Курс «Основы выбора и применения материалов для трубопроводной арматуры»

Табл. 1.1. Характеристики ликвации элементов в опытных сталях

В сталях с 8 % хрома обнаруживаются зоны совместной ликвации марганца, никеля и ванадия в межосных участках. С ростом содержания хрома происходит выравнивание концентрации марганца и при 13 % хрома оно становится практически равномерным. Однако при этом сильно проявляется ликвация серы по границам дендритов. При низком содержании хрома выделения серы подавляются за счет повышения содержания раскислителя – марганца в зернограничных участках. Фосфор в хромомарганцевых сталях ликвирует мало.

Вязкие и пластические свойства сильно зависят от степени развития химической неоднородности. Высокая ударная вязкость сталей с низким содержанием хрома объясняется формированием благоприятной гетерогенной структуры, образованной из переплетенных более прочных осей и пластичных межосных участков дендритов. Ликвация ванадия, хотя и приводит к измельчению дендритной структуры, однако, пластичность и вязкость при этом падает из-за хрупкости ликвационных зон. Если в них присутствует никель, то отрицательное воздействие ванадия уменьшается, а значения KCV при 20К поднимаются на 50–60 Дж\см². В сталях с азотом ударная вязкость и пластичность нетермообработанных образцов мала из-за хрупкости областей его сегрегаций.

Рост вязких и пластических характеристик после закалки обусловлен размыванием пиков ликвации азота и его более благоприятным распределением. Совместная ликвация ванадия и азота приводит к образованию карбонитридов, измельчению зерна и уменьшению хрупкости, вносимой азотом. Возрастание значений пластичности и вязкости после закалки в сталях с равномерным распределением легирующих, в частности в сталях с 13 % хрома, происходит за счет растворения части сульфидов марганца и уменьшения сегрегаций по примесям внедрения. Во всех случаях ударная вязкость стали 12Х18Н10ТЛ при криогенных температурах низка, прежде всего, потому, что закалка практически не уменьшает количество и протяженность видимых на шлифе сульфидных плен.

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛИТЫХ СТАЛЕЙ

Существуют области составов, обладающих высокими показателями механических свойств при криогенных температурах и в литом состоянии. Высокая прочность литых сталей достигается в области составов 8%Cr-20%Mn, высокая низкотемпературная вязкость при легировании 8%Cr-28%Mn, оптимальное сочетание прочностных, пластических, вязких свойств и коррозионной стойкости в сталях состава 13%Cr-28%Mn.

В связи с общей тенденцией вводить азот в хромомарганцевые стали, следует отметить его роль в литых сталях. Введение азота позволяет увеличить предел текучести исследованных литых сталей до 460–520 МПа при комнатной температуре, однако, из-за его резко отрицательного влияния на пластичность, вязкость и энергоемкость деформации и разрушения при криогенных температурах и литейные свойства, легирование им должно быть ограничено.

На формирование свойств заметное влияние оказывает дендритная ликвация. Ее вредное влияние связано с ликвацией примесей внедрения и серы, положительное обусловлено формированием неравномерного распределения легирующих элементов по дендриту. Дендритная структура оказывает отрицательное влияние при неблагоприятном расположении неметаллических включений и сульфидных плен. Уменьшение ликвации вредных примесей и получение неравномерного распределения элементов в структуре обеспечивает ударную вязкость литой стали при 20К до 130 Дж\см².

Представленные положения и результаты исследований позволяют предсказывать составы сталей, которые могут быть использованы в литых деталях криогенной технике и гарантировать надежность и работоспособность сталей при криогенных температурах.

Для практики исследования литых сталей важно пояснить и некоторые особенности методологии исследования литых сталей. Исследования должны быть комплексными, дающими возможность оценить все возможные влияющие факторы. Это означает, что изначально должны выбираться такие методы исследований, которые бы показали полноту и всесторонность исследований и давали бы возможность перекрестной проверки и уточнений. Часто при этом нужно предусматривать, какие исследования должны быть запланированы по результатам основных испытаний механических свойств, или какие методики испытаний или экспериментов должны быть скорректированы по данным анализа литературных данных или данных, полученных от других исследователей.

Получаемые практические данные исследований должны быть хорошо фиксированными. Это особенно выражается в умении вести лабораторные журналы исследований, планировать их, проводить последовательно, когда каждый из этапов дает возможность уточнить особенности проведения следующего этапа.