Конструкционные высокопрочные низкоуглеродистые стали мартенситног

Рис. 2.22. Микроструктура стали 08Х2Г2ФБ, х1600. Аусте­ нитизация 930 °С, охлаждение со скоростями: а - 150 °С/с; б - 3,5 °С/с; в - 0,15 °С/сГг - 0,0044 °С/с

области (содержание легирующих элементов в твердом растворе аустенита оказывается еще достаточным), что фиксируется магнитометрическими исследованиями. Однако образование этих карбидов может привести к развязыванию бейнитного превращения в области тем­ ператур ниже 500 °С. Действительно, электронно-микро­ скопический анализ показал наличие относительно дис­ персных карбидов (рис. 2.23, а). Подобную структуру можно охарактеризовать как структуру нижнего бейнита.

Очевидно, что снижение скорости охлаждения должно приводить к более полному выделению карбидов ванадия VC в области температур 720-600 °С и, как следствие, большему изменению химического состава аустенита и большей его дестабилизации при температу­ рах 500-400 °С.

2.3.Трещиностойкость, прочность

ихладостойкость НМС

Формирование того или иного типа структур иссле­ дуемых сталей в результате непрерывного охлаждения, в конечном итоге, обуславливает уровень характеристик механических свойств. Появление в структуре даже не­ большого количества нижнего бейнита (10-15 %) может привести к существенному снижению ударной вязкости и повышению критической температуры хрупкости [32]. Наличие в структуре непрерывно охлажденной стали феррита и (или) верхнего бейнита дополнительно должно привести к снижению характеристик прочности. Харак­ теристики прочности (ств, и Сто,г), ударной вязкости KCU и критическую температуру хрупкости оценивали после охлаждения со скоростями 600-0,0044 °С/с. Изменение ударной вязкости на образцах с заранее нанесенной уста­ лостной трещиной КСТ (динамическая трещиностой­ кость) является наиболее чувствительной оценкой ран­ них стадий процессов охрупчивания конструкционных сталей.

Характеристики прочности стали 07ХЗГНМ плавно снижаются при уменьшении скорости охлаждения до 3,5 °С/с (рис. 2.28, а). Одновременно наблюдается неко­ торое повышение уровня характеристик ударной вязко­ сти и динамической трещиностойкости. Как показали ис­ следования тонкой структуры данной стали, такое изме­ нение характеристик механических свойств следует связывать с процессами релаксации (перераспределе­ ние дислокаций и некоторое снижение их плотности) полученного реечного мартенсита. Появление в струк­ туре феррита при меньших скоростях охлаждения (до 0,15 °С/с) приводит к дальнейшему плавному сниже­ нию характеристик прочности, а более полное проте­ кание процессов отпуска, приводящее к формированию чрезвычайно дисперсных карбидов, является глав­ ной причиной снижения характеристик ударной вязкости

г

Рис. 2.28. Окончание

и особенно динамической трещиностойкости. Вместе

стем следует отметить, что такой уровень КСТ примерно

вдва раза выше уровня КСТ стали 08Х2Г2ФБ с бейнитной структурой. Резкое снижение характеристик прочно­ сти и повышение уровня характеристик ударной вязко­

сти при скорости охлаждения <0,15 °С/с являются пря­ мым следствием появления немартенситных продуктов распада переохлажденного аустенита (феррита и ферри­ то-карбидной смеси).

(рис. 2.28, б). Однако ударная вязкость данной стали на­ чинает снижаться уже после охлаждения со скоростью 3,5 °С/с, а динамическая трещиностойкость - после охлаждения со скоростью 150 °С/с. Как показывают исследования структуры, снижение КСТ в интервале скоростей охлаждения 150-3,5 °С/с связано с отпуском мартенсита. Эквидистантное снижение характеристик ударной вязкости и динамической трещиностойкости в интервале скоростей охлаждения 3,5-0,15 °С/с, при не­ изменном уровне прочности, свидетельствует об образо­ вании структуры нижнего бейнита, что также подгверж-

дается исследованиями структуры данной стали. Даль­ нейшее снижение ударной вязкости (при минимальном значении динамической трещиностойкости ~ 0,2 МДж/м2), сопровождающееся падением уровня прочности, при скоростях охлаждения <0,15 °С/с объясняется формиро­ ванием структуры верхнего бейнита.

В низкоуглеродистой мартенситной стали 12Х2Г2НМФТ формирование структуры пакетного мар­ тенсита, независимо от скорости охлаждения, приводит к тому, что прочность данной стали не изменяется во

= 1150... 1050 МПа (рис. 2.28, в). Увеличение ударной вязкости и динамической трещиностойкости при перехо­ де от скорости охлаждения 600 до 150°С/с связано с Протеканием релаксационных процессов (снятие ло­ кальных пиковых напряжений) вследствие некоторого перераспределения дислокаций. Незначительное сниже­ ние этих характеристик при уменьшении скорости охла­ ждения < 0,035 °С/с объясняется протекающими процес­ сами отпуска полученного мартенсита.

Низкая устойчивость аустенита стали бейнитного класса 15Х2ГМФ приводит к тому, что характеристики прочности резко снижаются уже при охлаждении со ско­ ростью 3,5 °С/с (рис. 2.28, г). Снижение уровня прочно­ сти не сопровождается повышением характеристик удар­ ной вязкости и динамической трещиностойкости, кото­ рая находится на минимальном уровне 0,2 МДж/м2, что связано с формированием структуры верхнего бейнита. Реализация превращения в «нормальной» области при­ водит к повышению уровня характеристик KCU и КСТ, однако уровень характеристик прочности при этом падает до а в = 600 МПа, Сто,2 = 300 МПа, что характерно для нетермоупрочненных низко- и среднеуглеродистых сталей.

Наиболее структурно-чувствительным методом оцен­ ки склонности к хрупкому разрушению конструкцион­ ных сталей является построение температурных зависи­