Исследование влияния микролегирования ниобием на свойства полуспокойной стали » Ремонт Строительство Интерьер. Лесное дело и деревообработка.

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Исследование влияния микролегирования ниобием на свойства полуспокойной стали

29.10.2020

Исследование влияния микродобавок ниобия на механические свойства и микроструктуру полуспокойной стали и установление оптимального содержания ниобия осуществляли при проведении плавок стали 08Гис (0,10% С; 1,10% Mn) и 08Г2пс (0,09% С, 1,25% Mn) с присадкой измельченного феррониобия в разном количестве в изложницы во время разливки из расчета получения содержания ниобия в готовом металле от 0,01 до 0,07%.

Слитки стали 08Гпс прокатали с одного нагрева на швеллер № 20 (температура конца прокатки стенки -700°С и полки 800—830°С), а 08Г2пс — на балку № 22 (температура конца прокатки стенки 830—850° С и полки 960—980° С).

Ниобий в значительно большей степени, чем ванадий, влияет на прочностные свойства полуспокойной стали (рис. 116). Наиболее значительное повышение показателей прочности и снижение пластичности наблюдается при увеличении содержания ниобия до 0,03%, затем наступает снижение скорости изменения этих свойств.

При микролегировании ниобием критическая температура хрупкости (tк1 и tк2) и чувствительность горячекатаной полуспокойной стали к механическому старению (C1 и C2), как правило, повышаются.


Ниобий в количестве 0,02—0,04% значительно измельчает действительное зерно горячекатаной стали и устраняет микрополосчатость структуры (рис. 109, 116). Микроструктура полуспокойных сталей феррито-перлитная. Ниобий практически не влияет на количество перлита в структуре. Загрязненность стали неметаллическими включениями при введении ниобия не изменяется. Ниобий уже в малых количествах (0,02—0,04%) значительно (на 2—3 балла по ГОСТ 5639—65) измельчает природное зерно полуспокойной стали.

Результаты исследований позволяют считать, что оптимальное содержание ниобия в полуспокойной стали находится в пределах 0,02—0,04%,

Было изучено влияние ниобия в установленном количестве на свойства полуспокойной стали разного состава (0,07—0,21% С и 0,4—1,36% Mn) при изменяющейся в пределах 700—1100°C температуре конца прокатки. Для сравнения исследованы стали аналогичного состава, но без ниобия (табл. 114).

Обобщенные данные по изменению показателей прочности и пластичности при микролегировании полуспокойной стали ниобием (на каждую 0,01% Nb) приведены в табл. 115.

Исследование влияния микролегирования ниобием на свойства полуспокойной стали

В отличие от ванадия, величина упрочняющего эффекта малых добавок ниобия (особенно по пределу текучести) мало зависит от состава стали и температурных условий ее прокатки. Вместе с тем влияние этих факторов на критическую температуру хрупкости и коэффициент чувствительности к механическому старению значительно. В табл. 116 приведены обобщенные данные о влиянии малых добавок ниобия (до 0,04%) на критическую температуру хрупкости и коэффициент чувствительности к механическому старению в расчете на 0,01% его содержания в полуспокойной стали (табл. 116).

Видимо, это связано с влиянием температуры конца прокатки на степень измельчения действительного зернa при вводе ниобия (табл. 117).

Введение 0,02—0,07% Nb в полуспокойную сталь с содержанием углерода до 0,12% не вызвало изменения tк в том случае, когда температура конца прокатки не превышала 950° С (см. табл. 114, плавки 3, 4, 7—10, 13, 14 и рис. 116). Видимо, в данном случае значительное измельчение зерна при пониженных температурах конца прокатки и связывание азота в прочные нитриды нейтрализует вредное влияние повышения прочностных свойств на хладостойкость стали. При более высокой температуре конца прокатки tк1 такой стали повышается на 24—34 град (см. табл. 114, плавки 1, 2, 11, 12, рис. 116), tк2 повышается во всех случаях и тем в большей степени, чем выше температура конца прокатки.

Введение ниобия в полуспокойную сталь с содержанием углерода в пределах 0,14—0,21% приводило к повышению как tк1, так и tк2 независимо от температуры конца прокатки. Видимо, в низкоуглеродистой (<0,12% С) стали ниобий в большей мере связывает азот (содержание азота в плавках было почти постоянным, 0,003—0,004%) и выводит его из твердого раствора, чем в стали с более высоким содержанием углерода, в связи с большим сродством к углероду, чем к азоту. Это предположение подтверждается данными о том, что содержание азота в выделениях карбонитридов значительно уменьшается с повышением содержания углерода в стали. Об этом же свидетельствуют приведенные выше данные по влиянию ниобия на чувствительность стали к механическому старению. В стали с пониженным содержанием углерода (до 0,12%) при всех температурах конца прокатки ниобий меньше влияет на изменение чувствительности к механическому старению (в некоторых случаях этот показатель даже улучшается), чем в стали с 0,14—0,21 % С.

Значения критической температуры хрупкости (tк1 и tк2) и коэффициента чувствительности к механическому старению (C1 и C2) тем ниже, чем выше содержание марганца в полуспокойной стали (табл. 114). Поэтому для достижения максимальной прочности, хладостойкости и минимальной чувствительности к механическому старению горячекатаную сталь с ниобием следует производить с повышенным содержанием марганца, заканчивая ее прокатку при возможно более низкой температуре. Однако, учитывая, что производство толстых профилей проката с контролируемой конечной температурой прокатки затруднительно, видимо, ниобиевую полуспокойную сталь удовлетворительной хладостойкости можно получить только в относительно тонком (толщиной до 10 мм) прокате.

Нормализация полуспокойной стали с ниобием (при 900—920° С) в значительной мере (на 50—90% по временному сопротивлению и 50—86% по пределу текучести) снижает упрочнение, вызванное этим элементом в горячекатаном состоянии стали (см. табл. 114). Нормализация сталей без ниобия способствует их незначительному (на 1—2 кгс/мм2) упрочнению, что, видимо, связано с измельчением действительного зерна. Вместе с тем в результате нормализации значительно (в 1,5—3 раза) увеличиваются ударная вязкость и количество волокна в изломе образцов из полуспокойной стали с ниобием при всех температурах испытаний и после механического старения и поэтому значительно снижаются критическая температура хрупкости и чувствительность к механическому старению (см. табл. 114, рис. 117).

Критическая температура хрупкости (tк1 и tк2) полуспокойных сталей с ниобием в нормализованном состоянии достигается при более низких (на 7—20 град) температурах, чем для соответствующих нормализованных сталей без ниобия (см. табл. 114).

Нормализованные ниобийсодержащие полуспокойные стали обладают пониженной по сравнению с базовыми нормализованными сталями чувствительностью к механическому старению: C1 и C2 составляют соответственно 25—41 и 20—74% против 50—73 и 71—94%.

В результате нормализации полуспокойной стали с ниобием действительное зерно измельчается на 1—2 балла по сравнению с нормализованной базовой сталью и на 1,5—2,0 балла по сравнению с горячекатаной ниобийсодержащей сталыо.

Таким образом, проведенными исследованиями показано, что путем микролегирования малыми добавками редких элементов — ванадия (самостоятельно или в комплексе с азотом) или ниобия — можно значительно повысить прочность и хладостойкость и снизить чувствительность к механическому старению полуспокойных сталей.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: