Содержание к диссертации
1. КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЕ СТАЛИ АУСТЕНИТНОГО И МАРТЕНСИТНОГО КЛАССОВ: ФАЗОВЫЙ СОСТАВ, КОРРОЗИОННЫЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР) 7
1.1. Основы коррозионной стойкости и общая классификация коррозионно-стойких сталей
1.2. Некоторые области применения коррозионно-стойких сталей 8
1.3. Мировое производство и потребление коррозионно-стойких сталей в настоящее время
1 А Интерметаллидные и карбидные фазы в коррозионно-стойких сталях 9
1.4.1. Интерметаллидные фазы, выделяющиеся в коррозионно-стойких сталях
1.4.1.1. Сигма-фаза (а) 10
1.4.1.1.1. Основные особенности а-фазы. Электронные концентрации
1.4.1.1.2. Кристаллическая структура 13
1.4.1.1.3. Практическая значимость изучения сигма фазы 14
1.4.1.1.4. Факторы, влияющие на образование а-фазы в нержавеющих сталях
1.4.1.1.5. Влияние а-фазы на свойства 17
1.4.1.1.6. Свойства а-фазы 18
1.4.1.2. Хи-фаза(х) 20
1.4.1.3. Фазы Лавеса С"П) 24
1.4.1.4.0-фаза 25
1.4.2. Карбидные фазы, выделяющиеся в коррозионно-стойких сталях 26
1.5. Высоколегированные аустенитные хромоникелевые стали
1.5.1. Коррозия аустенитной хромоникелевой стали 27
1.5.2. Влияние легирующих элементов на свойства аустенитной хромоникелевой стали
1.5.3. Холодная пластическая деформация в сталях с ГЦК решеткой 31
1.5.3.1. Процессы, протекающие в хромоникелевых аустенитных сталях при холодной пластической деформации
1.5.3.2 Изменение формы зерен и их кристаллографической ориентировки при холодной пластической деформации в аустенитной стали 32
1.5.3.3. Изменение свойств аустенитной стали при холодной пластической деформации 34
1.5.4. Термическая обработка хромоникелевых аустенитных сталей 35
1.5.4.1. Виды термической обработки хромоникелевых аустенитных сталей
1.5.4.2. Влияние нагрева на структуру и свойства аустенитной стали 36
1.5.4.3. Влияние нагрева на структуру и свойства аустенитной стали, подвергнутой холодной пластической деформации 41
1.6. Свариваемые мартенситные стали 43
1.6.1 .Элементы, входящие в состав CMC
1.6.1.1. Хром
1.6.1.2. Молибден 44
1.6.1.3. Углерод и азот 45
1.6.1.4. Титан 46
1.6.1.5. Никель 47
1.6.1.6. Фазовый баланс в системе Fe-Cr-Ni-Mo с 0.01%С
1.6.1.7. Другие элементы 48
1.6.2. Фазы, присутствующие в CMC и их механические свойства 49
1.6.2.1. Мартенсит
1.6.2.2. Остаточный аустенит 51
1.6.2.3.5-Феррит 56
1.6.3. Влияние ТО на структуру и механические свойства CMC 57
1.6.4. Коррозионная стойкость CMC и сталей близких составов
1.6.4.1. Коррозионная стойкость в среде с высоким содержанием хлоридов
1.6.4.2. Коррозионная стойкость в морской воде, насыщенной кислородом и СОг
1.6.4.3. Устойчивость CMC к сульфидному растрескиванию под напряжением
1.7. Постановка задачи исследования 64
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 66
2.1. Исследуемые сплавы
2.2. Термическая обработка исследуемых сплавов
2.3. Методика исследований 68
2.3.1. Оптическая металлография
2.3.2. Электролитическое выделение анодного осадка
2.3.3. Методика механических испытаний 69
2.3.4. Растровая электронная микроскопия 70
2.3.5. Определение объемной доли фаз по данным металлографии
2.3.6. Просвечивающая электронная микроскопии
2.3.7. Рентгеноструктурный фазовый анализ
2.3.8. Дилатометрические исследования
2.4. Вычисление погрешности измерений
3. ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ ОТПУСКЕ И НАГРЕВЕ В МКИ СВАРИВАЕМЫХ МАРТЕНСИТНЫХ СТАЛЕЙ
3.1. Структура и фазовый состав CMC в закаленном состоянии
3.2. а - у-превращение в CMC
3.2.1. а — у-превращение при нагреве
3.2.2. у — а -превращение при охлаждении
3.3. Выделение интерметаллидов в свариваемых мартенситных сталях
3.3.1. Выделение G-фазы в CMC
3.3.2. Выделение Ni3Ti в CMC
3.3.3. Выделение фазы Лавеса FciMo в CMC
3.4. Влияние фазового и структурного состава CMC на механические свойства
3.5. Выводы
4. ВЫДЕЛЕНИЕ СИГМА-ФАЗЫ В ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ АУСТЕНИТНЫХ ХРОМОНИКЕЛЬМОЛИБДЕНОВЫХ СПЛАВАХ
4.1. Сравнение механических свойств, структуры и фазового состава сплавов ЭК77 и ТМК-С после горячего прессования
4.1.1. Структурный и фазовый состав сплава ЭК77 после горячего прессования и охлаждения на воздухе
4.1.2. Микроструктура сплава ТМК-С после после горячего прессования и охлаждения на воздухе
4.1.3. Сравнение механических свойств сплавов ЭК77 и ТМК-С после горячего прессования
4.2. Исследование влияния параметров изотермической выдержки на структуру и фазовый состав сплава ЭК77. С-образная диаграмма выделения ст- фазы из аустенита в сплаве ЭК77
4.3. Выделение интерметаллидной фазы в сплаве ТМК-С
4.3.1. Идентификация интерметаллидной фазы, выделяющейся в сплаве ТМК-С
4.3.2. Выделение ст-фазы в сплаве ТМК-С после ГП и отжига
4.3.3. Выделение ст-фазы в сплаве ТМК-С после ХПД и отжига
119 4.3.3.1. Выделение ст-фазы в сплаве ТМК-С после ХПД со степенью е=Ю,4 и отжига
4.3.3.2. Выделение а-фазы в сплаве ТМК-С после ХПД со сте- 128 пенью е=1,22 и отжига
4.3.4. С-образная диаграмма выделения а-фазы из аустенита в сплаве 133 ТМК-С с различными степенями ХПД
4.4. Выбор материала и режима обработки для получения свойств, требуемых для группы прочности PI 1 по API 5СТ
4.4.1. Влияние степени ХПД на механические свойства сплавов ЭК77 136 и ТМК-С
143
4.4.2. Влияние отжига после ХПД на механические свойства сплава ТМК-С
4.5. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
Введение к работе
В современном мире коррозионно-стойкие стали и сплавы — один из наиболее важных и применяемых классов материалов. Значение этих материалов очевидно при анализе области их применения - от кухонной утвари до космической техники. При вездесущности нержавеющих сталей в нашей повседневной жизни сложно перечислить все области их применения.
Основным легирующим элементом, обеспечивающим коррозионную стойкость металла, является хром. Хром обладает свойством создавать защитную пассивную оксидную пленку на своей поверхности и распространяет это свойство на сплавленные с ним элементы. Таким образом, нержавеющие стали обязаны своей коррозионной стойкостью именно хрому, которого необходимо как минимум 10,5масс.% для образования на поверхности сплава тонкой, плотно прилегающей, непрерывной оксидной пленки. Точный состав такой пленки трудно определить, но во всех случаях она содержит оксиды хрома (III), (IV) и (VI) в, различных пропорциях. Парадоксально, но эта пленка образуется путем быстрой коррозии поверхности стали. Но однажды установившись, она значительно понижает скорость дальнейшего окисления, действуя как изолирующий барьер между металлом и коррозионнй окружающей средой. Сталь, таким образом, оказывается в пассивном состоянии. Но чтобы сталь могла оставаться стойкой к коррозии в более неблагоприятных средах (к примеру, влажная или загрязненная атмосфера) необходимо более высокое содержание хрома. [1, 2]
Тогда как система железо хром является основой, современные нержавеющие стали содержат кроме этого набор легирующих элементов, которые улучшают специфичные свойства материала. Например, молибден повышает стойкость к питинговой коррозии, никель — стабилизирует аустенит.
В нержавеющих сталях возможны три основных типа микроструктуры: ферритная, аустенитная и мартенситная. Эти микроструктуры можно получить соответствующим регулированием химического состава. В зависимости от типа микроструктуры стали делятся классы: 1) ферритные нержавеющие стали; 2) аустенитные нержавеющие стали; 3) мартенситные нержавеющие стали; 4) двухфазные (аустенито-ферритные) нержавеющие стали; 5) дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали; 6) Мп-ГчГ замещаемые нержавеющие стали. Стали разных классов обладают, соответственно различными свойствами. Эти свойства изучаются уже длительный срок, и результаты подробно изложены в литературе [2-4].
