Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор
1.1. Легкоплавкие примеси в сталях и сплавах . 8
1.2. Распределение свинца в слитке 17
1.3. Влияние свинца на микроструктуру жаропрочных и нержавеющих сталей 19
1.4. Влияние свинца на технологическую пластичность и свойства высоколегированных сталей и сплавов 22
1.5. Модели механизма влияния свинца на пластичность стали 30
1.6. Способы нейтрализации вредного влияния свинца 32
1.7. Технологические особенности выплавки и горячей обработки нержавеющей стали Ю(20)Х23Н18 38
1.8. Постановка задачи исследования 42
2. Материал и методики проведения исследования
2.1. Материал исследования 46
2.2. Методика проведения испытаний на горячее скручивание 53
2.3. Методика проведения исследований на высокотемпературной установке типа ИМАЛІ 55
2.4. Определение механических свойств стали I0X23HI8 56
2.5. Методы исследования структурообразования стали I0X23HI8 после литья, деформации и последефор-мационного нагрева 57
2.6. Исследование неметаллических включений в стали 59
2.7. Методика проведения спектрального анализа для определения в стали малых количеств легко плавких элементов 50
3. Влияние микродобавок свинца на структуру и свойства литой стали І0Х23НІ8
3.1. Распределение свинца в литом слитке 61
3.2, Влияние микродобавок свинца на строение и горячую пластичность литой стали 67
4. Влияние микродобавок свинца на структуру кованой нержавеющей аустенитной стали І0Х23НІ8
4.1. Морфология включений свинца в стали І0Х23НІ8. 74
4.2. Влияние микродобавок свинца на величину зерна аустенита кованой стали в исходном состоянии и в процессе нагрева 78
4.3. Влияние микродобавок свинца на распределение и количество карбидной фазы в стали І0Х23НІ8. 91
4.4. Влияние микродобавок свинца на характер неметаллических включений в стали І0Х23НІ8. 107
5. Влияние микродобавок свинщ на свойства стали І0Х23НІ8
5.1. Влияние примеси свинца на качество поверхности и горячую пластичность промышленной стали I0(20)X23HI8 116
5.2. Влияние микродобавок цинка, олова на качество поверхности и пластичность кованых слитков синтетической стали І0Х23НІ8 119
5.3. Влияние микродобавок свинца на качество поверхности и пластичность кованых слитков стали I0X23HI8 123
5.4. Испытание на ударную вязкость при комнатной, повышенной и пониженной температурах стали I0X23HI8 с микродобавками свинца 135
5.5. Влияние свинца на механические свойства стали I0X23HI8 в области повышенных температур
5.6. Влияние микродобавок свинца на механические свойства стали в области высоких температур 151
б. Способы нейтрализации отрицательного влияния микродобавок свинщ на горячую пластичность и структуру стали I0X23HI8
6 1. Влияние микродобавок редкоземельных и других металлов на горячую пластичность стали I0X23HI8 163
6.2. Влияние микродобавок редкоземельных и других металлов на структуру стали I0X23HI8 167
6.3. Влияние микродобавок редкоземельных и других металлов на характер неметаллических включений 170
6.4. Разработка рекомендаций и внедрение результатов исследования в производство 181
Заключение
Литература
Приложения..
- Распределение свинца в слитке
- Методика проведения испытаний на горячее скручивание
- Влияние микродобавок свинца на строение и горячую пластичность литой стали
- Влияние микродобавок свинца на величину зерна аустенита кованой стали в исходном состоянии и в процессе нагрева
Введение к работе
В связи с интенсивным развитием современной техники проблема повышения качества выпускаемой стали становится все более важной.
В материалах ХХУІ съезда КПСС / I / указывается, что главными направлениями дальнейшего развития черной металлургии являются: улучшение качества металлопродукции» экономное использование металла и наращивание производства стели, в том числе путем развития электросталеплавильных методов. Отмечается, что для решения этих задач необходимо обеспечить более полное использование и качественную подготовку лома черных металлов Применение металлолома и ферросплавов в электросталеплавильном производстве высоколегированных сталей часто способствует загрязнению металла легкоплавкими примесями цветных металлов. Поэтому одно из направлений решения проблемы повышения качества высоколегированной стали связано с устранением отрицательного влияния вредных примесей и, в частности свинца, попадающего в металл из шихтовых материалов.
Свинец является наиболее вредной примесью для высоколегированных хромоникелевых аустенитных сталей.
Он отрицательно влияет на горячую пластичность /2, 5, 24 /, качество поверхности стали, существенно ухудшает жаропрочность, жаростойкость, термостойкость и коррозионную стойкость нержавеющих и жаропрочных хромоникелевых сталей и сплавов / 2, 8, 33, 46, 49, 63, 65 /. Вредное влияние свинца сказывается уже при малых его содержаниях (до 2"-3 • 10- в стали / 24, 59 /.
Однако сведения о поведении и причинах отрицательного влияния свинца на горячую пластичность и свойства высоколегированных хромоникелевых аустенитных сталей противоречивы /2, 8, 30, 33, 34 / и не полны / 8, 34-36 /. Недостаточно изучено влияние евин ца на деформируемость указанных сталей в области повышенных температур, а именно: 1200 - 1300°С. Литературных данных о влиянии свинца на структуру стали очены мало / 2, 8 /. До сих пор оста-ются дискуссионными вопросы о механизме влияния свинца на структуру и свойства нержавеющих хромоникелевых сталей и о том, в каком виде он присутствует в сталях и как распределяется по сечению литого слитка при малом его ( до 0f02% ) содержании.
Для решения этих вопросов необходимы дополнительные экспериментальные данные.
Выяснение механизма влияния свинца поможет устранить его отрицательное влияние на горячую деформируемость сталей и уменьшить процент брака по качеству поверхности высоколегированных сталей и сплавов. Известно положительное влияние редкоземельных и других металлов на горячую пластичность и структуру высоколегированных сталей. Однако для конкретных марок нержавеющих аусте-нитных хромоникелевых сталей ( типа 25-20 ), содержащих примеси свинца, не установлены ни состав добавок РЗМ, ни их оптимальное количество Недостаточно изучено влияние микродобавок на диффузионные характеристики примесей, активность компонентов сложнолегирован-ных сталей, не найдено физико-химическое обоснование комплексного микролегирования РЗМ, ЩЗМ и др. элементами.
В работе исследовано влияние свинца в количестве до 0,02% на горячую пластичность и механические свойства стали I0X23HI8 в интервале температур 20 - 1300°С. Показано, что свинец понижает горячую пластичность стали во всем интервале температур, особенно при температуре 1300°С.
В работе изучены морфология включений свинца и его распределение в литом слитке, а также его влияние на формирование структуры после отливки, горячей деформации-ковки и при нагреве стали. Т.к. в литературе отсутствуют данные о механизме влияния свинца на структуру и свойства нержавеющих аустенитных сталей, то автором сделана попытка описать механизм влияния свинца.
С целью нейтрализации вредного влияния свинца опробованы микродобавки: В + Са, В + Са + Се и отдельно церия и циркония.
Установлено, что ослабляет отрицательное влияние свинца на горячую пластичность стали I0X23HI8 комплексная микродобавка В + Са + Се, а нейтрализует - циркония в определенном количестве.
Полученные результаты позволили внедрить конкретные мероприятия по оптимизации процессов прокатки аустенитных хромонике-левых нержавеющих сталей и улучшить качество их поверхности.
Работа выполнена на кафедре металловедения Уральского политехнического института и кафедре теоретической физики Новокузнецкого государственного педагогического института.
Практическая часть работы по внедрению предложенных рекомендаций выполнена на Кузнецком металлургическом комбинате в электросталеплавильном и прокатном цехах.
Распределение свинца в слитке
Авторами работ / 33, 34 / авторадиографическим методом и методом контактной микрорентгенографии было показано, что свинец в высоколегированной хромо-никелевой литой стали располагается по границам и междуосным пространствам дендритов. Под действием деформации он приобретает строчечное распределение, которое не изменяется от поеледащегоотжига. в отожженном металле свинец также располагается по границам первичных кристаллов в виде сетки, состоящей из отдельных включений размером 2-3 мкм. Однако последние данные о распределении свинца не согласуются с результатами другой работы / 30 /, авторы которой высказали сомнение по поводу того, что межкристаллитное разрушение никеля обусловлено присут ствием свинца в свободном виде на границах, поскольку ими не обнаружено вторых фаз на границах зерен даже в сплавах с максимальной его концентрацией. Приданцевым М.В. / 2 / методом спектрального анализа было изучено распределение примеси свинца (0,03%) по высоте и по сечению 5-ти кг слитка стали Х25Н20. Установлено, что свинец достаточно равномерно распределяется в объеме слитка и не дает значительной зональной ликвации. Так отклонения, причем незакономерные, в результатах спектрального анализа не превышали 0,01%.
В работах /17, 43 / наиболее детально изучено распределение свинца (0,1 - 0,2%) в 1,3 и 6-ти тонных слитках конструкционной стали 45Г2, А35Г2, ACI4. Установлено, что свинец достаточно равномерно распределяется в слитке, однако он склонен к образованию дендритной и зональной ликвации в стали. Распределение и строение ликвационных зон изучали с помощью металлографического, химического анализов и метода получения отпечатка на распределение свинца по Врэггу / 44 /. Были обнаружены две зоны неоднородности по свинцу. Первая зона / 17 / представляет собой корочку бессвинцовистого металла. Толщина этой корочки уменьшается по мере удаления от низа слитка. Вслед за бессвинцовистой корочкой располагается зона точечной свинцовой неоднородности донной части слитка, которая представляет скопления частиц недорастворив-шегося свинца.
Образование краевой точечной свинцовой неоднородности происходит, вероятно, при направленном росте дендритов, а именно при росте столбчатых кристаллов, когда возможен захват опускающихся и непопавших в струю металла капелек свинца кристаллизующимся металлом.
Такое представление о механизме образования краевой точечной свинцовой неоднородности подтверждается возрастанием дефект ности с повышением развеса слитков, отливаемых сверху / 17 /.
Кроме указанных характерных особенностей распределения свинца, следует отметить появление отдельных крупных скоплений свинца в нижней части слитка, происхождение которых авторы / 17 / связывают с оседанием недорастворившихся частиц и дробинок свинца, увлекаемых при этом струей металла к низу слитка. Иногда в слитке обнаруживаются шнуры свинца / 17 /, часто сопровождаемые шлаковыми экзогенными включениями. Наибольшее развитие дендритной ликвации выявляется в верхней части слитков.
Появление зональных скоплений свинца в слитке стали А35Г2 обеспечено его значительным содержанием (ОД - 0,2%) в конструкционных сталях. Вероятно, свинец, при его содержании меньшем в десятки раз, будет ликвировать в меньшей степени / 2 / и давать другую картину распределения свинца. Ответ на этот вопрос требует дополнительных экспериментальных данных.
В литературных данных / 34, 42, 45 / встречаются разногласия в представлениях о форме и размерах частиц свинца, присутствующих в стали. Поэтому возникла необходимость в более тщательном изучении этого вопроса. Для этого была разработана специальная методика / 17 /, которая позволила изолировать частицы свинца от матрицы. В указанной работе были исследованы форма и размеры частиц свинца в 6.2 т слитках стали АС35Г2.
Показано, что размер частиц металлического свинца возрастает от 0,5 - 8 мкм у периферии слитка до 0,5 - 30 мкм в его осевой зоне. Основную массу свинца / 90%/ составляют частицы размером от 3 мкм и больше. Частицы могут быть глобулярными, в виде капель и вытянутыми с размером осей 3-20 мкм. Большие оси таких частиц ориентированы преимущественно вдоль оси слитка. Причем, глобулярные мелкие включения от 3 мкм и меньше равномерно распределены в объеме металла и не связаны с неметаллическими включениями. В разных по высоте горизонтах 6-ти тонного слитка существенной разницы в форме и размерах частиц свинца не обнаружено.
Связь размера включений свинца с условиями криоталлизации установлена в работах /20, 21 /. Чем выше скорость кристаллизации, тем меньше частицы свинца. Размер частиц в твердом металле зависит от технологии введения свинца в жидкую сталь / 19 /.До сих пор остается дискуссионным вопрос о том, в каком виде свинец присутствует в стали.
Минимальное сродство свинца к кислороду и к сере по сравнению с железом, марганцем и т.д. затрудняет образование соединений с компонентами, входящими в состав стали / 17, 46 /.
Поэтому многие авторы считают, что свинец обычно встречается в металле отдельно в форме микровключений / 19, 42, 45 / или в виде оболочек окружающих неметаллические включения / 6, 47,48/,на сульфидах /49, 50, 47 / или на межфазных границах карбид-свинец, неметаллическое включение-свинец /6, 47 /.
Было установлено /45, 51, 52 /, что свинцовистые крупные включения по химсоставу не чистые. В них растворяются такие элементы как: цинк, сурьма, олово, висмут, мышьяк. С повышением содержания свинца в свинцовистых фазах закономерно увеличивается растворимость сурьмы и мышьяка. Конечные свинцовистые включения в сталях могут меняться по химическому составу, а растворение тех или иных примесей в свинце / 42 / ведет к изменению температуры его плавления и объемных параметров при превращении фаз свинца.свинца (до 0,15 - 0,4%), свинец при
Методика проведения испытаний на горячее скручивание
Пластичность стали I0X23HI8 в интервале температур горячей обработки давлением (95Q-I300C) определяли методами одноосного растяжения и скручивания . Так как метод скручивания считается вполне достаточным для выбора режимов прокатки и имеет высокую чувствительность показателей и их надежность к структурным превращениям / 57, 60-62, 122-123 /, то эти причины определили выбор горячего скручивания в качестве основного метода определения пластичности сталей при высоких температурах.
Для того, чтобы исключить влияние скорости деформации на показатели пластичности и механизм деформации, испытания проводились со скоростями, эквивалентными скорости прокатки (0,2 -- 0,5 х 10 сек. ). Средняя скорость деформации при кручении определялась / 124 / из уравнения:где oL f 1/0 - диаметр и длина образца,М - скорость вращения рабочего захвата ( \ =1,33 сек ).
Испытания на горячее скручивание образцов стали І0Х23НІ8 проводили на машине для кручения типа К-3. Машина снабжена еили-товой печью, позволяющей получить температуру в рабочем пространстве до І400С. В процессе испытания при помощи усилителя ТА-5 и осциллографа Н04ІУ4.2 осуществлялась запись крутящего момента и отметок числа оборотов до разрушения с точностью до 0,2 оборота. Скорость вращения активного захвата 1,33 сек , второйк В разработке методики испытания на горячее кручение принимал участие доц., к.т.н. Ростовцев А.Н. о представляющую собой предельную степень деформации в моментразрушения при скручивании за П оборотов, усредненную по длинеобразца Со диаметром d /123, 125-126/ или число скручиванийдо разрушения ( показатель пластичности ).
С целью фиксации высокотемпературной структуры исследуемых сталей испытания проводились при постоянной нагрузке, создающей осевое натяжение, под действием которого после разрушения образца одна из его половинок, помещенная в неподвижный захват, шар-нирно -закрепленный в держателе, не позднее чем через 0,5-Ю,8 сек. закаливалась в воде, находящейся в баке. Незначительное время,не-обходимое для закалки образца, позволяло зафиксировать его высокотемпературную структуру.
Температура образца контролировалась при помощи платино-пла-тинородиевой термопары, находящейся во время опыта в контакте с образцом, и потенциометра ПП-63.
Нагрев образца производился со средней скоростью 50-0С в мин. Время выдержки при температуре испытания подбиралось таким образом, чтобы образец полностью прогрелся по сечению и находился бы в стабильном состоянии, то есть в нем должны успеть пройти все структурные и фазовые превращения.
В ряде работ /57, 127 / показано, что зависимость горячей пластичности от выдержки при температуре испытания имеет вид кривой с максимумом. Это позволило автору выбрать оптимальные выдержки для стали I0X23HI8,дающие максимальную пластичность при
Исследование на растяжение при температурах: 20С,Ю0-1300С проводилось на установке "Киргизстан" (ИШШ-5С-69), позволяющей осуществлять прямое наблюдение микроструктуры поверхности образцов и следить за протеканием процессов деформации и разрушения / 126-130 /. Испытания проводились в условиях безокислительного нагрева образцов в вакууме порядка 1-Ю 3Па постоянной скоростью деформирования, равной 54% в час на плоских образцах с поперечным сечением 2,5 х 2,5 тт. Предварительно на подготовленную элек-троотполированную поверхность образца на приборе для измерения микротвердости ІШТ-3 наносились отпечатки алмазной пирамидки или сетка.
Точность и надежность измерения пластических свойств материала методом реперных точек достаточно высоки и составляют 99%.
Измерение удельного электросопротивления образцов проводили на установке "Киргизстан" в процессе нагрева образцов.Запись электросопротивления велась шеститочечным потенциометром КСП-4.Удельное электросопротивление при температуре t вычислялось по формуле:где ({, - электросопротивление базового участка образца при температуре ; 50 - площадь поперечного сечения образца при t = 20С( поперечные размеры измерялись микрометром ); ь0 - расстояние между точками приварки потенциальных проводов (измерялось на инструментальном микроскопе) при 20С; L - средний для интервала 20С - { коэффициент линейного расширения; X - температура ( С ) При исследовании температурной зависимости электросопротивления нагрев образца вели с примерно одинаковой скоростью (20С в мин.). Охлаждение при выключенной печи.
Испытания стандартных образцов с 01 в 6 мм, С = 30 мм на растяжение при комнатной и рабочей ( t = 700С ) температурах стали I0X23HI8 проводили на разрывной установке Р-5, снабженной печью с силитовыми нагревателями.Образцы нагревались до заданной температуры, выдерживались при ней 10 мин. и затем деформировались. Усреднение данных проводили по 2-3 образцам на точку.
Ударную вязкость стандартных образцов ( -Ь & 55 мм, (X « 5мм, -О = Ю мм, TLгл#надр# = 2 мм, Й s 5мм ) с V -образным надрезом определяли на маятниковом копре типа МК-ЗОА.Для определения ударной вязкости при повышенных температурах образцы нагревались в печи, расположенной рядом с копром, выдерживались 10 мин. при L исп- + 50С, быстро переносились на копер и деформировались. Отклонения от температуры испытания не превышали І 8С.Испытания на ударную вязкость при пониженной температуре проводили согласно ГОСТа 9454-78. Образцы охлаждались в смеси этилового спирта и газообразной углекислоты ("сухого льда") до - 20С, «60С. Погрешность градуировки шкалы копра была не более 0, Щ от максимальной энергии удара маятника. При каждой заданной температуре разрушали по 3 образца.
Твердость по Роквеллу определяли по 3-5 измерениям на каждом закаленном образце по шкале В и нагрузке 100 кг. Определение микротвердости тела зерна аустенита и его границ на закаленных после нагрева и кручения образцов стали І0Х23НІ8 проводили на приборе ПМГ-3 с автоматическим нагружением и реле времени ( = в 10 сек. ) по 30-ти измерениям на точку и нагрузке 5 г. Средняя квадратичная ошибка в этом случае не превышала 2,5$.
Исследование микроструктуры исходных литых, кованых отожженных и закаленных с разных температур, после нагрева, деформации на растяжение и кручение образцов стали І0Х23НІ8 проводили на микроскопах БМИ-І5, нНеофот 21и при увеличениях от 20 до 900 и до 1200 раз с иммерсией.Для наблюдения и фотографирования микроструктуры образца в процессе испытаний на установке "Киргизстан" использовался высокотемпературный металлографический микроскоп МВТ, дающий увеличе
Влияние микродобавок свинца на строение и горячую пластичность литой стали
Влияние свинца на структуру литой стали I0X23HI8 изучали на двух слитках плавки № 1262 ( табл. 2.2 ). Первый слиток был выплавлен без микродобавок свинца, а второй со свинцом ( 0,01% р ).
Изучение макро- и микроструктуры показало, что свинец способствует увеличению равноосного зерна аустенита в среднем в 3 - 4 раза по сравнению со сталью без свинца ( рис.3.3). Строение равноосных зерен в стали без свинца и в стали со свинцом несколько отличается. Так, в стали со свинцом обнаруживаются в большом количестве зерна с полосчатым строением ( рис. 3,4 ), При больших увеличениях было установлено, что это области чередования зеренной структуры и полос из линий скольжения, которые вытравливаются в определенном направлении в пределах одного равноосного зерна литого слитка ( рис. 3.46).
Для стали без свинца характерно наличие мелких зерен или зерен с невыявленной дендритной структурой ( рис, 3.5а ). В стали со свинцом дендритные образования крупнее, во-вторых, четко вытравливаются их пограничные области ( рис, 3,5 а, б ), разнозернистость и рассыпанные границы дендри-тов ( рис, 3.5 в ).
Выявление карбидных и карбонитридных фаз в стали I0X23HI8 специальными методами травления в смеси соляной и азотной кислот позволило установить, что включений в стали со свинцом значительно больше, они меньше по размеру и часто выстраиваются в длинные строчки ( рис. З.б ).
Было установлено, что при испытании на растяжение эти карбидные образования выстраиваются в строчки вдоль направления деформации. Этот вид дефектов деформированной стали - (полосчатое выделение карбидов), который образуется вследствие дендритной и зональной ликвации карбидообразующих элементов, известен / 147 /,
Имеются данные / 148 /, что свинец относится к элементам,которые в жидкой стали присутствуют в зоне межкластерных разрывов. Свинец, находясь не в кластерах, а в межкластерных зонах, не будет влиять на процесс самопроизвольной кристаллизации, идущей путем образования зародышевых центров непосредственно в объеме жидкого металла, в то же время может и будет оказывать влияние на процесс несамопроизвольной кристаллизации, в которой важную роль могут играть неметаллические включения.
Хорошо известно, что свинец часто концентрируется на границе: неметаллическое включение - жидкий расплав, в этом случае прослойки жидкого свинца будут нейтрализовать ( дезактивировать ) включение и тем самым уменьшать число зародышевых центров при несамопроизвольной кристаллизации и, следовательно, увеличивать размер аустенитного зерна.
Таким образом, свинец,увеличивая размер равноосного зерна, увеличивает размер дендритов, способствует развитию неоднородности и огрублению структуры ( рис. 3.5 ). Как легкоплавкий элемент он располагается в междендритном пространстве или по границам дендритов /34/ и усиливает ликвацию компонентов стали. Ликвация некоторых элементов ( иь » Je » Nl , Si ) в стали I0X23HI8 сохраняется даже после горячей деформации.Так, в стали со свинцом ( 0,0018% ) по сравнению со сталью без свинца наблюдается больший разброс по содержанию основных элементов в матрице аустенита ( данные микрорентгеноспектрально-го анализа ):
Было изучено влияние свинца на горячую пластичность литой отожженной стали I0X23HI8. Средние данные по пластичности стали I0X23HI8 без свинца и со свинцом приведены в таблице -73 Свинец понижает горячую пластичность литой стали І0Х23НІ8 во всем исследуемом интервале температур ( 950 - 1300С ).
Таким образом, показано, что свинец склонен н образованию точечной краевой ликвации, что существенно может сказаться на качестве поверхности стали в процессе ее горячей обработки.Имеются все основнния полагать, что наблюдаемый разброс по содержанию свинца в основной массе литого слитка, будет оказывать влияние на формирование структуры горячедеформированного металла.
Особенностью влияния микродобавок свинца является то, что, присутствуя в межкластерных зонах еще в жидкой стали І0Х23НІ8, при кристаллизации он значительно влияет на характер последней, строение равноосных зерен, перераспределение элементов ( усиление ликвации ) и способствует огрублению структуры, развитию ее неоднородности и ухудшению свойств литой отожженной стали. - В настоящем разделе рассмотрено влияние микродобавок свинца на структурные изменения кованой нержавеющей стали I0X23HI8. Изучение микроструктура проводилось как методом обычной металлографии, так и тепловой микроскопии, а также путем фрактографи-ческого анализа. Параллельно проводилось измерение удельного электросопротивления при непрерывном нагреве, твердости, изменения параметра решетки аустенита стали I0X23HI8 в зависимости от температуры нагрева.в V -железе и твердых растворах на его основе для оценки влияния свинца на структу-рообразование и свойства нержавеющих аустенитных сталей типа 23-18 важное значение имеет морфология, распределение самого свинца в стали (возможность выделения свинца в свободном виде в теле или на границе зерен аустенита, возможность выделения на межфазных границах и на неметаллических включениях), возможность растворения свинца в неметаллических включениях и в V- - твердом растворе, образования свинцовистых интерметаллидных соединений.
При изучении распределения свинца применяли методы качественного микрорентгеноспектрального анализа и полуколичественного, которые проводились соответственно на микроанализаторах "Каме-ка -М5" и "Стереоскан-554-ІО".
Проведенные исследования показали, что свинец может присутствовать в стали в свободном состоянии в виде включений размером от 0,5 до 10 мкм глобулярной и вытянутой формы. Однако чаще встречаются включения свинца размером 1-3 мкм на границах и в теле
Влияние микродобавок свинца на величину зерна аустенита кованой стали в исходном состоянии и в процессе нагрева
Изучение влияния свинца на величину исходного зерна аустенита кованой стали проводили методом линейного анализа на структурном анализаторе "Эпиквант" по 1000 измерений. Исследование показало, что свинец способствует измельчению исходного зерна аустенита, причем в исследуемых пределах повышение содержания свинца непрерывно уменьшает средний диаметр аустенитного зерна, что следует из приведенных ниже данных:
Зерно в исходной стали как без свинца, так и со свинцом имеет "прерывистые" границы ( рис. 4.5,а и 4.5,6 ), которые очень плохо вытравливаются методом химического, электролитического, а также теплового травления. В стали со свинцом обнаруживаются вытянутые области из мелких зерен.
Для изучения структурных изменений в стали при нагреве кованые образцы подвергались нагреву в интервале температур 900 -- 1300С, 10-ти минутной выдержке при заданной температуре и последующему охлаждению в воде.
Для сравнения аналогичные исследования были выполнены на той же стали, не содержащей свинец.
Температурная зависимость изменения средней величины зерна аустенита стали без свинца и с микродобавками свинца приведена на рис. 4.6.
В свинецсодержащих сталях по сравнению со сталью без свинца наблюдается более мелкое аустенитное зерно при нагреве до высоких температур ( 1100 - 1250 С ), что указывает на замедляющее влияние свинца на рост зерна аустенита при нагреве. Однако, приведенные на рис. 4.6 данные относятся к среднему размеру аустенитного зерна. Представляло интерес изучение распределения аустенитных зерен в сталях с различным содержанием свинца: 0,001% ; 0,0018 % ; 0,004 % ; 0,014 % . Проведенное исследование по изучению распределения зерен по размерам показало, что при комнатной температуре наблюдается примерно нормальный закон распределения ( Гауссовская кривая ) ( рис. 4.7 ). При нагреве до 900 С нормальное распределение величины размеров аустенитных зерен сохраняется для стали, не содержащей свинец, в то время, как в стали с микродобавками свинца обнаруживается резко выраженная разнозернистость структуры аустенита, особенно, в стали с 0,004% свинца. В ряде случаев наблюдается образование гигантских аустенитных зерен (рис. 4,8). Дальнейшее увеличение температуры приводит к интенсивному росту зерна аустенита.
Изучение распределения аустенитных зерен по размерам в стали без свинца показало, что в интервале температур 20С, 900 -- П00С значительных отклонений от нормального распределения не наблюдается. Однако в температурной области 1200 - 1250С неоднородность зерна резко выражена ( рис. 4.9 ).
Изучение формирования структуры при нагреве в свинецсодержа-щих сталях показало, что свинец способствует измельчению зерна ( рис. 4.6 ) и образованию разнозернистости, которая наблюдается уже при нагреве до 900 - 950С. Наряду с участками крупных аустенитных зерен наблюдаются участки мелких зерен аустенита, которые имеют характер полос ( рис. 4.10,а-б). При дальнейшем повышении температуры до П00С вследствие развития собирательной рекристаллизации мелкие аустенитные зерна поглощаются крупными ( рис. 4.10,в ). В области температур 1200 - 1250С происходит медленный рост зерен, причем отмечается избирательный рост некоторых из них. Зерна растут очень медленно при 1200 - 1250С в сталях с большим содержанием свинца, а в стали с 0,014% свинца средний размер зерна аустенита при "t = 1250С даже меньше, чем при t= 1200С ( рис. 4.6, 4.Ы ). При температуре 1300С зерно аустенита значительно вырастает ( рис. 4.6 ).
Анализ гистограмм распределения аустенитных зерен по размерам показал, что в сталях со свинцом отклонение от нормального распределения наблюдается практически при всех температурах. Однако степень разнозернистости существенно зависит от содержания свинца и температуры нагрева. Так, в сталях, содержащих небольшие количества свинца ( приблизительно до 0,005% ), обнаруживается более высокая степень разнозернистости в области пониженных температур 900 - П00С. Следует отметить, что максимальная степень разнозернистости, которая может быть оценена отношением максимального ( J) ах ) и наиболее часто встречающихся ( J) ) размеров зерен / 123 /, была установлена в стали с содержанием 0,004% свинца и равна 17 ( рис. 4.12 ).Различие в размере аустенитных зерен в этом случае может достигать 20-30 раз и более ( рис. 4.8).В сталях, содержащих 0,0018%; 0,014% свинца, измельчение зерна в процессе нагрева ( рис. 4.13 ) обнаруживается при более низкой температуре - 900С, а не при 950С, как в сталях без свинца или с 0,001% свинца. Некоторое уменьшение величины зерна аусте-нита в стали I0X23HI8 при температурах 900 - 950С может быть следствием протекания первичной рекристаллизации, которую нам не удвлось зафиксировать с применением данного метода исследования изменения величины зерна при нагреве.
Формирование структуры в кованой стали может определяться протеканием процессов рекристаллизации первичной и собирательной, наличие которой возможно вследствие сохранения наклепа после проведения горячей деформации ( ковки ) и последующего охлаждения на воздухе сравнительно небольших объемов образцов. Большое влияние на формирование структуры аустенитного зерна может оказывать процесс выделения и растворения карбидных фаз выше температуры 900С ( см. раздел 4.3 ). Влияние свинца может быть обусловлено его задерживающим действием на процесс рекристаллизации, особенно собирательной, на процессы карбидообразования и растворения карбидов при высоких температурах.
Были измерены параметры решетки аустенита образцов стали, закаленных в интервале 900 - 1000С.Данные по изменению параметра решетки аустенита от температуры закалки приведены в таблице 4.1.
