Исследование влияния микролегирования ванадием на физико-механические свойства полуспокойных сталей с обычным содержанием азота

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Исследование влияния микролегирования ванадием на физико-механические свойства полуспокойных сталей с обычным содержанием азота

29.10.2020

Влияние ванадия изучали иа металле с различным содержанием углерода (0,08—0,21%) и марганца (0,42—1,30%), выплавленном в кислородных конвертерах и мартеновских печах. Содержание азота в металле составляло 0,004—0,006%.

В первой серии опытных плавок полуспокойных сталей 08пс, Ст.3пс, 18Гпс и 18Г2пс была обеспечена неизменность условий выплавки, разливки и прокатки, для чего по ходу наполнения нескольких изложниц на каждой плавке присаживали измельченный феррованадий из расчета получения в металле 0,03; 0,05; 0,07 и 0,10% ванадия. Основные технологические данные по этим плавкам приведены в табл. 106.
Исследование влияния микролегирования ванадием на физико-механические свойства полуспокойных сталей с обычным содержанием азота

Опытные слитки этих плавок были прокатаны в идентичных условиях с одного нагрева на двутавровую балку № 20—22; температура конца прокатки для стенки и полки профиля составляла соответственно 820—850 и 910—950° С.

Увеличение содержания ванадия в изученных пределах приводит к значительному, почти равномерному повышению прочностных свойств полуспокойной стали при некотором снижении пластичности и ударной вязкости при комнатной температуре (рис. 108). Упрочняющий эффект микролегирования ванадием увеличивается с повышением в стали содержаний углерода и. особенно марганца. Введение 0,07—0,09% V в полуспокойную сталь 08пс, Ст.3пс, 18Гпс и 18Г2пс. приводит к повышению предела текучести соответственно на 4; 4,5; б и 9,5 кгс/мм2.

При микролегировании полуспокойной стали ванадием несколько снижается критическая температура хруп кости (tк1 и tк2), однако имеется предельное содержание ванадия, превышение которого оказывает отрицательное влияние на эту характеристику. Чем выше содержание в стали углерода и марганца, тем ниже значение предельного содержания в ней ванадия (рис. 108). Это можно объяснить двояким влиянием ванадия: с одной стороны, он способствует измельчению действительного зерна и связывает азот в прочные нитриды, что действует в направлении снижения критической температуры хрупкости, а с другой — вызывает повышение критической температуры хрупкости в результате дисперсионного твердения феррита (повышения прочностных свойств).

Поскольку при одних и тех же содержаниях ванадия прирост предела текучести (по сравнению с базовым металлом) больше в стали с более высокими содержаниями углерода и марганца, отмеченное выше повышение tк1 и tк2 наступает в стали 18Г2пс раньше, чем в остальных. При этом, как правило, повышение tк2 стали наступает при более низких концентрациях ванадия, чем tк1.

Введение ванадия в количестве до 0,1% приводит к измельчению действительного зерна (обычно на 0,5—1,0 балла по ГОСТ 5639—65) и заметному повышению микротвердости феррита (рис. 108). Микролегирование ванадием в исследованных количествах практически не влияет на размер природного зерна. Ванадий уже в количестве ~0,04% устраняет микрополосчатость структуры, заметно выраженную в стали без ванадия, особенно при повышенном содержании марганца (рис. 109). Микроструктура полуспокойной стали с ванадием феррито-перлитная, причем количество и строение перлита при повышении содержания ванадия в исследованных пределах практически не изменяются. Микролегирование ванадием привело к значительному снижению чувствительности к механическому старению.

Исследование влияния ванадия на механические свойства и микроструктуру полуспокойной горячекатаной стали разного состава при изменяющейся (800—1100°С) температуре конца прокатки показало, что с ее повышением снижается упрочняющий эффект ванадия (табл. 107).

Ниже приведены обобщенные данные изменения показателен прочности и пластичности при увеличении содержания ванадия на 0,01% в полуспокойных сталях разного состава при изменяющейся температуре конца прокатки (табл. 108) для плавок, приведенных в табл. 107.



С повышением температуры конца прокатки снижается эффект микролегирования ванадием но снижению критической температуры хрупкости и чувствительности стали к механическому старению (см. табл. 107), что, видимо, можно объяснить различной степенью измельчения действительного зерна под действием малых добавок ванадия в сталях, прокатанных при различных температурах (табл. 109).

Если введение 0,07% V в сталь 08пс при относительно невысокой температуре конца прокатки (плавка 3,4, табл. 107) позволило наряду с ее упрочнением заметно улучшить показатели хладостойкости (tк1 и tк2 снизились на 8 и 15 град, a C1 и C2 — на 45 и 61% (абс.) соответственно), то примерно такое же количество ванадия в аналогичной по составу стали, прокатанной при более высокой температуре (плавки 1,2, табл. 107), уже привело к повышению tк2, a tк1, C1 и C2 снизились незначительно (табл. 107). Эта разница, видимо, вызвана тем, что в первом случае в результате влияния ванадия размер действительного зерна уменьшился на 1 балл, а во втором — измельчения зерна не наблюдалось. Поэтому некоторое снижение tк1, С1 и C2 во втором случае вызвано только связыванием азота в нитриды ванадия.

Металл всех опытных плавок, микролегированных ванадием, имел более низкую критическую температуру хрупкости tк1, чем плавок без ванадия, кроме одного случая для стали 18Г2Фпс (плавка 22, 23, табл. 107). Понижение tк1 для всех плавок, кроме плавок 22, 23, составило 10—15 град и оказалось наибольшим в сталях с повышенным содержанием марганца, прокатанных при низкой конечной температуре.

Незначительное повышение tк1 в металле плавок 22,23, очевидно, связано с тем, что вследствие значительного упрочнения стали (при введении 0,08% V) и отсутствия измельчения действительного зерна из-за высокой температуры конца прокатки содержание ванадия оказалось выше критического. Микролегирование стали 18Г2пс с примерно таким же, как в плавках 22, 23, количеством ванадия, но прокатанной при более низкой температуре (плавки 24—27) привело в связи с существенным (примерно на 1 балл) измельчением действительного зерна к снижению ee tк1, несмотря на более значительное, чем в первом случае, упрочнение; tк2 при этом не изменилась или незначительно повысилась.

В связи с тем что при повышении температуры конца прокатки существенно уменьшается влияние ванадия на измельчение действительного зерна, значение его предельного содержания также снижается, в особенности для полуспокойных сталей с повышенным содержанием марганца, для которых снижение упрочняющего эффекта при этом не так значительно, как для углеродистых. Таким образом, предельное содержание ванадия в полуспокойной стали, при котором наблюдаются более высокие, чем в базовом металле, значения tк1 и tк2 уменьшается не только с повышением содержаний марганца и углерода, но и температуры конца прокатки.

Во всех исследованных марках стали, за исключением стали 18Г2пс, предельное содержание ванадия при широком диапазоне температур конца прокатки оказалось — 0,1 %. Исходя из этого, а также имея в виду необходимость максимального повышения прочностных свойств, полуспокойную сталь 18Гпс при использовании ее в горячекатаном состоянии следует считать наиболее пригодной для микролегирования ванадием.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: