Низколегированные малоперлитные стали.

Низколегированные малоперлитные стали — это низколегированные стали с низким содержанием углерода. Они содержат до 0,1% С, до 2 % Мn и дополнительно в разных сочетаниях ванадий (∼0,1 %), ниобий (∼0,06%), а иногда и молибден (∼0,15—0,3%). В этих сталях может также присутствовать алюминий (до 0,05%). Благоприятное сочетание свойств получается при содержании легирующих элементов в стали не более 2—3 %. Ванадий, ниобий, алюминий и частично молибден участвуют в образовании упрочняющей фазы на основе углерода и азота (∼0,005%). Азот не вводят в сталь специально; он в таком количестве обычно присутствует в ней. Поставляются малоперлитные стали по техническим условиям.

Эти стали используют для конструкций различного назначения. Их применяют взамен низколегированных нормализованных и термически упрочненных сталей для изготовления сварных конструкций в судо- и мостостроении, транспортном и химическом машиностроении, строительстве и трубопроводном транспорте для передачи нефти и газа. Высокий комплекс механических свойств, хорошие свариваемость и формуемость позволяют использовать малоперлитные стали для изготовления таких ответственных конструкций, как магистральные газопроводы, эксплуатируемые в районах Севера.

Влияние микролегирования наиболее эффективно реализуется в малоперлитных сталях при контролируемой прокатке. В результате такой обработки высокая прочность сочетается с высоким сопротивлением вязкому и хрупкому разрушению.

Контролируемая прокатка — это высокотемпературная обработка низколегированной стали, технология которой основана на определенном сочетании основных параметров горячей деформации:

  • температуры нагрева и конца прокатки;
  • суммарной степени, кратности деформации и ее величины при различных температурах, скорости охлаждения между проходами, и т. д.
В процессе прокатки с контролируемым режимом деформации структурные изменения в деформируемом металле протекают в три стадии. На первой стадии (>950 °С) в процессе деформации происходит рекристаллизация; на второй стадии (<950 °С) сталь упрочняется вследствие измельчения структуры и повышения плотности дислокаций; на третьей стадии (800—700 °С) происходит выделение дисперсных избыточных фаз, обусловленное легированием стали карбидо- и нитридообразующими элементами (Mo, Nb, V, Ti).

Режим нагрева слябов перед прокаткой назначают с учетом химического состава стали и требований к свойствам. Условия нагрева должны обеспечивать максимальное растворение компонентов, вызывающих образование в дальнейшем дисперсных частиц избыточной фазы. Для получения хладостойкого проката из микролегированных марганцовистых сталей температура начала прокатки должна быть 1150—1200 °С. На завершающем этапе обработки деформация проводится в диапазоне температур Ar3-Ar1 при суммарной деформации ≥66 %.

При контролируемой прокатке листов наиболее значительные степени деформации назначают при относительно невысоких температурах: ниже 800 °С. Заканчивают прокатку при температурах ≤750—700 °С. На широкополосном стане контролируемую прокатку проводят в области высоких температур, при которых происходит интенсивная рекристаллизация аустенита. При такой обработке важную роль играет скорость охлаждения полосы до температуры превращения аустенита, а также температура смотки полосы в рулон.

Для контролируемой прокатки разработана сталь, содержащая 0,14 %С; 1,4% Мn; 0,2% Mo; 0,5% Cr. После контролируемой прокатки листы толщиной 12—32 мм имеют следующие механические свойства: σ0,2=490 МПа; σв=560÷600 МПа; δ=24%; KCU=0,9÷1,0 МДж/м2 при 100% волокна в изломе ударных образцов при 0 °С.

Эффективность комплексного микролегирования установлена на малоперлитных сталях, химический состав которых приведен в табл. 1. Совместное влияние комплексного микролегирования и контролируемой прокатки превосходит сумму раздельных влияний этих факторов на прочностные свойства. Изменение механических свойств микролегированной стали 09Г2ФБ в результате контролируемой прокатки можно видеть в табл. 2.

Таблица 1. Химический состав малоперлитных сталей.
Сталь Содержание элементов, %
С Mn Si S P Al N U Nb Ti
09Г2Ф 0,09 1,5 0,15 0,004 0,010 0,04 0,011 0-0,20 - -
09Г2БФ 0,09 1,5 0,22 0,004 0,010 0,04 0,011 0-0,17 0,036 -
09Г2ТФ 0,10 1,22 0,13 0,002 0,009 0,05 0,011 0-0,17 - 0,035
09Г2Б 0,09 1,4 0,15 0,0045 0,010 0,03 0,010-0,013 - 0-0,1 -
09Г2ФБ 0,05 1,5 0,2 0,0037 0,010 0,04 0,010-0,013 0,085 0-0,07 -
09Г2ТБ 0,08 1,17 0,14 0,003 0,009 0,045 0,010-0,013 - 0-0,07 0,035
09Г2Т 0,065 1,6 0,11 0,004 0,010 0,04 0,011 - - 0-0,18
09Г2ФТ 0,085 1,45 0,2 0,004 0,010 0,045 0,011 0,085 - 0-0,08
09Г2БТ 0,09 1,4 0,16 0,0035 0,010 0,045 0,011 - 0,02 0-0,10
09Г2ФБТ 0,09 1,47 0,20 0,005 0,009 0,04 0,012 0,08 0,03 0-0,11
09Г2Ю 0,10 1,56 0,35 0,005 0,012 0,01-0,10 0,012 - - -
09Г2ФЮ 0,11 1,52 0,31 0,006 0,009 0,01-0,12 0,011 0,11 - -
09Г2БЮ 0,10 1,49 0,28 0,007 0,010 0,01-0,012 0,013 - 0,05 -

Таблица 2. Влияние контролируемой прокатки на свойства стали 09Г2ФБ.
Обработка σв σт δ, % KCV,
МДж/м2,
при -40 °С
T50, °C∗1
МПа
Прокатка; температура
окончаияя деформации,
°С;
810 560 475 30 0,80 -70
750 590 510 27 0,11 -95
725 625 540 29 0,10 -95
700 680 600 22 0,60 -90
Нормализация от 930 °С, 30 мин 520 400 30 0,75 -15
∗1 Температура перехода из вязкого состояния в хрупкое, при котором в изломе доли вязкой и хрупкой составляющих равны между собой.

Свойства малоперлитной стали зависят от ее состава и условий контролируемой прокатки (рис. 1).

Зависимость механических свойств малоперлитной стали от температуры
Рис. 1 — Зависимость механических свойств малоперлитной стали от температуры, нагрева и температуры конца деформации при контролируемой прокатке:
  • a — сталь с 0,8% C и 1,4% Mn;
  • б — то же с 0,6% V;
  • в — то же с 0,04% Nb;
  • г — та же сталь с 0,04% Nb и 0,08% V;
  • сплошные линии — температура нагрева под прокатку 1200°С;
  • штриховые линии — 1050°С.

Механические свойства листов, полученных контролируемой прокаткой, в значительной степени определяются их толщиной. С увеличением толщины листа-прочностные свойства снижаются, причем более интенсивно снижается предел текучести (табл. 3). Повышенная хладостойкость сохраняется в листах толщиной до 32 мм.

Таблица 3. Механические свойства стали после контролируемой прокатки в зависимости от толщины листа.
Сталь Толщина листа, мм Температура конца
прокатки, °С
σв σт δ, % T50, °C
МПа
0,14% С;
1,4% Mn;
12,7 815   490     582   18 -30
0,25% Mo; 25,4 835 456 590 22 -20
0,5% Cr 31,8 860 425 575 22 -25
0,075% С;
0,19% Si;
12,5 850 460 560 27 -
2,25% Mn;
0,08% Nb;
25,5 850 380 500 26 -
0,027% P;
0,02% S
38 850 360 490 24 -

Влияние режима контролируемой прокатки на механические свойства листовой стали 16Г2АФ толщиной 18 мм показано в табл. 4. Все варианты контролируемой прокатки обеспечили практически одинаковые прочностные свойства, которые несколько превышают эти же показатели для нормализованной стали. Пластические свойства стали после контролируемой прокатки находятся на достаточно высоком уровне (δ=20%). Ударная вязкость повышается примерно в 2 раза по сравнению с ее значением после обычной прокатки и приближается к значению, соответствующему ударной вязкости нормализованной стали.

Таблица 4. Влияние режима контролируемой прокатки на свойства листовой стали 16Г2АФ [0,17% С; 1,52% Mn; 0,48% Si; 0,10% V; 0,019% N; 0,031% S; 0,018% Р (толщина листа 18 мм)].
T Tч T σт σв δб, % КСU, МДж/м2
при температуре, °С
°С МПа -40 -60
2180 1075 1060 550 710 14 0,23 0,15
1200 990 970 490 660 22 0,35 0,17
1280 1025 (940) 920 530 670 20 0,47 0,37
1280 1025 910 540 680 20 0,44 0,39
Примечание. Температура металла: Тсл — сляба; Тч — перед чистовой прокаткой; Т — перед тремя последними проходами (общее обжатие 40%); в скобках — после подстуживания.

Применение термического упрочнения при изготовлении листового проката из малоперлитных сталей способствует повышению их прочностных свойств, что обеспечивает более экономное расходование проката. Например, упрочнение стали 09Г2ФБ по режиму: контролируемая прокатка с деформацией ε=40% + закалка в воде от температуры конца прокатки 900 °С + отпуск при 670 °С 1 ч позволяет значительно улучшить ее механические свойства (табл. 5). Такая технология повышает сопротивление стали хрупкому и усталостному разрушению. Предел выносливости стали возрастает от 300 до 380 МПа. Повышение предела выносливости пропорционально повышению прочностных свойств объясняется созданием устойчивой дислокационной структуры по типу полигонизации.

Таблица 5. Влияние контролируемой прокатки с термическим упрочнением на механические свойства малоперлитной стали 09Г2ФБ.
Температура прокатки, °С Степень
деформации, %
σв σ0,2 δ ψ KCV, МДж/м2,
при температуре,
°С
начала конца МПа % +20 -70
1150 ∗1 740 ∗1 70 ∗1 600/—∗1 500/—∗1 23/—∗1 70/—∗1 0,8 ∗1 0,03 ∗1
920 900 20 570/730 400/650 30/23 71/68 1,3/1,4 0,14/0,4
920 900 40 550/700 400/620 29/21 75/68 1,3/1,2 0,16/0,3
920 900 60 520/680 380/560 34/24 74/68 1,4/1,1 0,14/0,2
Примечание. В числителе дроби приведены свойства стали после контролируемой прокатки с охлаждением на воздухе, в знаменателе — после контролируемой прокатки с последующим охлаждением в воде от температуры конца прокатки н отпуска при 670 °С, 1 ч.

В результате упрочнения листов толщиной 16—17,5 мм из стали 12Г2ФР (0,11% С; 1,37% Mn; 0,44% Si; 0,009% S; 0,011% Р; 0,082% V; 0,005% В) по режиму: охлаждение от температуры конца контролируемой прокатки 720—740 °С до 600—640 °С со скоростью около 20 °С/с, а затем на воздухе, временное сопротивление разрыву повысилось от 540—560 до 620—630 МПа при высокой пластичности (δ5=20÷26%). Легирование стали бором в количестве до 0,005% повышает устойчивость аустенита и обеспечивает более высокую прокаливаемость. Листы из стали 12Г2ФР можно охлаждать при закалке с меньшей скоростью, чем листы из стали 09Г2ФБ, что облегчает реализацию термического упрочнения.

Малоперлитные стали с карбонитридным упрочнением (типа 09Г2ФБ) после контролируемой прокатки среди углеродистых и низколегированных строительных сталей имеют максимальную конструктивную прочность и наиболее низкую температуру полухрупкости (Т50=-50÷-70 °С). Получение такого комплекса свойств этих сталей обусловлено их мелкозернистостью (зерно 10—12) и наличием дисперсных карбонитридов V (С, N); Nb(C, N); AIN.






Навигация
Болты
Винты, шпильки, штифты, прокладки
Пружины
Заклепки
Шпонки
Гайки
Резьба
Валы
Муфты
Подшипники
Виды соединений
Передачи
Материал
Дополнительные материалы
Госты метизов
Сварка
Мы в соцсетях
podshipniki.moscow применяемость подшипников
Сортовой металлопрокат: str-steel.ru в Москве с доставкой.