Механические свойства высокопрочных безникелевых сталей переходного класса после различных режимов термообработки

			Механические свойст ва
Сталь «	Режим термо обработки	ст<1.2, МПа	ав, МПа	δ,%	ψ. %	КСU, МДж/м2
10Х14АГ6	Закалка от [ 000 "С в масло, отпуск 200 *'С	1170	1400	15,0	42,0	1,0
10Х14АГ6Ф	Ступенчатая закалка от 1000 °С с выдержкой при 200 ‘С	1300	1730	11,0	16,0	1,0
10Х14АГ6МФ	Ступенчатая закалка от 1000 “С с вы держкой при 300 ' С	1150	1470	14,0	38,0	1,6

. Повышенная износостойкость достигается последующим старением, в результате которого активизируется мартенситное превращение при нагружении, и аустенитная матрица упрочняется карбидами и карбонитридами. Более высокая коррозионная стойкость достигается повышением содержания хрома до 12-14 %, а также дополнительным легированием в небольших количествах молибденом и медью.

На этом принципе разработаны стали (08-20)Х14Г12СФ (а.с. СССР № 905314) и (08-20)Х13АГ10МДФС. Эти стали обладают хорошими литейными свойствами, технологичны при прокатке и ковке, значительно лучше обрабатываются резанием. При сухом трении скольжения эти стали в закаленном состоянии более чем в 2 раза превышают по износостойкости сталь 12Х18Н9Т. Они имеют более высокие механические свойства, чем она (табл. 2). После старения при 550-600 °С эти характеристики еще выше. Испытания стали 20Х13АГЮМДФС показали, что по коррозионной стойкости в водородосодержащей среде она не уступает стали 10Х18Н1 ОТ, а по газоабразивной стойкости превосходит ее в 1,5-2 раза.

Образцы из стали 20X1ЗАГ1ОМДФС успешно прошли промышленные испытания в, выдержав без разрушения в течение 6 месяцев растягивающую нагрузку Р = 6000 Н (коррозионная среда содержала ^ 6 % Н2$ и 2 % СО2). За это же время образцы из стали 12Х18Н9Т выдерживают вдвое меньшую нагрузку [12]. Результаты этих исследований показывают, что сталь 20Х13АГ10МДФС может найти применение вместо более дорогой стали 12Х18Н9Тдля деталей газопромыслового оборудования, подвергающихся газоабразивному износу.

Таблица 5

Сравнительные свойства безникелевых метастабильных аустенитных сталей и стали 12х18н9т после закалки с 1100 °с

Сталь	Механические свойства					Относитель- ная износо- стойкость, Ɛ
	σ0,2 МПа	σВ МПа	δ, %	ψ, %	КСU, МДж/м2
08Х14Г12СФ	380 ■	840	38	35	1,40	2,1
20Х13АГ10МДФС	440	820	40	45	2,05	3,2
12Х18Н9Т	260	540	55	60	2.30	1,0

Другой областью успешного применения азотирования является улучшение химических свойств стали, например, при увеличении времен и службы в агрессивных средах. Растворенный в матрице азот улучшает стойкость к локальным типам коррозии и, по крайней мере, не увеличивает скорость обычной коррозии. В принципе, такая комбинация свойств позволяет конструировать высокопрочные нержавеющие стали, а это достаточно сложная задача но причине низкой прочности аустенитных твердых растворов как базы для создания нержавеющих сталей.

Обнаружено, что азот стабилизирует γ-фазу железа. Поэтому при легировании сталей азотом возможна экономия не только элементов, являющихся γ- стабилизаторами (никель, марганец), но и дорогих и дефицитных молибдена и вольфрама. Азот широко применяют для легирования аустенитных и аустенитно- ферритных коррозионностойких сталей.

В последнее время достигнут определенный прогресс в разработке новых малокомпонентных конструкционных сталей Fe-Cr-N |3, 4|. При высоком содержании азота и хрома они могут иметь стабильную аустенитную структуру [5].

Известно,что азот благотворно влияет на структуру и свойства аустенитной и аустенитно-ферритной стали: стабилизирует аустенит, повышает механические и физические характеристики , повышает твёрдость, пределы текучести и прочности.

Никель и азот – чрезвычайно эффективные аустенитообразующие элементы. При этом азот в 20 раз эффективнее никеля! Существует реальная возможность замены части никеля азотом.

Влияние азота на прочность и пластичность сталей зависит от формы, в которой азот присутствует в стали. Влияние азота, прежде всего, влияет на торможение дислокаций и создании полей искажений, которые должны преодолевать дислокации при своём движении.

Взамен существующей стали ЭИ- 943 (05Х20Н25М3Д2ТЛ) разработана сталь 05Х20АН17М2Д2ФРЛ, экономолегированная сталь с пониженным содержанием никеля, молибдена, не содержит титана. Обладает. повышенными (до 30%) механическими свойствами .

В условиях температуры 1200 ^оС и механических нагрузок применяются стали 0Х20Н12СЛ, 20Х24Н14С2Л, 20Х25Н19С2Л. В них содержание никеля можно снизить примерно в 2 раза за счёт добавок азота и бора при сохранении аустенитной структуры.

При этом повышаются литейные свойства при одновременном увеличении жаростойкости при высоких температурах. (рис1,2,3) Рис 5 микростр. Стали с азотом и без. 40Х24Н12С2Л и 30Х23АН6СТЮЛ . Жаростойкость с азотом выше базовой.

Более 100 лет исп. сталь Гатфильда (110Г13Л) для литых деталей , работающих в условиях ударно-абразивного износа и высокого давления. Опытная замена- 90Г9АФРЛ примерно в 1,5 раза эффективнее(пример:. зубья экскаватора работали соответственно 6-7 суток и 9-10 суток.)

Применение высокоазотистых сплавов, в которых азот используют в качестве легирующего элемента, представляет собой сравнительно новое направление в металловедении. Азот — недефицитный элемент, а если не использовать высокие сверх равновесные концентрации, то азотсодержащие стали можно выплавлять обычным способом в электропечах без высокого давления.

Азотсодержащие стали - это, как правило, легированные и высоколегированные стали, обычно с повышенным содержанием хрома и других нитридообразующих элементов. Для таких сталей эффективно применение термомеханической обработки.

. При выборе термомеханической обработки необходимо учитывать высокое деформационное упрочнение сталей с азотом и действие азота по торможению рекристаллизации, в некоторых случаях может оказаться предпочтителен процесс динамической рекристаллизации.

Важным является исследование холодной и горячей деформации литых азотсодержащих сталей, при которой можно сохранить дендритную структуру и получить естественный слоистый композит, таким образом, регулировать анизотропию свойств.

Чаще в цикле термомеханической обработки, в том числе азотсодержащих сталей, применяется традиционно продольная прокатка, которая не устраняет химической ликвации и неоднородности литой структуры, поэтому актуальна другая схема деформации, при которой устраняется осевая неоднородность и создаётся более благоприятная текстура, способствующая получению более высоких показателей конструкционной прочности, а также и вязкости длинномерных изделий, особенно работающих в условиях одноосного нагружения.

Экономичность применения азотсодержащих сталей будет возрастать вследствие роста затрат на экологию, стоимости и дефицитности легирующих элементов, требований экономии энергии в производстве и снижении металлоёмкости.

В табл. 3 представлены легированные стали различного класса с применением азота и обыкновенные.

Таблица