Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ современного состояния проблем материаловедения жаропрочных сталей для блоков с суперсверхкритическими параметрами пара 9
1.1 Состояние и перспективы развития тепловой энергетики 9
1.2 Высокохромистые мартенситные стали для работы при температурах 580-620С 11
1.3 Хромистые мартенситные стали для работы при температуре 620-650С 23
1.4 Выводы 44
2 Методика исследования 46
2.1 Аналитическое исследование системы 9% хрома - поликомпонентное легирование с помощью компьютерного моделирования 46
2.2 Методика проведения опытных плавок и изготовление образцов 48
2.3 Методика проведения испытаний и физико-химических исследований 53
3 Разработка теоретических предпосылок и исследование опытных образцов новых композиций сталей для турбин с ССКП (650С, 32 МПа) 56
3.1. Разработка составов 9%-ных хромистых сталей с применением программы ThermoCalc 56
3.2 Разработка экспериментальных составов образцов стали 62
3.3 Теоретическая оценка влияния состава базовых композиций на процессы массопереноса и образования упрочняющих фаз 67
3.4 Экспериментальные исследования 78
3.4.1 Материалы исследования 78
3.4.2 Разработка режимов термической обработки 79
3.4.3 Изучение кратковременных механических свойств и ударной вязкости 91
3.4.4. Длительная прочность и ползучесть 96
3.4.5 Металлографический, электронно-микроскопический и рентгеноструктурныи анализ металла опытных плавок 104
3.4.6 Обсуждение результатов 131
3.5 Выводы 137
Общие выводы и результаты работы 141
Литература 143
- Высокохромистые мартенситные стали для работы при температурах 580-620С
- Методика проведения опытных плавок и изготовление образцов
- Теоретическая оценка влияния состава базовых композиций на процессы массопереноса и образования упрочняющих фаз
- Изучение кратковременных механических свойств и ударной вязкости
Введение к работе
Анализ тенденций развития мировой энергетики в направлении энергоэффективности в сравнении с состоянием отечественных тепловых электростанций однозначно показывает необходимость ориентации Российской теплоэнергетики на широкое применение современных блоков с суперсверхкритическими параметрами пара ССКП (Т=640-650С, давление 30-32МПа) как при строительстве новых угольных станций, так и при замене устаревшего оборудования. Это обеспечивает повышение КПД турбогенераторной энергетической установки при использовании органического топлива до 45%, а также снижение расхода топлива.
Создание необходимой материаловедческой и технологической базы, обеспечивающей изготовление основных элементов блоков с ССКП должно опережать конструирование и изготовление самой энергоустановки на 3-5 лет, поскольку без такой основы не могут быть приняты основные конструкторские и проектные решения. При этом главной-проблемой является разработка физико-химических и материаловедческих основ создания группы новых материалов, обладающих необходимыми служебными и технологическими свойствами, в том числе работоспособностью до 2х105 часов в диапазоне температур эксплуатации металла до 650С.
Диссертационная работа направлена на разработку основ технологии создания жаропрочных сплавов на основе мартенситных низкоуглеродистых сложнолегированньгх сталей с 9%-ным содержанием хрома. Такие сплавы, применяются при создании материалов для элементов энергетического оборудования, работающих при температурах до 650С.
Эта проблема, как показывают отечественные и зарубежные исследования и промышленные данные, может быть решена при использовании сложнолегированньгх 9-процентнтых хромистых жаропрочных сталей нового поколения мартенситного класса, упрочнённых наноразмерными частицами. Эти стали должны иметь необходимые жаропрочные и коррози- онные свойства в условиях высокотемпературной рабочей среды. Значительный вклад в исследование процессов формирования мартенситной структуры, механизмов образования упрочняющих фаз, поведение элементов и в изучении отдельных фазовых составляющих в жаропрочных материалах, в том числе для хромистых сталей, внесли Г.В. Курдюмов, О.А. Банных, А.А. Жуховицкий, К.Л.Ланская, И.Л. Миркин, Б.С. Бокштейн, А.А.Чижик, Хилмар К. Даниелсен, Дж. Хальд, М. Адачи и др.
Большие системные исследования в этом направлении в последние годы провели научные коллективы России ОАО НПО «ЦНИИТМАШ», ОАО НПО ЦКТИ, ФГГУП ЦНИИ КМ «Прометей», ГНЦ РФ ФГУП ЦНИИЧМ им. И.П.Бардина, Государственный Белгородский университет и др.
Перед проводимой диссертационной работой была сформулирована цель: Использование физико-химических методов для теоретического и экспериментального исследования особенностей фазовых превращений структуры и свойств мартенситных низкоуглеродистых сложнолегирован-ных сталей с 9%-ным содержанием хрома с целью создания материалов для, элементов энергетического оборудования; работающих при температурах до 650С.
При проведении исследования необходимо было решить следующие задачи:
Провести термодинамический расчёт фазового состава перспективных композиций 9%-ных хромистых сталей с наноструктурным упрочнением.
Расчетно и экспериментально определить влияние углерода и азота на характеристики (состав, размеры) упрочняющих фаз.
3. Установить влияние кобальта на диффузионную подвижность элементов, формирующих упрочняющие фазы.
Изучить влияние бора на комплекс свойств.
Получить образцы сталей перспективных композиций.
Исследовать свойства образцов экспериментальных составов при кратковременных и длительных испытаниях.
Провести структурные и фазовые исследования сталей.
При проведении работы были широко использованы методы физико-химических расчетов компьютерного моделирования. Были применены современные методы экспериментального исследования: различные методы определения химического и газового состава, оптическая и электронная металлография, рентгеноспектральный ирентгеноструктурный анализ, испытания кратковременных свойств, длительной прочности и пластичности.
Проведенные испытания позволили, получить следующие новые научные результаты и положения:
Теоретически и экспериментально установлено, что при" снижении содержания углерода с 0,1% до 0,005% изменяется характер упрочняющей фазы с преимущественно карбидной типа Ме2зСб на нитридную типа MeN. При этом содержание карбидов снижается с 1,60% до 0,004% (масс), а количество нитридов возрастает с.0,045% до 0,40%, соответственно.
Установлено, что для* появления достаточногоj количества упрочняющей нитридной фазы необходимо не менее 0,05% содержания азота (при содержании углерода менее 0,01%).
Впервые экспериментально и расчётно показано, что размер выделяющихся ^ нитридов в 3-8 раз меньше карбидов, при этом количество выделяющихся нитридов больше в 15-30 раз, размеры частиц после отжига составляют - карбидов - 300 нм, нитридов - 20-40 нм.
Выявлено, что при снижении содержания углерода и переходе к нит-ридному упрочнению, введение кобальта замедляет снижение прочностных свойств- в диапазоне температур 20-750С. При этом заметное снижение прочности в низкоуглеродистой стали начинается только с 650С, а в среднеуглеродистой с 550С.
Выявлено, что кобальт в количестве 3% снижает диффузионную подвижность элементов, формирующих упрочняющую фазу. Скорость роста карбидов в стали с 0,1% углерода снижается в Зраза.
Показано, что при содержании бора 0,003-0,005% процента происходит рафинирование границ зёрен, а при большем содержании вследствие ликвации появляются нитриды бора, вьщеляющиеся по плоскостям скола и охрупчивающие сталь. При этом ударная вязкость падает от 90-120 Дж/см2 до 10-12 Дж/см2.
Установлено, что 9%-ная хромистая сталь с содержанием углерода 0,005%, легированная Со, Mo, W, V, Nb, N и В, обладает наибольшей длительной прочностью (c2*io5= 115МПа).
На основании экспериментальных результатов и теоретических выводов оптимизировано содержание углерода, азота, кобальта, бора для достижения максимальной жаропрочности.
Разработаны композиции жаропрочных сталей для температуры 650С, поданы заявки на получение патентов РФ: №> 2011130586 от 22.07.2011 «Жаропрочная сталь»; № 2011114816 от 15.04.2011 «Жаро-прочная сталь». Получены положительные решения экспертизы. Практическая ценность полученных результатов заключается в следующем:
Разработаны технологические режимы термической обработки и рекомендованы оптимальные, современные способы выплавки новых разработанных сталей (ВИЛ, ВКР, ЭШП), режимы термической обработки, подана заявка на получение патента РФ № 2011122373 от 02.06.2011 «Способ выплавки безуглеродистой жаропрочной стали». Получена положительное решение экспертизы.
Достоверность полученных результатов определяется надежностью и многообразием использованных современных сертифицированных методов и методик, хорошим совпадением расчетных и экспериментальных результатов.
Работа доложена и обсуждена на: VI международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации, самоорганизация при фазообразовании», Иваново, 2010;
Научно-технической конференции, посвященной 5-летию научно и научно-технической деятельности ЦФМК ФГУП «ЦНИИЧермет им. И.П.Бардина» 27 апреля 2011 года;
66-х Днях Науки НИТУ «МИСиС» 11 апреля 2011 года.
Публикации: По теме диссертационной работы опубликованы 3 печатные работы в изданиях, рекомендованных ВАК.
Работа выполнена в Федеральном Государственном' автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИЄиС" и в» Государственном научном центре Российской Федерации Открытом акционерном обществе «Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» (ОАО НПО «ЦНИИТМАШ».
Личный вклад автора. Все включенные в диссертацию экспериментальные данные получены, а расчеты произведены лично авторомшли при его непосредственном участии. Автор принимал участие в обработке, анализе и обсуждении результатов, изложенных в работе, а также в подготовке публикаций в печать.
Высокохромистые мартенситные стали для работы при температурах 580-620С
Основной современной тенденцией в развитии традиционных паросиловых установок является увеличение экономичности и мощности энергоблоков с переходом на суперсверхкритические параметры температуры (580-620С) и давления (25-30 МПа).
Лидерами в строительстве паротурбинных энергоблоков суперсверх-критических параметровявляются промышленно развитые страны, лишенные собственных запасов жидкого и газообразного топлива, - Япония, Германия; Дания. В подобных условиях повышение экономичности паротурбинного блока всего на 1% оправдывает увеличение стоимости установленного киловатта на 30%.
В связи с директивными правительственными решениями о необходимости- сохранения стратегических запасов нефти и газа интенсивное строительство более 10 блоков ССКП на угольном топливе ведется в настоящее время в США. Предполагаемые параметры острого пара пилотного блока мощностью около 660 МВт в России [3] должны составить 600G при, давлении 28 МПа по острому, что обеспечит КПД на уровне 45-46%. Дальнейший интервал в повышении параметров пара для блоков ССКП должен составить 630-650С с давлением до 35 МПа. При таких параметрах тепловой блок, сжигающий уголь, становится конкурентоспособным по тепловой эффективности с современными парогазовыми установками, имеющими КПД более 50%, но использующими остродефицитное газовое топливо.
Поскольку создание необходимой материаловедческой и технологической базы по обеспечению конструкторских решений при разработке тепловых блоков с такими параметрами должно предварять начало их изготовления на 3-5 лет, то сегодняшние усилия в создании перспективных энергетических блоков должны быть сосредоточены именно в этом направлении.
Легирование теплоустойчивых сталей ориентировано на получение оптимального уровня их служебных свойств, прежде всего жаропрочных характеристик. Повышение прочности в общем случае достигается за счет следующих механизмов упрочнения [35,56,50]: 1 Образование скоплений (сегрегации) атомов легирующих элементов (или вакансий) вокруг дислокаций в твердых растворах. 2 Образование барьеров для движущихся дислокаций в виде поверхностей раздела (различного типа границ) в кристаллах или частиц второй упрочняющей фазы. 3 Легирование твердого раствора химическими элементами понижающими энергию дефектов упаковки и повышающими межатомное взаимодействие. 4 Повышение плотности дислокаций. 5 Создание упорядоченных атомных построений. В теплоустойчивых сталях для энергомашиностроения в наибольшей степени реализуют второй и третий механизмы упрочнения. Наиболее эффективное сочетание свойств стали достигается в результате комбинации этих механизмов путем комплексного легирования. Основные принципы легирования теплоустойчивых сталей основываются на следующих положениях [34, 35]: легирование а-твердого раствора;, образование карбидной фазы, при этом она должна иметь оптимальные размеры, сохраняя их на уровне 100 нм. Прочность твердого раствора (феррита) при высоких температурах определяется типом межатомных связей матричного раствора и возрастает при легировании стали следующими тугоплавкими элементами: Cr, W, Мо, Ті- Nb, Go [35]. Наиболее высокую температуру разупрочнения (рекристаллизации) имеет феррит, легированный молибденом и вольфрамом — элементами, изоморфными железу (объемоцентрированная кубическая решетка), но сильно отличающимися от феррита размерами атомного радиуса [15, 34,35]. Значительный вклад в повышение жаропрочности вносит упрочнение за счет частиц второй фазы. Существуют определенные количественные закономерности между параметрами упрочняющей фазы и свойствами сталей и сплавов [20]. Тугоплавкие элементы переходной группы периодической системы, повышающие жаропрочность твердого раствора (W, Мо), являются одновременно и более сильными карбидообразующими элементами, чем железо. Чтобы обеспечить присутствие этих элементов» в твердом растворе и одновременно достигнуть упрочнения за счет выделения дисперсных частиц второй фазы, стали дополнительно легируются еще более сильными карбидообразующими элементами, такими как V, Nb, Ті [35]. Повышения жаропрочности высокохромистых сталей пытались достичь путем легирования сталей сильными карбидообразующими элементами (таблица 1.1), в первую очередь, молибденом. При легировании учитывали два механизма упрочнения: увеличение прочности твердого раствора элементами замещения и создание препятствий движению дислокаций в виде дисперсных выделений карбидной фазы. Создание ферритно-мартенситных сталей на основе композиции 9Сг-ІМо (Т9/Р9, ЕМ100, AISI410, 10Х12М и др.) не дало ожидаемых результатов: длительная прочность смеси отпущенного мартенсита и феррита в сочетании с недостаточной стабильностью карбидов хрома, которые при повышенных температурах эксплуатации обогащались молибденом с последующим образованием крупных выделений карбидов Мо2С по границам зёрен и соответствующим обеднением твёрдого раствора вследствие ухода молибдена в карбиды оказалась ниже, чем длительная прочность сбалансированной структуры отпущенного бейнита с дисперсными выделениями типа MX во внутризеренных объёмах комплексно легированных низколегированных сталей [37, 38]. Значительный прирост жаропрочности был получен на стали X20CrMoV121 с содержанием 12% хрома, 1% молибдена и 0,25% ванадия (композиция 12Cr-lMo-V). Эта сталь, обладая пределом длительной прочности 130 Н/мм2 при 550С, оставалась одной из наиболее жаропрочных сталей на основе а-фазы до разработки к 1990 году комплексно-легированных сталей мартенситно-ферритного класса с содержанием 9-12 % хрома [36]. Благодаря высокому содержанию хрома, она оказалась также и наиболее жаростойкой из числа освоенных к этому времени сталей на основе а-фазы. Созданная сталь обеспечила возможность реализовать температуры эксплуатации до 550С.
Долгое время считали, что достигнут предел совершенствования жаропрочных сталей с а-структурой и более высокие параметры пара можно реализовать только применяя водяное охлаждение, либо используя дис-персионно-твердеющие стали аустенитного класса или сплавы на Cr-Fe-Ni, Cr-Ni-Co-Mo основе.
Методика проведения опытных плавок и изготовление образцов
Расчет экспериментальных составов производился на« основе анализа литературных дынных и патентных исследований при помощи программы Thermo-CalcforWindows, входящей в состав пакета программ Thermo-Calc.
Описание пакета программ Thermo-Calc. В основе программы Thermo-Calc заложена модель классической термодинамики, которая имеет дело с системами, находящимися в состоянии равновесия, то есть в состоянии стабильном относительно внутренних флуктуации и числа параметров, таких как температура и состав. Эти параметры, которые определяют свойства в состоянии равновесия, называются переменными состояния. Другими примерами переменных состояния являются давление и химический потенциал. Термодинамика предусматривает численную зависимость между переменными состояния, что позволяет производить расчет любых термодинамических параметров в состоянии равновесия [61].
Любое программное обеспечение для термодинамических расчетов бесполезно без применения точных и достоверных данных. Программа Thermo-Calc позволяет использовать большое количество тщательно проверенных баз данных высокого качества составленных из различных авторитетных источников (таких как SGTE, CAMPADA, ССТ, ThermoTech, NPL, NIST, MIT, TheoreticalGeochemistryGroup и т.д.). Такие базы данных используют различные термодинамические модели для каждой фазы в составе гетерогенной системы [62]. В настоящий момент, существующие базы данных Thermo-Calc содержат информацию о широком спектре материалов, включая стали, сплавы, керамику, расплавы, стекла и многие другие системы.
В данной работе при расчете использовалибазу данных TCFE4. Дата релиза базы - май 2006 года. Данные, входящие в состав 6a3brTCFE4, содержат данные одвойных и.некоторых тройных системах, содержащих до 20 элементов. База данных пригодна для исследования различных сталей с минимальным содержанием железа 50 (вес.)% и сплавов, в составе которых содержатся элементы в предельном отношении, указанном в таблице 2.1.
В 4-ой версии TCFE релиза TCS добавлено больше уточненной информации об образовании карбонитридов и нитридов на основе V, Nb и Ті, возникающих в композициях высокохромистых сталей. Программный продукт позволяет также изучить влияние углерода и азота в интересующих пределах, как это показано в главе 1. Он также позволяет определить влияние кобальта на фазовый состав разрабатываемых композиций.
Кроме того, Thermo-Calc позволяет количественно оценить изменение выделяющихся фаз, что важно с точки зрения прогноза возможной смены механизма упрочнения.
Таким образом, программа Thermo-Calc позволяет предсказать фазовы-деление при заданных параметрах: химическом составе и температуре. И, следовательно, можно выбрать наиболее эффективно составы композиций с необходимыми упрочняющими фазами для проведения экспериментов по изготовлению образцов новых сталей. Определенные экспериментальные трудности вызывает также необходимость такого попадания в заданное содержание углерода (0,10; 0,02% и менее 0,01%).
Выплавка опытных плавок. При выплавке образцов стали технология выплавки должна обеспечивать максимально точное попадание в заданный анализ, минимальным количеством серы, фосфора, неметаллических включений, формирование однородной кристаллической структуры.
Технологические процессы выплавки хромистых сталей изучены достаточно подробно. Они известны склонностью к поглощению водорода из атмосферы и «водородному росту», зависимость сложного состава неметаллических включений и микроструктуры от концентраций легирующих элементов [58, 60].
Стали, исследуемые в этой работе, отличались нестандартным поликомпонентным легированием хромистого расплава марганцем, молибденом, вольфрамом, кобальтом, легированием азотом, и бором.
Особенности новых сталей, отличающие их от обычно применяемых 12% хромистых сталей, является чрезвычайно низкие содержания в них элементов, применяемых в качестве раскислителей. Получение в стали низкого содержания кремния и алюминия, серы, фосфора и некоторых цветных металлов является сложной технологической задачей. В лабораторных условиях при плавке в индукционных печах она может быть решена только одним путем - подбором шихтовых материалов с низким содержанием нежелательных элементов, тщательным взвешиванием материалов, строгим соблюдением шлакового и температурного режима. Раскислители вводили максимально быстро под хорошо сформированный и раскисленный шлак.
В связи с этим при подготовке к выплавке сталей был проведен подбор шихтовых материалов, обеспечивающих минимальное содержание в стали кремния, серы, фосфора и примесей цветных металлов.
Теоретическая оценка влияния состава базовых композиций на процессы массопереноса и образования упрочняющих фаз
Вполне очевидно, что, варьируя содержание углерода и азота, можно контролировать процесс выделения упрочняющих фаз в соответствии с концентрационными линиями, отображенными на рисунке. Снижая содержание углерода от 0,1 %, уменьшается количество образующегося карбида типа М2зС6, а при пересечении линии 3 в направлении уменьшения содержания углерода и вовсе удается избежать его образования. Таким образом, с точки зрения улучшения-свойств стали за счет получения нужного фазового состава наиболее интересной является область Е, показанная на рисунке 3.2, в которой в состоянии равновесия отсутствуют фазы, М2зС6, и карбидов ниобия, взамен которых в качестве упрочняющей фазы образуются нитриды ванадия и ниобия. Следует отметить, что в.промышленности область Е труднодостижима, поэтому при поиске оптимального фазового состава следует варьировать элементы в области В, в которой в качестве упрочняющих фаз присутствуют относительно малое количество карбида типа М23С6, а доминирующими являются нитриды ванадия и ниобия. Не следует выходить из этой области выше линии 4, когда начинается образование нитрида хрома, который оказывает отрицательное влияние на прочностные характеристики стали, т.е. содержание азота тоже следует ограничивать.
При проведении расчетов фазового состава для системы, содержащей в своем составе Со, также как и на рисунке 2.1, представленном ранее, - на изотермическом разрезе при 650С, показаны области существования фаз в зависимости от содержания в системе углерода и азота (рисунок 3.3). Как видно из диаграммы рабочая область для стали составом 2 лежит в области В. По результатам расчетов в состоянии равновесия для сплава состава 2 наблюдается присутствие следующих фаз: В области А в состоянии равновесия помимо вышеперечисленных фаз, присутствующих в области В, также образуется раствор внедрения на базе ГЦК решётки с элементами внедрения (Nb и С)с последующим выделением карбида ниобия NbC, область существования которого определяется концентрационной кривой 1 (см. рисунок 3.2). В области С, выше кривой 4 помимо фаз обнаруженных в области В, присутствует твердый раствор внедрения на основе хрома, имеющий гексагональную плотноупакованную решетку.
Как видно из рисунка 3.3, изотермический разрез для системы 2 имеет такой же вид, что и для системы соответствующий составу стали 10Х9В2МФБР. Из анализа полученных результатов расчета в Thermo-Calc for Windows следует, что экспериментальный поиск оптимального фазового состава сталей на базе стали 10Х9В2МФБР в области В, т.е. стремясь к достижению преимущественно нитридного характера упрочнения, необходимо вести, варьируя содержание азота в стали в пределах от 0,03 до 0,09 (вес.)% и уменьшая содержание углерода. В таблице 3.2 с помощью расчета показано количественное изменение содержания упрочняющих фаз при уменьшении содержания углерода от 0,10% до 0,005% при незначительном изменении азота. Очевидно, что происходит значительная эволюция составов упрочняющих фаз. Если при содержании 0,1% углерода доминирующей фазой является карбид типа МегбСб (1,61% по массе), карбонитридная и нитридная фаза содержатся в незначительном количестве. при содержании углерода 0,005% преобладающей по массе является нитридная фаза (0,41%), а карбиды и карбонитриды являются миноритарными составляющими. Хотя при этом относительный вес карбонитридов возрастает. Важно подчеркнуть, что мольная доля упрочняющих фаз, т.е. фактическая мера количества частиц; меняется относительно мало: мольная доля карбидов составляет около 0,1-0,12 при 0,16% углерода, доля нитридов -0,15-0,18 при 0,005% углерода. Увеличение мольной доли нитридов с учетом их значительно меньшего молекулярного веса свидетельствует о том, что по количеству этих выделений много больше, чем карбидов. 3.2 Разработка экспериментальных составов образцов стали Анализ литературных данных, исследование влияния содержания-углерода, азота и кобальта на качественный и количественный состав поликомпонентной 9%-ной хромистой стали подтвердил правильность основных направлений модернизации ее состава и области теоретических и экспериментальных исследований: - изменение содержания углерода в направлении его уменьшения; - изучение целесообразности легирования азотом до уровня его «композиционной устойчивости» (около, 0,09%). Расчет композиционно устойчивого азота приведен далее;
Изучение кратковременных механических свойств и ударной вязкости
Из обобщённых данных (рис. 3.8 г) видно, что среднеуглеродистые 9%-ые хромистые стали характеризуются довольно интенсивным увеличением твёрдости до 550С, а потом резким снижением этой характеристики. Безуглеродистая сталь практически не изменяет своей твёрдости до 550-650С и лишь при более высоких температурах начинает разупрочняться. При этом скорость снижения твёрдости значительно ниже, чем в предыдущих случаях. При температурах 730-750С твёрдость обеих групп сталей становится одинаковой и достигает требуемой величины 210-250 НВ.
Второе отличие заключается в том, что безуглеродистая сталь имеет существенно меньшую твёрдость. Оба этих показателя указывают на обеспечения высокой жаропрочности низкоуглеродистой стали. Это, как будет показано далее, связано с изменением механизма упрочнения с карбидного или смешанного на нитридный и изменением доминирующего размера упрочняющих частиц.
Необходимо также указать, что наблюдается некоторая связь между суммарным содержанием углерода и азота. Там, где сумма этих элементов составляет 0,15% (сталь 10Х9В2МФБР, верхняя кривая на рисунке 3.86), твёрдость колеблется от 390 до 420 НВ. При суммарном содержании этих элементов ниже 0,1% твёрдость не поднимается выше 380 НВ. Следует подчеркнуть, что в безуглеродистом металле она не поднимается выше 300 НВ.
При исследовании влияния углерода в композициях без кобальта (плавка 3 и результаты работы [104]) общий характер зависимости твёрдости от температуры не изменяется. Можно отметить только некоторое абсолютное снижение значений НВ при значительном уменьшении углерода (с 0,097% до 0,018%). При введении кобальта при всех исследованных содержаниях углерода можно отметить тенденцию к смещению максимума твёрдости в сторону более высоких температур. Изменение содержания вольфрама (до 3%) на ходе температурных кривых твёрдости не сказалось. Следует только указать на некоторое повышение абсолютных значений НВ (рисунок 3.8в).
Фотографии тонкой структуры после отпуска при электронномикро-скопического исследования приведены на рисунке 3.6. Выделяющиеся при отпуске стали нормализованной с температур 1150С карбиды М2зС6 декорируют границы реек и блоков. Средний размер карбидов составляет 136 нм (рисунок 3.6а): Исследованный-интервал температур нормализации 1050С-1150С не повлиял на размер ( 5-30 нм) и распределение нитридов MN, выделяющихся внутри мартенситных кристаллов. По результатам расчёта определены температуры Асіи Ас3 для опытных составов, таблица 3.8. Положение критических точек в исследованных композициях при уменьшении углерода от 0,1% до 0,005% изменяется слабо. Проведенные исследования с учетом-положения критических точек показали, что оптимальным режимом» термической обработки, образцов всех опытных плавок является: нормализация с 1030С-1050С и отпуск при температуре 750-770С. Таким образом, показано, что элементом, определяющим характер изменения і «горячей» прочности в 9%-ных хромистых сталях, является углерод при его содержании менее 0,01% изменение свойств начинается только после 650С, т.е. на 100С выше, чем в среднеуглеродистых образцах. В таблице 3.9 и на рисунке 3.10 представлены результаты измерений механических свойств при кратковременном разрыве металла опытных плавок при различных температурах (от +20С до +700С). В исследуемых образцах был получен необходимый уровень прочности при- температуре7 20С(о"ь 600МПа; а0(2 400МПа). Заданный уровень пластичности (8 13%) получен также во всех образцах опытных плавок с содержанием азота до0,07% и бора до 0,01%. На рисунке 3.9 можно отметить, что прочностные свойства опытных 9%-ных хромистых сталей-при 20С слабо зависит от содержания таких легирующих элементов, как углерод, азот и борг С повьппением температуры происходит дифференциация, поведения сталей в зависимости от содержания углерода:
