Низколегированные стали с карбонитридным упрочнением.

Низколегированные стали с карбонитридным упрочнением. Легирование низкоуглеродистых (0,10—0,20% С), марганцовистых (1,3—1,7% Мп) сталей (0,015—0,025% N, 0,10—0,20% V, около 0,1% Ti, а также ∼0,05% А1) создает предпосылки для выделения дисперсных карбонитридов ванадия и титана или нитридов алюминия. Дисперсные карбиды способствуют измельчению аустенитного (до № 10—12) и действительного зерна стали, тормозят движение дислокаций. В совокупности эти факторы благоприятно влияют на прочность, вязкость и хладостойкость.

Доля собственно карбонитридного упрочнения в общем упрочнении составляет около 15—25%, а доля упрочнения в результате измельчения зерна— 30—40%. Максимальная ударная вязкость при отрицательных температурах достигается в стали с 0,10—0,15% V. Наиболее рациональным является совместное легирование несколькими карбидо- и нитридообразующими элементами, например 0,08V+0,03Nb, а в сталях, содержащих азот, 0,10V+0,04% А1.

С учетом этого положения разработаны основные марки стали с карбонитридным упрочнением трех категорий прочности: 14Г2АФ, 16Г2АФ, 18Г2АФ (ГОСТ 19282—73). После нормализации эти стали имеют предел текучести соответственно 400, 450, 500 МПа. Стали 15ГФ и 15Г2СФ, не легированные азотом и содержащие только ванадий, имеют предел текучести в горячекатаном состоянии соответственно 360 и 400 МПа.

Дополнительное легирование стали никелем до 2% способствует сохранению высоких характеристик пластичности и вязкости.

Легирование алюминием позволяет регулировать размер зерна в горячекатаных, нормализованных и улучшенных сталях.

Добавка 0,15—0,30% Cu способствует повышению стойкости против атмосферной коррозии.

К термически улучшаемым высокопрочным относятся стали 12Г2СМФ (σ0,2=600 МПа) и 12ГН2МФАЮ (σ0,2=750 МПа).

Из низколегированных сталей с карбонитридным упрочнением изготовляют металлоконструкции промышленных зданий, ответственные сварные конструкции, в том числе северного исполнения, пролетные строения железнодорожных и крупных автодорожных мостов, платформы автомобилей большой грузоподъемности (до 120 т) и др.

Стали 14Г2АФ и 16Г2АФ применяют, как правило, в нормализованном состоянии. При нормализации листы из этих сталей нагревают до 900—960 °С со скоростью 2 мин/мм, охлаждают на спокойном воздухе или в струе увлажненного воздуха под вентилятором в зависимости от химического состава стали.

Высокопрочные стали 12Г2СМФ и 12ГН2МФЮ подвергают закалке с высоким отпуском. Закалку проводят в закалочных прессах. Температуру высокого отпуска назначают с учетом легирования в интервале 640—690 °С при выдержке 3—4 мин/мм.

Свойства сталей после нормализации определяются степенью растворения упрочняющих фаз при нагреве, величиной зерна и процессами выделения упрочняющих фаз в дисперсной форме при охлаждении.

Таблица 1 — Механические свойства сталей с карбонитридным упрочнением.
Сталь σв σ0,2 δ KCU, МДж/м2, при температуре, °С
МПа % —40 —70
не менее
15ГСФ 560 400    18    - -
15Г2СФД 560 400 18 0,3 -
14Г2АФД 550 400 20 0,4 0,3
16Г2АФД 580 420" 20 0,4 0,3
18Г2АФДпс 600 450 19 0,4 0,3
12ХГН2МФБАЮ (после закалки и отпуска)    850—930       750—870    12 - 0,3

В связи с тем, что дисперсные частицы повышают не только прочность, но и вязкость (ограничивая рост зерна), нормализованный прокат разной толщины мало различается по ударной вязкости и хладостойкости. Между тем свойства стали в горячекатаном состоянии сильно зависят от толщины листов.

Таблица 2 — Критические температуры хрупкости стали с карбонитридным упрочнением.
Сталь Тип образца Порог хладноломкости, °С *1
14Г2АФ ∗2
∗2
-90÷-100
-30÷-40
16Г2АФ
-90÷-100
-10÷-30
12Г2СМФ
-70÷-100
-30
12ГН2МФАЮ
-100÷-110
-70
Примечание:
  • ∗1 Условный порог хладноломкости при ударной вязкости не менее KCU=0,3 МДж/м2 для листовой стали толщиной 12—40 мм.
  • ∗2 Типы образцов Ⅰ и Ⅳ — для испытаний на ударный изгиб (с полукруглым и острым надрезом) по ГОСТ 9454—78.

Механические свойства сталей с карбонитридным упрочнением приведены в табл. 1. При поставке таких сталей нормируемой характеристикой является ударная вязкость. Ее значения сохраняются на удовлетворительном уровне до весьма низких температур.

Данные стали имеют низкие критические температуры хрупкости (табл, 2). Повышенной хладостойкостью (от —90 до —100 °С) обладает сталь 14Г2АФ в виде относительно тонких листов. Высокой хладостойкостью (от —100 до —110 °С) характеризуется высокопрочная сталь 12ГН2МФАЮ в виде листов толщиной до 40 мм.

Обработка стали с нитридами ванадия жидким синтетическим шлаком (СШ) или электрошлаковый переплав (ЭШП) способствуют резкому уменьшению содержания серы (до 0,03—0,005%) и обеспечивают еще большее повышение характеристик вязкости при отрицательных температурах. Например, низкотемпературная ударная вязкость стали 16Г2АФ возрастает в 2,5 раза (табл. 3). Одновременно повышается относительное сужение.

Таблица 3 — Влияние специальных способов обработки стали 16Г2АФ на ударную вязкость при отрицательных температурах.
Способ обработки KCU, МДж/м2, при температуре, °С
-40 -60 -80
СШ 1,62 1,45 1,40
ЭШП 2,87 - 1,83

Хорошей свариваемости низколегированных сталей с карбонитридным упрочнением способствует низкое содержание углерода и легирующих элементов, ограниченная склонность к росту зерна. Пониженная закаливаемость в околошовной зоне определяет меньшую склонность к образованию трещин в сварных соединениях.

Стали типа 14—16Г2АФ свариваются без ограничений при условии практически мгновенного охлаждения (со скоростью 5-30 °С/с) при 600 °С. При сварке сталей 12Г2СМФ и 12ГН2МФАЮ скорость охлаждения составляет 7-30 °С/с. При меньших скоростях охлаждения снижается ударная вязкость и повышается порог хладноломкости в околошовной зоне.

Применяют ручную, автоматическую и полуавтоматическую сварку, в том числе в атмосфере защитных газов.

Лучшей свариваемостью и хладостойкостью характеризуются стали 15Г2АФДпс и 18Г2АФпс. Усталостная трещина в них не переходит в хрупкую в условиях низких температур.

Стали с карбонитридным упрочнением легко подвергаются механической обработке и холодной обработке давлением, что определяется их высоким запасом пластичности.

Применение новых сталей дает большую экономию металла: 14—30% по сравнению с его расходом на конструкции из обычных низколегированных сталей 10Г2С1 и 14Г2; около 30—50% — по сравнению с конструкциями из углеродистой стали Ст3.

Особенно перспективны стали 14Г2АФ и 16Г2АФ, широко используемые в виде относительно тонкостенных электросварных труб Ø 152—420 мм для промышленных строительных сооружений и изделий машиностроения.






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.