Каменских Алексей Павлович. Особенности превращения аустенита низкоуглеродистых мартенситных сталей, предназначенных для термоупрочненных массивных изделий

Краткое описание

Каменских Алексей Павлович. Особенности превращения аустенита низкоуглеродистых мартенситных сталей, предназначенных для термоупрочненных массивных изделий : Дис. ... канд. техн. наук : 05.02.01 : Пермь, 2003 155 c. РГБ ОД, 61:04-5/1686

Пермский государственный технический университет
На правах рукописи
КАМЕНСКИХ Алексей Павлович
ОСОБЕННОСТИ ПРЕВРАЩЕНИЯ АУСТЕНИТА
НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ МАРТЕНСИТНЫХ СТАЛЕЙ,
ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ТЕРМОУПРОЧНЕННЫХ
МАССИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Специальность 05.02.01 - Материаловедение (машиностроение)
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель действит. член РАЕН,
доктор технических наук, профессор Л.М. Клейнер
Пермь - 2003 
СОДЕРЖАНИЕ стр
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. Аналитический обзор 7
1.1. Полиморфное у-хх превращение в конструкционных сталях 7
1.2. Мартенситное превращение 12
1.2.1. Механизм и кинетика мартенситного превращения 13
1.2.2. Влияние углерода и легирующих элементов на мартенситное пре¬вращение 18
1.2.3. Влияние напряжений и деформации на мартенситное превращение 19
1.2.4. Процессы отпуска в сталях с мартенситной структурой 19
1.2.5. Структура и механические свойства мартенсита 21
1.3. “Промежуточное” превращение 25
1.3.1. Механизм и кинетика бейнитное превращения 25
1.3.2. Влияние углерода и легирующих элементов на бейнитное превра¬щение 29
1.3.3. Влияние исходного состояния аустенита на бейнитное превраще¬ние ....30
1.3.4. Структура и механические свойства бейнита 31
1.4. Свойства конструкционных сталей, применяемых для изготовления
изделий большого сечения 35
1.4.1. Механические свойства 36
1.4.2. Технологические свойства 38
1.4.3. Низкоуглеродистые мартенситные стали 40
1.5. Постановка цели и задач исследования 43
ГЛАВА 2. Материал и методики исследований 46
2.1. Материалы исследований ^ 46
2.2. Методики исследований 47
2.2.1. Методика магнитометрических исследований 47
2.2.2. Методика металлографических исследований 52
2.2.3. Методика электронно-микроскопических исследований 52
2.2.4. Методика дюрометрических исследований 53
2.2.5. Методика испытания на одноосное растяжение 53 
2.2.6. Методика испытаний на ударный изгиб 53
2.2.7. Методика электроннофрактографических исследований 54
2.2.8. Методика испытаний на ударный изгиб при отрицательных
температурах 54
ГЛАВА 3. Исследование механизма и кинетики фазовых превращений НМС
в изотермических условиях 55
3.1. Исследование кинетики превращений 55
3.2. Исследование структуры '. 65
3.3. Исследование характеристик механических свойств 82
3.4. Выводы по главе 3 87
ГЛАВА 4. Исследование у-»а превращения НМС при непрерывном
охлаждении 89
4.1. Исследование кинетики превращений 89
4.2. Исследование структуры 94
4.3. Исследование характеристик механических свойств 108
4.4. Исследование хладостойкости : 111
4.5. Выводы по главе 4 118
ГЛАВА 5. Принципы получения структуры пакетного мартенсита при
медленном охлаждении низкоуглеродистого аустенита 120
ГЛАВА 6. Промышленное опробование стали 12Х2Г2НМФБ
для изделий большого сечения 127
6.1. Стали, применяемые для изготовления изделий большого сечения 127
6.2. Разработка технических условий для стали 12Х2Г2НМФБ 132
6.3. Технология изготовления термоупрочненных заготовок
роторного колеса из стали 12Х2Г2НМФБ 133
6.4. Выводы по главе 6 138
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 140
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 142
ПРИЛОЖЕНИЕ 155

Список литературы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
1. Установлены особенности у->а превращения традиционных НМС 07ХЗГНМ, 08Х2Г2ФБ и низкоуглеродистой стали с повышенным содержанием угле¬рода 12Х2Г2НМФТ:
- данные стали характеризуются высокой устойчивостью переохлажден¬ного аустенита в “нормального” области и отсутствием бейнитного превращения при температурах, характерных для среднеуглеродистых сталей. В НМС в области температур 500-350 °С протекает только мар¬тенситное превращение;
- при температурах ниже Мн превращение развивается во времени, без инкубационного периода, скорость превращения монотонно увеличива¬ется с понижением температуры (отсутствует термическая активация). Выявленные кинетические особенности позволяют утверждать, что в НМС в мартенситной области развивается мартенситное превращение с “быстрой изотермической кинетикой” (по классификации Г.В. Курдю- мова).
2. Показано, что в исследуемых сталях формирование структуры пакетного мартенсита с высоким комплексом характеристик механических свойств происходит для стали 12Х2Г2НМФТ при охлаждении со скоростью до 0,0044 °С/сек, для сталей 07ХЗГНМ и 08Х2Г2ФБ - до 3,5 °С/сек. По данным электронной микроскопии, кри¬сталлы пакетного мартенсита характеризуются высокой плотностью дислокаций, прямолинейностью межреечных границ, отсутствием регулярных выделений карби¬дов и остаточного аустенита. В стали бейнитного класса 15Х2ГМФ, вследствие низ¬кой устойчивости переохлажденного аустенита в области “нормального” и “промежу¬точного” превращения, структура реечного мартенсита может формироваться только при охлаждении со скоростью 600 °С/сек.
3. Наибольшим уровнем, а также стабильностью характеристик механических свойств в исследуемом интервале режимов охлаждения имеет низкоуглеродистая
мартенситная сталь 12Х2Г2НМФТ: СУв = 1300 - 1250 МПа, GQ.2 = 1150 - 1050 МПа,
5 = 25 - 20 %, Vj/ = 65-60 %, KCU = 1,60-1,20 МДж/м2, КСТ = 0,74-0,30 МДж/м2, ТКР = -60°С (KCU.60oC = 1,15 - 0,80 МДж/м2).
4. Сформулированы условия гарантированного формирования пакетного мар-тенсита в низкоуглеродистых сталях при медленном охлаждении. Стали должны быть комплексно легированы карбидообразующими элементами (в количестве не менее 4¬5), концентрации которых в определенной пропорции уменьшаются по мере увеличе-
I
ния их склонности к карбидообразованию.
5. Низкоуглеродистые мартенситные стали, химический состав которых отве-
* чает данным принципам легирования (сталь 12Х2Г2НМФТ), характеризуются надеж-ным обеспечением высокого комплекса характеристик механических свойств в широ-ком интервале скоростей охлаждения и высокой технологичностью упрочняющей термической обработки. Наиболее эффективно применение стали 12Х2Г2НМФТ для изготовления точных термоупрочненных изделий большого сечения диаметром до 1400-1500 мм. Высокая устойчивость переохлажденного аустенита в области темпе-ратур “нормального” и отсутствие бейнитного превращения в данной стали позволяет с температур аустенитизации или горячего формообразования осуществлять закалку охлаждением на спокойном воздухе.
6. НМС, обладающие высокой устойчивостью переохлажденного аустенита в “нормального” области и отсутствием превращения в “промежуточной” области, яв-
* ляются перспективным модельным материалом для исследования мартенситных пре-вращений в условиях малого термодинамического стимула и низкого уровня терми-
* ческих напряжений при медленном охлаждении.
На основании сформулированных принципов легирования разработана сталь 12Х2Г2НМФБ для изготовления крупных изделий, разработаны технические ус¬ловия № РГ. 163-2002 “Поковки из конструкционной стали 12Х2Г2НМФБ”. Показана целесообразность и экономическая эффективность замены мартенсито-стареющей стали 03X11Н10М2Т-ВД (ЭП678У-ВД) для изготовления термоупрочненных загото¬вок роторных колес нагнетателя газоперекачивающей установки. Освоено промыш¬ленное производство термоупрочненных заготовок из 12Х2Г2НМФБ на металлурги¬ческом заводе ЗАО “Камасталь”, г. Пермь.