ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Способы борьбы с отпускной хрупкостью из "Обратимая отпускная хрупкость стали и сплавов железа " Поскольку на развитие обратимой отпускной хрупкости существенно ВЛИЯЮТ химический состав стали, в частности, содеркание как примесных, так и легирующих элементов, и ее термическая обработка, меры борьбы с охрупчиванием включают воздействие на эти факторы и состоят соответственно этому из трех основных групп контроля и ограничения содержания примесных элементов специального легирования и ограничения концентраций легирующих элементов ослабления отпускной хрупкости методами теомической обработки. [c.188] Контроль и ограничение содержания примесных элементов предполагают такие меры как использование чистых шихтовых материалов при выплавке стали с целью снижения концентраций традиционных охрупчивающих примесей - фосфора, сурьмы, олова, мышьяка применение углеродного раскисления в вакууме и специальных методов переплава для снижения содержания кремния и марганца в сталях, не легированных этими элементами специально использование эффектов конкурентной сегрегации, т.е. микролегирование сплавов примесями, вытесняющими в результате их зернограничной сегрегации охрупчивающие элементы с границ зерен, но не вызывающими ослабления межзеренной когезии. [c.189] Специальное легирование сплавов и ограничение концентраций легирующих элементов направлено на снижение диффузионной подвижности охрупчивающих примесей ослабление эффектов совместной сегрегации легирующих и примесных элементов связывание охрупчивающих примесей в стабильные химические соединения образование дисперсных термически стойких включений, тормозящих рост аустенитного зерна обострение конкуренции между опасными и полезными примесями. [c.189] Закономерности влияния перечисленных факторов, связанных с химическим составом и термической обработкой, на ослабление отпускной хрупкости стали и сплавов на основе железа рассмотрены в гл. I. Поэтому здесь лишь кратко рассмотрим возможности и эффективность принятия перечисленных мер. [c.189] Использование чистых шихтовых материалов. Анализ экспериментальных данных по влиянию различных примесей на отпускную хрупкость показал (см. гл. ), что основной вклад в охрупчивание промышленных конструкционных сталей (хромомолибденовых, хромоникельмолибденовых и других) дает фосфор. В Сг - N1 - Мо — V сталях заметное охрупчивающее влияние может оказывать олово. Значительно менее важную роль, чем фосфор и олово, играют сурьма, мышьяк, медь. [c.189] При использовании сталей, выплавленных из чистых по примесям шихтовых материалов, следует учитывать, что прокаливаемость таких сталей, как правило, ниже, чем у сталей с обычным, содержанием примесей [151, 295]. Поэтому концентрации основных легирующих элементов и технология термической обработки чистых сталей должны выбираться с учетом этого обстоятельства. [c.190] Во-первых, кремний обычно вводят в сталь для раскисления, поэтому для предотвращения снижения металлургического качества стали уменьшение его содержания должно быть компенсировано какими-либо другими столь же эффективными раскислителями. В последнее десятилетие все большее распространение получает опыт производства высококачественных конструкционных сталей с очень низким (0,01 — 0,03 %) содержанием кремния путем использования в качестве раскис-лителя углерода, вводимого в процессе разливки стали в вакууме. Выплавленные с применением углеродного раскисления в вакууме Сг - Мо и Сг — N1 — Мо стали имеют весьма высокую стойкость к отпускной хрупкости [77, 79, 91]. В то же время эти стали достаточно полно раскислены и поэтому характеризуются высоким металлургическим качеством, что позволяет использовать их для изготовления таких деталей, как, например, оси ротора турбины низкого давления массой 247 т [79]. Для еще большего снижения склонности роторных сталей к отпускной хрупкости рекомендуется [302] в технологии получения бескремнистой стали предусмотреть и максимально возможное уменьшение концентрации марганца, что требует проведения глубокой десульфурации стали (до уровня 0,001-0,002 % 5). [c.191] Во-вторых, наличие даже сравнительно небольшого количества кремния в стали ( 0,2—0,4 %) заметно влияет на ее прокаливаемость и прочностные свойства, и уменьшение содержания кремния может привести к их недопустимому снижению. Поэтому потеря прочности, обусловленная снижением концентрации кремния, должна быть компенсирована дополнительным введением элементов, повышающих прочность стали. Так, для сохранения требуемого уровня прочностных свойств стали А508 (класс 4), используемой для изготовления сосудов высокого давления [77], содержащей при обычной выплавке (сраскислением кремнием) 0,16 % С 3,1 % N1 1,65 % Сг 0,5 % Мо, оказалось достаточным в случае углеродного раскисления в вакууме повысить содержание углерода до 0,18 % и никеля до 3,76 %. Концентрация кремния при этом снизилась от 0,24 до 0,03 %, что позволило значительно уменьшить склонность стали к отпускной хрупкости [77]. Потеря про-каливаемости при снижении содержания кремния может быть компенсирована и другими элементами, вводимыми дополнительно при раскислении, например, смесью алюминия и бора, как показано [293] при разработке технологии производства толстолистовой хромомолибденовой стали с высокой стойкостью к отпускной хрупкости. [c.191] Использование эффектов конкурентной сегрегации. В соответствии с моделями конкурентной сегрегации [99] и совместной сегрегации [47] представляется возможным ввести в сталь примеси, обладающие достаточно высокой поверхностной активностью по отношению к границам зерен (т.е. снижающие свободную энергию границ) и не уменьшающие при этом энергию свободной поверхности, т.е. адсорбирующиеся на границах зерен, но не ослабляющие межзеренное сцепление. Такие примеси при определенной термической обработке могли бы либо вытеснять с границ зерен охру тчивающую примесь, либо вообще предотвращать ее зернограничную сегрегацию. [c.192] Такими полезными добавками в сплавах на основе железа являются (см. гл. II) бор, углерод и некоторые другие элементы. Так, введение 0,004 % бора в углеродистую сталь, содержащую 0,2 % (ат) позволило вдвое снизить концентрацию фосфора на границах аустенитных зерен [301]. Имеются данные [99, 124], свидетельствующие о том, что, например, углерод при определенных концент зациях действительно способен ликвидировать отпускную хрупкость в тройных сплавах Ре — Р — С (см. гл. I, II). Однако в случае легированных конструкционных сталей, уже содержащих 0,1-0,5 % С, дальнейшее повышение его концентрации не приводит к снижению склонности к отпускной хрупкости [6]. Попытки введения в сталь других полезных примесей (например, бора или бериллия) также не дали желаемого результата. Возможно, это обусловлено тем, что различньге добавки такого рода по адсорбционной активности на границах зерен и положительному влиянию на энергию межзеренного сцепления а-железа значительно уступают углероду — наиболее полезной примеси, уже присутствующей в сталях в концентрациях, достаточных для насыщения твердого раствора. [c.192] Таким образом, попытки борьбы с отпускной хрупкостью сталей, основанные на использовании эффекта адсорбционного вытеснения с границ зерен фосфора и его аналогов специально вводимыми полезными добавками из твердого раствора, представляются малоперспективными. [c.192] Как показано в большом количестве работ (см. гл. I, II), таким элементом является молибден, введение которого в сталь в количестве 0,3—0,6 % значительно тормозит развитие отпускной хрупкости. Аналогичное действие оказывает и вольфрам в хромоникелевых и хромомарганцовистых сталях, но оптимальное содержание этого дефицитного элемента еще больше, чем у молибдена, и составляет 1,1-1,6 %, а развитие хрупкости тормозится не столь эффективно как молибденом. Как считают Хондрос и Си [32], маловероятно, что для сплавов на основе железа можно найти другие добавки, снижающие подвижность фосфора, олова и сурьмы и не оказывающие вредного влияния на другие свойства сплавов. [c.193] Что касается эффективности легирования сталей молибденом, то необходимо отметить следующее. Детали диаметром 1,5 м и массой 1(30— 300 т (например, ротора мощных турбин из Сг — Мо или Сг — N1 — Мо сталей) подвергаются настолько жестким охрупчивающим воздействиям (в процессе изготовления — охлаждению после высокого отпуска со скоростью 2 З С/ч, а в процессе эксплуатации выдержкам длительностью 10 —10 ч при температурах развития хрупкости), что степень охрупчивания достигает сотен градусов [4, 9, 107], почти так же велика как и у сталей без молибдена. Дополнительным введением молибдена в сталь сверх 0,6—0,7 % снизить склонность этих сталей к охрупчиванию не удается, более того - это приводит к усилению хрупкости [102, 103]. Кроме того, тормозящее процесс охрупчивания действие молибдена постепенно ослабевает в течение длительных выдержек при повышенных температурах из-за его постепенного ухода из твердого раствора в образующиеся специальные карбиды. [c.193] Таким образом, легирование конструкционных сталей молибденом с целью ослабления отпускной хрупкости, по-видимому, исчерпало свои возможности и в настоящее время не является достаточно эффективным средством борьбы с охрупчиванием, развивающимся в процессе длительной эксплуатации деталей в опасном интервале температур. [c.193] Один из способов определения допустимых концентраций легирующих элементов в зависимости от требуемой стойкости к отпускной хрупкости, содержания примесей в стали и температурно-временных условий развития хрупкости рассмотрен в разделе 2. [c.194] Связывание охрупчивающих примесей в стабильные химические соединения, Представленные на рис. 24 данные по влиянию легирующих элементов на растворимость фосфора в а-железе показывают, что легирование железа, содержащего фосфор, может приводить к нескольким конкурирующим процессам. К ним относятся усиление зернограничной сегрегации фосфора при умеренном снижении его растворимости в железе, с одной стороны, и ослабление сегрегации из-за связывания растворенного фосфора при выделении фосфидов в результате очень сильного снижения растворимости фосфора с другой. К такому сильному снижению может приводить, например, легирование железа цирконием, титаном (см, рис. 24). В ряде работ показано [109, 241], что в случае низколегированных конструкционных сталей весьма эффективными добавками, связывающими охрупчивающие примеси в химические соединения и значительно ослабляющими склонность к отпускной хрупкости, являются редкоземельные элементы, в частности, лантан и церий. [c.194] Этот способ борьбы с отпускной хрупкостью представляется авторам [109, 241] весьма перспективным, однако его реализация применительно к массивным деталям большого сечения, изготавливаемым из крупных слитков, вызывает значительные затруднения. [c.194] По-видимому, для эффективного использования микролегирования стали редкоземельными элементами с целью снижения склонности к отпускной хрупкости деталей, изготавливаемых, из крупных слитков, необходима разработка оптимальных способов ввода редкоземельных металлов, обеспечивающих высокую степень усвоения и однородность их рабпределения по слитку. [c.195] Вернуться к основной статье