ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Легированные жаропрочные и жаростойкие стали из "Металлы и расчет на прочность котлов и трубопроводов Издание 3 " Легирующие элементы могут растворяться в железе, образовывать карбиды и интерметаллические соединения и входить в состав включений, не взаимодействуя с кристаллами железа, а также с углеродом. В зависимости от того, как взаимодействует легирующий элемент с железом и углеродом, он по-разному влияет на свойства стали. [c.62] В феррите в большей или меньшей степени растворяются все легирующие элементы. Растворение легирующих элементов в феррите приводит к упрочнению стали без термической обработки. При этом твердость и временное сопротивление возрастают, а ударная вязкость обычно снижается. Только хром в количестве до 1 % и никель повышают ударную вязкость феррита. Никель оказывает наиболее эффективное действие одновременно с упрочнением феррита резко повышает его ударную вязкость при комнатных и, особенно, при минусовых температурах. [c.62] Все элементы, растворяющиеся в железе, изменяют устойчивость феррита и аустенита . По характеру влияния на полиморфные превращения все элементы могут быть разделены на две группы. Элементы первой группы никель, марганец, медь, азот — расширяют область устойчивого состояния аустенита. При содержании этих легирующих элементов выше определенного количества сталь в интервале от комнатной температуры до перехода в жидкое состояние имеет структуру легированного аустенита. Такая сталь называется аустенитной. [c.62] Элементы второй группы повышают устойчивость феррита. Ко второй группе относятся хром, кремний, молибден, ванадий, вольфрам, титан, ниобий и алюминий. При содержании элементов второй группы выше определенного количества сталь в интервале температур от комнатной до перехода в жидкое состояние имеет структуру легированного феррита. Такая сталь называется ферритной. [c.62] Температура полиморфных превращений в легированной стали изменяется в зависимости от того, какие легирующие элементы и в каких количествах присутствуют в ней. Поэтому при выборе температур нагрева под закалку, нормализацию, отжиг или отпуск необходимо учитывать смещение критических точек — температур, при которых наблюдаются полиморфные превращения. Критические точки различных легированных сталей приведены в справочниках по термической обработке и в справочниках по котлотурбинным сталям [125]. [c.62] При легировании стали карбидообразующими элементами в ее структуре образуются включения карбидов. Карбидообразующие элементы могут образовывать самостоятельные карбиды или замещать железо в цементите. При избытке карбидообразующих элементов по отношению к углероду эти элементы входят в твердый раствор. К карбидообразующим элементам относятся хром, вольфрам, ванадий, молибден, титан и ниобий. Включение карбидов упрочняет сталь и повышает ее твердость. [c.63] Легирующие элементы оказывают большое влияние на распад аустенита. Все элементы, кроме кобальта, замедляют распад аустенита и повышают тем самым прокаливаемость. [c.63] Легирующие элементы не изменяют природы мартенситного превращения, но они влияют на температуру начала и конца этого превращения. Большинство легирующих элементов снижает температуру начала мартенситного превращения, особенно марганец. Алюминий и кобальт представляют исключения они повышают температуру начала мартенситного превращения тИн. Кремний почти не влияет на нее. Под влиянием легуриющих элементов снижается также температура конца мартенситного превращения М . [c.63] Легирующие элементы не оказывают заметного влияния на превращения, происходящие в закаленной стали при температуре ниже 150° С, но они сильно замедляют превращения, происходящие при температуре выше 150° С. Смесь карбида и цементита с растворенными в нем карбидообразующими элементами менее склонна к коагуляции, чем чистый цементит. Карбидообразующие элементы особенно сильно замедляют превращения, происходящие при отпуске. Легирующие элементы, не образующие карбидов, также затрудняют отпуск закаленной стали, но влияние их обычно слабее. Наиболее сильно из элементов, не образующих карбидов, влияет кремний. Легированный мартенсит устойчивее нелегированного. Поэтому отпуск закаленной стали производят при более высоких температурах и при более длительных выдержках. [c.63] Таково в общих чертах влияние легирующих элементов на структуру и свойства легированных сталей. [c.63] Стали с большим содержанием хрома (более 12%) при очень малом содержании углерода (0,08%) в отличие от углеродистых и низколегированных сталей при нагреве вплоть до температуры плавления не изменяют своей ферритной структуры, так как хром делает устойчивой объемно-центрированную решетку а-железа. [c.64] Такие стали относятся к ферритному классу. Для измельчения зерна они не могут быть подвергнуты перекристаллизации. При работе конструкций, изготовленных из этих сталей, в условиях высоких температур наблюдается интенсивный рост зерна, в результате чего снижаются пластичность стали и ее способность восприни.мать динамические нагрузки. Первоначальные механические свойства не могут быть восстановлены термической обработкой. Стали ферритного класса нельзя закалить на мартенсит. [c.64] Никель, дорогой и дефицитный легирующий эле.мент, вводится в аустенитные жаропрочные стали в количестве не менее 9% для получения аустенитной структуры. Вместе с никелем вводится хром. Для снижения склонности к меж-кристаллит.ной коррозии в аустенитные стали вводится титан и ниобий, которые связывают практически весь углерод в термически устойчивые карбиды. Избыточное содержание титана и ниобия приводит к образованию интерметаллических соединений и, как следствие, к охрупчиванию стали. Никель повышает коррозионную стойкость аустенитных сталей. В перлитную сталь, идущую для изготовления барабанов, вводится никель в количестве около 1% для повышения предела текучести и улучшения сопротивлению хрупкому разрушению. [c.64] Ванадий способствует повышению прочности в услов ях длительной эксплуатации при высоких температурах. Ванадий измельчает зерно стали и образует очень устойчивые карбиды. Присадка ванадия в количестве более 0,2—0,4% снижает окалиностойкость. [c.64] Кремний и алюминий вводятся обычно совместно или раздельно для повышения окалиностойкости хромистых сталей. На поверхности детали образуется прочная пленка сложного оксида железа, хрома, кремния и алюминия, отличающаяся хорошими защитными свойствами. [c.64] Бор вводится в сталь в небольшом количестве (0,002—0,005%) для повышения прочности при высоких температурах. Присадка бора ухудшает свариваемость сталей. [c.64] Титан и ниобий в малоуглеродистых сталях снижают склонность к охрупчиванию из-за образования мартенсита, так как связывают углеродом труднорастворимые карбиды, тем самым понижая содержание углерода в аустените. [c.64] Вольфрам вводится в аустенитные стали для повышения жаропрочности. Вольфрам дорог и дефицитен. [c.65] Вернуться к основной статье