ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние легирующих элементов на хладостойкость сталей климатического холода из "Металловедение и технология металлов " работающие в условиях низких температур, должны обеспечивать необходимую прочность в сочетании с высокой вязкостью и пластичностью, обладать малой чувствительностью к концентраторам напряжений и низкой склонностью к хрупкому разрушению. Учитывая технологию изготовления изделий, работающих при низких температурах, такие стали долн ны обладать хорошей свариваемостью. [c.261] Ранее отмечалось, что при низкой температуре прочностные характеристики растут, а вязкость и пластичность падают. Поэтому при выборе стали для работы в этих условиях определяющими показателями будут прочность при высокой температуре эксплуатации (обычно комнатной), а вязкость и пластичность — при низкой температуре. [c.261] Механические свойства и работоспособность сталей, работающих при низких температурах, зависят от многих факторов. К ним прежде всего относятся тип кристаллической решетки, размер зерна и состояние его границ, содержание легирующих элементов и примесей, форма, размер, состав и количество неметаллических включений. Насыщение металла водородом увеличивает хрупкость стали. Сварка способствует росту зерна и дополнительному наводораживанию, что увеличивает хладноломкость сварных соединений. Кроме того, нагрев при сварке может способствовать фазовым превращениям и выделению примесей по границам зерен, что также повышает хрупкость стали. [c.261] Вязкость стали прн низких температурах зависит от технологии выплавки. При использовании вакуумирования, обработки жидкими шлаками, электрошлакового переплава вязкость растет. Это связано с уменьшением количества неметаллических включений, понижением концентрации вредных примесей и газов. Рациональная организация раскисления и введение малых добавок ниобия, ванадия и титана способствуют измельчению зерна, повышению прочности и вязкости стали. [c.261] Легирующие элементы оказывают влияние на размеры зерен, состояние их границ, количество, форму и распределение фаз в стали. [c.261] Эффективное упрочнение достигается за счет введения углерода, образующего твердые растворы внедрения. Однако его растворимость в феррите сравнительно невелика, что приводит к снижению упрочняющего эффекта. Высокая прочность мартенсита закалки сопровождается снижением вязкости и необходимостью проведения отпуска. При отпуске образуются карбиды, мартенсит обедняется углеродом и снижается действие твердорастворного механизма упрочнения. При этом, хотя и реализуется третий механизм упрочнения — дисперсными частицами второй фазы, образуются довольно крупные частицы цементитного типа в ферритной матрице. Эти частицы более тверды и хрупки, чем феррит-ная матрица, и при нагружении на поверхности раздела создается объемнонапряженное состояние, приводящее к образованию микротрещин. Принято считать, что увеличение в стали содержания углерода на каждые 0,1 % повышает порог хладноломкости на 20 градусов. [c.262] Снижение содержания углерода предотвращает образование при сварке в зоне термического влияния хрупких закалочных мартенситных структур. В свариваемых хладостойких сталях содержание углерода должно быть ниже 0,2 % и в структуре должно быть мало перлита (малоперлитные стали). [c.262] Введение в углеродистую сталь марганца до 2 % и кремния до 0,8 % упрочняет ферритную матрицу благодаря образованию твердого раствора замещения. Легирование марганцем измельчает зерно и увеличивает вязкость феррита, что повышает величину работы распространения трещины при низких температурах. [c.262] Легирование стали небольшими добавками титана, ниобия и ванадия до 0,1—0,15 % позволяет получать мелкодисперсные выделения второй фазы типа УС, Т]С, N5 (СЫ), V (СК), эффективно упрочняющие матрицу. Эти же элементы участвуют в упрочнении по первому механизму. Они способствуют измельчению зерна и снижают склонность стали к его росту. На границах зерен образуются дисперсные частицы карбидов и карбонитридов ниобия, титана и ванадия, тормозящие рост зерен при нагревании, Уве,тн-чение содержания этих элементов более 0,15 % значительно меньше сказывается на увеличении прочности, но одновременно повышает склонность стали к хрупкому разрушению. [c.262] Для повышения хладостойкости и свариваемости строительных сталей применяют малоперлитные стали с низким содержанием углерода с микролегированием сильными карбидообразующими элементами. [c.262] Механические свойства при 293 К, а также значения ударной вязкости при 233 и 203 К листового проката толщиной 10—25 мм из двух марок стали этой группы приведены в табл. 24. [c.263] Хром несколько повышает прочность стали и при содержании до 1 % увеличивает ее вязкость. Увеличение концентрации хрома более 1,5 % приводит к повышению порога хладноломкости. [c.263] Прочность стали может быть повышена при легировании медью за счет упрочнения твердого раствора, дополнительного измельчения зерна, а при более высоких концентрациях до 0,8 % за счет дисперсионного упрочнения. Одновременно может быть снижена критическая температура хрупкости. Однако стали с медью пока не получили ии1рокого распространения из-за опасности возникновения красноломкости. [c.263] Из всех легирующих элементов в наибольшей степени никель понижает хладноломкость стали. Никель и железо полностью растворимы друг в друге, имеют близкое кристаллическое строение решеток. Никель не является карбидообразующим элементом, он находится в твердом растворе в феррите или аустените. Никель упрочняет феррит и одновременно увеличивает его вязкость. Никель увеличивает прокаливаемость стали, измельчает зерно, а также снижает концентрацию примесей на дислокациях и уменьшает блокирование дислокаций примесными атомами внедрения. [c.263] На рис. 143 приведена зависимость критической температуры хрупкости от содержания никеля в стали. Введение 1 % никеля снижает порог хладноломкости примерно на 20°. [c.263] Введение молибдена до 0,5 % существенно снижает порог хладноломкости. Молибден оказывает сдерживающее влияние на диффузионную подвижность фосфора и уменьшает отпускную хрупкость. Действие никеля на хладноломкость особенно эффективно в сочетании с молибденом. [c.264] Резко отрицательное действие на хладноломкость оказывают фосфор, сера, растворенные газы кислород, азот, водород. [c.264] С увеличением содержания серы растет количество сульфидных включений, играющих роль концентраторов напряжений. Так, увеличение содержания серы в литой стали 25Л от 0,02 до 0,05 % более чем в два раза снижает ударную вязкость при 233 К. Повышение содержания серы на 0,01 % увеличивает порог хладноломкости примерно на 15 градусов. [c.264] Охрупчивающее влияние фосфора сказывается в обогащении им межзеренных границ благодаря сильной ликвации, а также благодаря образованию концентраторов напряжений — фосфидной эвтектики. При увеличении содержания углерода охрупчивающее влияние фосфора возрастает. Повышение содержания фосфора на 0,01 % для литой стали 35Л увеличивает критическую температуру хрупкости примерно на 20°. Вредное влияние фосфора может быть существенно подавлено за счет легирования молибденом. [c.264] Вернуться к основной статье