книги / Низкотемпературная хрупкость стали и деталей машин

незначительно. Положительное влияние добавки молиб­ дена как элемента, парализующего вредное влияние фос­ фора, показано на рис. 47.

Исследовано влияние добавок до 2% Мо, до 4% W и до 1,5% V на хладостойкость хромомарганцовистых ста­ лей, содержащих 0,20—0,49% С; 0,20—0,44% Si; 0,95— 1,04% Мп; 0,95—1,04% Сг. Кованые заготовки нормали­

повышается критическая тем­ пература перехода в хрупкое состояние. Для вольфрама

и ванадия пределами благоприятного влияния являются соответственно 1—1,5% и 0,2—1,0%.

Медь. Влияние меди в количествах до 1% на хладо­ стойкость стали, поданным [176], весьма неопределенно. Установлено, что небольшая добавка меди к малоуглеро­ дистой кипящей стали (0,07—0,01 % С) незначительно сни­ жает критическую температуру хрупкости. В работе [2681, в которой исследовали стали с содержанием углерода около 0,45%, показано, что добавка к таким сталям

тическую температуру хрупкости. После улучшения добавка меди даже в количестве 0,1% неблагоприятно действовала на ударную вязкость при температурах до —70° С.

Свинец. В конструкционные стали для улучшения их обрабатываемости резанием иногда вводят свинец. Он не­ сколько измельчает зерно стали и снижает критическую температуру хрупкости на 5—28° С в зависимости от марки стали, величины зерна и термической обработки. Исследовано влияние добавки свинца в пределах от 0,06 до 0,2% на хладостойкость сталей, содержавших 0,09—

деформации, деформационного старения и нормализации. Установлено, что при увеличении содержания в стали свинца критическая температура хрупкости пони­ жается.

Ванадий. Влияние ванадия на хладостойкость стали, судя по обзору в работе [176], неодинаково для сталей различного состава и при разной термической обработке. По-видимому, ванадий благоприятно действует на хладо­ стойкость в том случае, когда его присутствие в стали спо­ собствует получению более мелкого зерна.

Известен случай, когда ванадий при добавке его в хромо­ марганцовистые стали повышал хладостойкость, уменьшая склонность к отпускной хрупкости. Систематических ис­ следований влияния ванадия на склонность стали к хруп­ кому разрушению при низких температурах, по-видимому, не проводилось. При небольших количествах ванадий, когда он действует главным образом как раскислитель, повышает хладостойкость. Имеются указания на то, что неблагоприятное влияние ванадия на хладостойкость

стали начинает проявляться уже при содержании его

0,1- 0,2%.

Введение 0,14% V в сталь с 0,35% С; 0,7% Мп; 3% Ni; 0,8% Сг и 0,69% Мо показало, что влияние этой добавки на хладостойкость зависит от режима отпуска [191 ]. При отпуске на 615° С с охлаждением в масле критическая температура хрупкости, определяемая по уровню работы разрушения 2,8 кГм при испытании образцов Шарпи с острым надрезом, в присутствии ванадия повышалась на 65° С. После медленного охлаждения с печью при от­ пуске на 615° С повышение критической температуры хрупкости составило 35° С. Отпуск при 500° С с медлен­ ным охлаждением привел к повышению критической тем­

82

30° С, снизила температуру перехода стали в хрупкое со­ стояние.

Цирконий. В работе [176] указывается, что присут­ ствие в стали циркония должно рассматриваться как фактор, положительно влияющий на ее хладостойкость. Отмечается, что цирконий в полураскисленных сталях не влияет на критическую температуру хрупкости, дей­ ствуя как аналог титана.

В хромистую сталь с 0,31—0,41% Си 1,75—2,30% Сг цирконий вводился в количествах от 0,05 до 0,50% [16]. Критическую температуру хрупкости определяли по пер­ вому признаку кристалличности в изломе. Эти опыты по­ казали, что цирконий, находясь в твердом растворе, умень­ шает отпускную хрупкость и понижает критическую тем­ пературу. Добавка циркония в количествах до 0,58% в стали 35ХГ, 35ХГР, 35ХГВ и 35ХГВР, производив­ шаяся после раскисления алюминием, привела к увели­ чению ударной вязкости при низких температурах по дан­ ным В. Ф. Зубарева и В. М. Хлестова. Положительное влияние циркония на хладостойкость ряда легированных сталей наблюдалось и в работе [90].

Титан. Введение в сталь другого энергичного раскислителя — титана также хорошо действует на хладостой­ кость стали до тех пор, пока этот элемент не начинает в за­ метных количествах переходить в твердый раствор [176]. При исследовании сталей с повышенным до 1,64% содержа­ нием марганца при 0,16—0,26% С было установлено, что титана в стали должно быть не больше 0,025%. Вве­ дение 0,1% Ti в сталь 18Г2 уменьшило чувствительность этой стали к деформационному старению и снизило порог хладноломкости в нормализованном состоянии [89]. При исследовании ферритных сплавов железа с титаном оказа­ лось, что добавка этого элемента до 1,98% повышает кри­ тическую температуру хрупкости. По некоторым данным эта температура начинает повышаться при увеличении содержания титана более 0,4%.

По данным [17], повышение критической темпера­ туры хрупкости стали 25Г2, исследованной после закалки

раскисленные алюминием до содержания остаточного алюминия 0,03%. Роли раскислителя титан здесь уже не играл. Неблагоприятное влияние титана было обна­

ружено также при введении его в боросодержащие стали.

При исследовании влияния титана на хладостойкость стали 10Г2С установлено, что направление и величина этого влияния зависят от термической обработки [139]. В стали горячекатаного состояния повышение содержания титана с 0,022 до 0,055% резко снижало ударную вязкость при всех температурах от комнатной до —60° С. При ис­ пытании после нормализации с 920° С обнаружилось бла­ гоприятное влияние титана на хладостойкость.

Алюминий. Этот элемент вводят в сталь главным обра­ зом для раскисления, связывания азота в нитриды и из­ мельчения зерна. Благоприятное влияние алюминия в не­ больших количествах для раскисления и связывания азота частично показано в соответствующих разделах настоя­ щей главы. Влияние алюминия на склонность к хрупкому разрушению чистого феррита, не нуждающегося в раскис­ лении, почти не изучено.

прокатки эти сплавы отжигали в вакууме до приблизи­ тельно одинакового размера зерна, соответствующего номеру 4 по шкале ASTM. Образцы испытывали на растя­ жение при температурах от 100 до —185° С. Заметного влияния алюминия на переход в хрупкое состояние обна­ ружено не было. В рассмотренных выше результатах ра­ боты [217] указано на благоприятное влияние алюминия, находящегося в твердом растворе.

В работе [225] показано влияние добавок алюминия до 0,269% на хладостойкость малоуглеродистых сталей

сразличным содержанием марганца. Установлено, что величина зерна в стали не зависит от содержания алюми­ ния в исследованных пределах и определяется режимом прокатки. Критическая температура хрупкости, опреде­ ляемая по снижению работы разрушения образцов Шарпи

сключевым надрезом до 1,7 кГм, понижалась при повыше­ нии содержания алюминия до 0,2%.

Влияние алюминия на склонность к хладноломкости изучали также на сталях с 0,15—0,18% С. При этом сде­ лан вывод, что алюминий действует на хладостойкость благоприятно как раскислитель и измельчитель феррит­ ного зерна. Одновременно показано, что благоприятное влияние алюминия наблюдается и при сохранении оди-

84

Макового размера зёрна. При этом положительное влия­ ние алюминия распространяется до содержания его в стали 0,3%, т. е. значительно большего, чем нужно для рас­ кисления.

Влияние раскисления алюминием на сталь с 0,4% С, содержащую до 0,11% Р, исследовали в работе [156]. По результатам этой работы алюминий при соответствующей термической обработке полезен потому, что его устойчи­ вые дисперсные выделения препятствуют росту аустенит­ ного зерна.

Исследование малоуглеродистой стали показало, что для существенного повышения ее хладостойкости нужно вводить 0,02—0,03% остаточного алюминия [140]. В этой работе причиной повышения хладостойкости стали при легировании ее алюминием считается уменьшение разме­ ров зерна и содержания азота в феррите.

Ниобий. Ниобий как легирующий элемент суще­ ственно повышает пределы прочности и текучести стали при сохранении удовлетворительной свариваемости. Мно­ гочисленные исследования показали, что влияние ниобия на склонность стали к хрупкости сложно и зависит от химического состава стали и режима ее термической обра­ ботки. Так, в работе [16] при исследовании стали с 0,31— 0,41 % С и 1,75—2,30% Сг, в которую добавляли 0,25— 1,0% Nb, было показано, что влияние ниобия на хладостойкость зависит от его распределения между основными фазами стали. Ниобий, находящийся в твердом растворе, уменьшает склонность стали к отпускной хрупкости и снижает критическую температуру хрупкости. Связанный в карбиды ниобий не оказывает влияния на склонность стали к отпускной хрупкости и значительно повышает критическую температуру.

Другое исследование проведено на нелегированных сталях кислородной конвертерной плавки, содержащих около 0,1% С. Стали успокаивались алюминием. Испы­ тания проводили в горячекатаном состоянии, после нор­ мализации и после закалки с 930° С и отпуска при 600° С. Температуру перехода в хрупкое состояние определяли по уровню работы разрушения 2,1 кГм при испытании образцов Шарли с V-образным надрезом. Результаты по­ казали, что для всех исследованных состояний введение 0,02% Nb действует на хладостойкость стали положи­ тельно. Дальнейшее увеличение содержания ниобия не

85

сказывается на критической температуре нормализован­ ной и улучшенной стали и существенно повышает эту температуру горячекатаной стали.

В стали с 0,17% С и 0,85% Мп ниобий вводился в ко­ личестве до 0,7% [263]. Стали исследовали в горячека­ таном состоянии и после нормализации с 950° С. Крити­ ческая температура хрупкости по критерию Ан = 2,7 кГм при испытании образцов Шарли с V-образиым надрезом в зависимости от содержания ниобия приведена на рис. 53.

—Кованые прутки закалива­

до 0,1%.

В работе [150] проведено сравнение хладостойкости стали 09Г2 и стали конвертерной плавки КЮГ2Б. Крити­ ческая температура при введении ниобия понизилась на 20—30° С. Положительное влияние ниобия (до 0,82%) на сопротивляемость стали хрупкому разрушению на­ блюдалось И. В. Волобуевым и В. В. Гавранеком на ста­ лях с 0,4—0,5% С и 1,8—2,0% Мп. Было установлено, что, начиная с 0,2%, ниобий уменьшает отпускную хрупкость.

При исследовании нелегированных сталей с 0,06— 0,21 % С в горячекатаном, нормализованном и закаленном состояниях с последующим отпуском при температурах от 450° С и выше установлено, что добавка ниобия в ко­ личестве 0,027—0,055% повышает критическую темпера-

86

ТУРУ хрупкости, оцениваемую по работе разрушения 2,8 кГм при испытании образцов Шарпи с V-образным надрезом [251]. Отрицательное влияние ниобия на хладостойкость стали в этой работе считается след­ ствием того, что образующийся при охлаждении фер­ рит приобретает неблагоприятную видманштеттову струк­ туру.

Положительное влияние ниобия как элемента, предот­ вращающего старение, замечено и при исследовании ста­ лей с 0,11—0,13% С, содержавших также около 1% Мп [202]. Стали исследовали в горячекатаном состоянии с до­ полнительным низкотемпературным отжигом при 650° С. Уменьшение ниобием склонности к старению не подавляло неблагоприятного влияния его на критическую темпера­ туру хрупкости, которая повышалась при введении в сталь до 0,049% Nb. Исследование сталей такого же состава непосредственно после ковки также показало неблагопри­ ятное влияние ниобия на хладостойкость. Те же стали в нормализованном состоянии на обнаружили снижения хладостойкости при добавке в них ниобия [202]. Такое же влияние ниобия наблюдалось при добавлении его в ко­ личестве до 0,04% к малоуглеродистым сталям, содержав­ шим от 0,18 до 0,22% С.

При исследовании малоуглеродистых сталей с добавкой ниобия до 0,1% было установлено, что эту добавку сле­ дует использовать только при производстве проката тол­ щиной не более 10 мм, так как при больших толщинах критическая температура стали при введении ниобия по­ вышается [261]. Увеличение неблагоприятного действия ниобия на хладостойкость при увеличении толщины про­ ката отмечено также в работе [279].

Сильная зависимость характера влияния ниобия на склонность стали к хладноломкости от термической обра­ ботки обнаружена при изучении свойств нелегированных кованых сталей, содержащих 0,36% С и от 0,02 до 0,35% Nb [222].

В этом исследовании показано, что введение ниобия не изменяет критическую температуру стали в нор­ мализованном состоянии, повышает после отпуска при 621 и 454° С и снижает после отпуска при 204 и 288° С. Отмечается, что при содержании ниобия более 0,09% от­ пускная хрупкость исследованных сталей полностью устраняется.

87

При добавлении в сталь 35Л до 0,2% церия (по расчету) и при наличии в стали также бора (0,002% по данным спектрального анализа) несколько повышалась ударная вязкость при температурах —30 и —60° С после закалки с 860° С и отпуска при 600° О.

Добавка церия до 0,15% к стали 15Х1М1ФЛ хотя и не повышает значительно ударной вязкости после отпуска при максимальном развитии отпускной хрупкости (650°), но существенно увеличивает ударную вязкость после от­ пуска при иных температурах. Добавка церия суще­ ственно понизила чувствительность стали к старению во время выдержки в течение 2000 ч при 565° С. При вве­ дении больших количеств церия (до 0,5%) чувствитель­ ность к такому старению быстро увеличивалась. Испыта­ ния при низких температурах показали (рис. 55), что до-

бавка 0,15% церия понижала температуру перехода стали

вкакой-то степени заменяет никель в отношении прокаливаемости, то по отношению к хладостойкости он действует

впротивоположном никелю направлении. Так, в ра­ боте [107] при исследовании стали с 0,4% С и 1,0% Сг,

90