующиеся в сталях мартенситного класса при отпуске, определяют весь комплекс механических свойств теплотехнических сталей. Соответственно, результаты детальных исследований процессов, происходящих при отпуске в сталях мартенситного класса, позволят разработать оптимальные режимы термообработки, так как дадут необходимую информацию для управления их структурой и механическими свойствами. В свою очередь, это позволит существенно повысить эксплуатационные свойства жаропрочных сталей мартенситного класса.

Целью настоящей работы является определение зависимости механических свойств стали 10Х9В1М1ФБР от температуры отпуска.

2. Методика проведения исследований

Была исследована жаропрочная сталь 10Х9В1М1ФБР следующего химического состава (% массы): 0,13С, 9,5Cr, 0,95W, 1,04Mo, 0,2V, 0,06Nb, 0,05N, 0,005B, 0,03Mn, 0,01Ni,

0,12Si, 0,01P, 0,01S, вся остальная доля массы - Fe. Образцы подвергали нормализации от 1060°C и отпуску в интервале температур 200 - 800°C в течение 3 ч. Определяли влияние температуры на характеристики статической прочности и пластичности. Для этого образец после отпуска при заданной температуре в обычной печи охлаждали. Затем его заново нагревали до этой же температуры в печи универсальной испытательной машины "Instron 5882" и испытывали на растяжение со скоростью деформации 1 • 10-3с-1.

Использовались плоские образцы с рабочей частью длиной 25 мм и поперечным сечением 7 • 3 мм.

Для экспериментируемых образцов определялось влияние температуры отпуска на их твёрдость при комнатной температуре. Твёрдость по Бринеллю измерялась с помощью цифрового твёрдомера фирмы Wolpert 3000BLD при нагрузке 29400 Н с применением шарика диаметром 10 мм из твёрдого сплава. Анализ тонкой структуры образцов осуществлялся с использованием просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) Jeol

"JEM-2100" с ускоряющим напряжением 200 кВ. Определение характеристик структуры мартенсита выполняли с использованием сканирующего электронного микроскопа FEI "Quanta 600F" , оснащённого анализатором дифракции обратно рассеянных электронов. По данным дифракции обратно рассеянных электронов, строили карты разориентировок с учётом угловых разориентировок выше 2°.

3. Исходная микроструктура

Микроструктура, сформировавшаяся в стали 10Х9В1М1ФБР после нормализации от 1060°С, показана на рис. 1. По данным дифракции обратно рассеянных электронов, 55% разориентировки границ являются высокоугловыми (рис. 1а), при этом 20% границ имеют кристаллографические параметры, которые в соответствии с критерием Брэндона позволяют отнести их к специальным границам. Средний угол разориентировки границ составил 32°. Нужно отметить, что представленные данные по доле высокоугловых границ несколько завышены, поскольку при построении карт разориентировок не учитывали малоугловые границы с разориентировкой менее 2°.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Тонкая структура стали 10Х9В1М1ФБР представлена на рис. 1б. Поперечный размер реек пакетного мартенсита составляет около 200 нм. Внутри реек мартенсита наблюдается высокая плотность дислокаций - 9 • 1014 м-2. После закалки наблюдаются пластины карбида типа Me3C, выделившегося в процессе самоотпуска. Кроме того, электронномикроскопическое исследование выявило как первичные, так и вторичные карбонитриды круглой формы типа Nb(C,N). Вторичные карбонитриды типа Nb(C,N) располагаются равномерно по объему стали.

Рис. 1. Карта разориентировок (а) и микроструктура (ПЭМ) (б) стали 10Х9В1М1ФБР после нормализации от 1060°С. Границы с разориентировкой менее и более 15° показаны соответственно белым и черным цветом.

4. Механические свойства

Влияние температуры отпуска на твёрдость показано на рис. 2а. Видно, что повышение температуры отпуска приводит к увеличению твёрдости, которая достигает своего максимума при 500°С. Твёрдость образца после отпуска при этой температуре на 5% выше, чем

после нормализации, т.е. сталь 10Х9В1М1ФБР ведёт себя как классическая дисперсионно-упрочняемая сталь - проявляет как первичную, так и вторичную твёрдость. Дальнейшее повышение температуры приводит к непрерывному уменьшению твёрдости. После отпуска при 760°С она уменьшается почти в 2 раза по сравнению с максимумом при 500°С. Твёрдость снижается до 218 ИБШ, что является максимальной величиной, при которой теплотехническая сталь обладает удовлетворительной свариваемостью и может эксплуатироваться [3]. Следовательно, температура отпуска 760°С при выдержке 3 ч обеспечивает оптимальное значение твёрдости для стали 10Х9В1М1ФБР.

Температурная зависимость предела текучести о0,2 и временного сопротивления разрыву о в представлена на рис. 2б. В интервале температур испытания 200 - 400°С в стали 10Х9В1М1ФБР наблюдается позитивная температурная зависимость условного предела текучести: повышение температуры деформации способствует повышению напряжений течения. Это достаточно редкий для металлических материалов феномен [4, 5]. Причём, при 400°С величина о0,2 = 960 МПа, что достаточно много для стали, содержащей всего

0,13% С.

Рис. 2. Зависимость твёрдости HBW (а) от температуры отпуска и зависимость механических характеристик (ав, 00,2) от температуры отпуска и испытаний (б)

При дальнейшем повышении температуры испытаний от 525 до 800°С начинается резкое снижение характеристик прочности (рис. 2б). Следует отметить, что почти при всех температурах испытаний Ь < 575°С отношение о в/ о0,2 > 1,3, а при Ь > 575°С оно становится близко к 1. Следовательно, повышение температуры испытаний в интервале 575-800°С уменьшает величину деформационного упрочнения.

5. Выводы

1. Нормализация от 1060°С приводит к образованию пакетного мартенсита с поперечным размером реек 200 нм и плотностью дислокаций 9 • 1014м_2.

2. Температура отпуска 760°С при выдержке 3 ч обеспечивает оптимальное значение твёрдости для стали 10Х9В1М1ФБР.

Работа выполнена на оборудовании Центра коллективного пользования научным оборудованием Белгородского государственного университета при финансовой поддержке Федерального агентства по образованию, в рамках государственного контракта № П846.

Литература

1. Vaillant J.C., Vandenberghe B., Hahn B., Heuser H., Jochum C. // T/P23, 24, 911 and 92: New grades for advanced coal-fired power plants-properties and experience // Inter. J. Press. Vess. Pip. - 2008. - 85. - P.38-46.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Ennis P.J., Czyrska-Filemonowicz A. Recent Advances in Creep Resistant Steels for Power Plant Applications // Operation Maintenance Mater. Issue. - 2002. - 1;1. - P.1-28.

3. Haarmann K., Vaillant J.C., Vandenberghe B. Bendick W., Arbab A. Vallourec & Man-nesmann Tubes. The T91/P91 book. - 2002. - P.62.

4. Couret A., Caillard D. Prismatic slip in beryllium. I. The controlling mechanism at the peak temperature // Phil. Mag. A. - 1989. - 59;4. - P.783-800.

5. Кипелова А.Ю., Беляков А.Н., Скоробогатых В.Н., Щенкова И.А., Кайбышев Р.О. Структурные изменения при отпуске в стали 10Х9К3В1М1ФБР и их влияние на механические свойства // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2010. -657;3. - C.14-25.

INFLUENCE OF TEMPERING TEMPERATURE ON 10Kh9V1M1FBR STEEL MECHANICAL PROPERTIES A.Yu. Kipelova, M.V. Odnobokova, I.V. Dudzich

Belgorod State University Pobedy St., 85, Belgorod, 308015, Russia, e-mail: kipelova@bsu.edu.ru

The result of heat treatment on static mechanical properties of 10Kh9V1M1FBR steel was studied. Key words: martensitic steels, tempering, microstructure, mechanical properties.