Технические науки-1

Дробот А. В., Белоярцева В.П.

Днепропетровский национальный университет им. О.Гончара

Исследование влияния рафинирующих переплавов на склонность к росту зерна аустенита стали СП28.

Сталь СП28 склонна к восстановлению зерна аустенита. Режим термической обработки, рекомендованный ТУ 14-1-1443-85, а также специальный режим [1], разработанный для измельчения зерна аустенита в сварных соединениях из стали СП28, не обеспечили измельчение зерна аустенита в поковках из этой стали. Известно [2], что структурная перекристаллизация может происходить при температурах, значительно (на 200-300^о С) превышающих температуру А_С3 . При выборе температуры закалки верхним пределом должна быть температура, при которой начинается заметный рост зерна аустенита. Поэтому в данной работе исследовали склонность к росту зерна аустенита стали СП28 в интервале температур 950^о -1250^о С через 50^о С с выдержками при этих температурах в течение 0,5; 1 и 2 часов.

Образцы из стали СП28 открытой дуговой выплавки (ОДВ), электрошлакового переплава (ЭШП), вакуумно-дугового переплава (ВДП) и двойного вакуумно-дугового переплава (ВДП+ВДП) загружали в печь, нагретую до заданной температуры, выдерживали и охлаждали на воздухе. Средний диаметр зерна аустенита подсчитывали методом секущих [3]. Границы зерен выявляли в реактиве: 15мл Н₂О + 80 мл Н₂О₂ + 5 мл HF.

В металле ВДП и ВДП+ВДП при нагревании до 1000^о -1050^оС появляются отдельные крупные зерна (d_ср=0,125 мм) окруженные мелкими. По наличию в ряде зерен незамкнутых границ можно предположить, что образование крупных зерен происходит в процессе рассыпания дислокационных границ [4] и объединения нескольких мелких зерен в одно крупное. При 1100^о и 1150^о наблюдается повсеместный рост зерен при сохранении преимущественного роста больших зерен. Начиная с 1150^о и выше металл приобретает однородность по величине зерна. Зерна становятся крупными, мелкие зерна совершенно исчезают.

В металле ОДВ и ЭШП при нагреве до 1100^оС не было обнаружено единичных крупных зерен. Выше этой температуры начинается заметный рост значительного количества зерен. Кривые изменения среднего диаметра зерна в зависимости от температуры нагрева показывают, что область исследованных температур можно условно разделить на три интервала: Ι-950^оС-1000^оС в котором происходит незначительное измельчение зерна; ΙΙ-1050^о - 1100^оС, в котором зерно растет слабо; ΙΙΙ - 1150^о - 1250^оС, в котором наблюдается интенсивный рост зерна. При температурах 950^оС – 1000^оС в образцах металла всех способов выплавки происходит уменьшение среднего диаметра зерна по сравнению с исходным. С повышением температуры до 1050^о - 1100^оС наблюдается рост зерна; при этом в металле ЭШП средний диаметр зерна увеличивается незначительно, а в металле ВДП и ВДП+ВДП рост зерна заметный.

Интервал температур 1150^о - 1250^оС характеризуется интенсивным ростом зерна. Скорость роста зависит от способа выплавки и для металла ВДП+ВДП является наибольшей.

Исследована разнозернистось металла всех способов производства при температурах 1050^оС, 1100^оС и 1150^оС после одночасовой выдержки.

Наиболее однороден при всех температурах металл ЭШП, хотя с ростом температуры его разнозернистость несколько увеличивается. Металл ОДВ при

1100^оС имеет разнозернистость незначительную, а при 1150^оС разнозернистось резко возрастает за счет роста небольшого числа крупных зерен. В металле ВДП и ВДП+ВДП при повышении температуры разнозернистость растет за счет появления очень крупных зерен.

Полученные результаты можно объяснить следующим образом. Уменьшение величины зерна при температурах 950^оС – 1000^оС происходит вследствие частичной структуры перекристаллизации [2]; образование новых границ и новых зерен [4] является причиной некоторого уменьшения среднего диаметра зерна аустенита по сравнению с исходным. Увеличение выдержки от 0,5 час. До 2^х часов способствует вслед за перекристаллизацией собирательной рекристаллизации, которая не получает значительного развития вследствие низких температур. Изменение скорости роста зерна при температурах 1050^о - 1100^оС следует связывать с наличием труднорастворимых дисперсных частиц в металле. Эффективное влияние дисперсных частиц проявляется в том, что они резко тормозят подвижность границ зерен [5]; степень их влияния зависит от общего количества дисперсной фазы и ее стабильности по отношению к матрице. Такими частицами, согласно литературным данным, прежде всего являются нитриды алюминия [6].

В исследованном металле всех способов выплавки определили количество алюминия методом спектрального анализа с помощью прибора ИСП-28 (табл. 1).

Таблица 1

Содержание алюминия в исследованном металле, %

Способ Выплавки	ОДВ	ЭШП	ВДП	ВДП+ВДП
Содержание алюминия, %	0,038	0,056	0,035	0,036

Наличием большего количества алюминия, а следовательно и нитридов алюминия в металле ЭШП объясняется незначительный рост зерна аустенита в металле ЭШП в интервале 950-1100^оС по сравнению с металлом ОДВ, ВДП и ВДП+ВДП. Повышение температуры от 1150^оС и увеличение выдержки от 0,5 час. до 2 час. приводит к значительному росту зерна аустенита в металле исследованных способов выплавки. Это объясняется, по-видимому, полным растворением нитридов алюминия. Согласно Э.Гудремону нитриды алюминия начинают растворяться при температурах выше 1000^оС.

С уменьшением содержания алюминия и загрязненности неметаллическими включениями, а также с увеличением длительности выдержки при указанных температурах значительно растет зерно аустенита.

Повышенной чистотой от неметаллических включений можно объяснить наибольший размер зерна аустенита при 1250^оС в металле ВДП+ВДП и соответственно – наименьший размер в металле ОДВ, который наиболее загрязнен.

Таким образом, результаты исследования свидетельствуют о том, что сталь СП28 склонна к значительному росту зерна аустенита, начиная от температуры 1050^оС. Следовательно, при нагреве слитков стали СП28 под горячую деформацию (до 1220^оС) происходит значительный рост зерна аустенита, измельчение которого достигается только при осуществлении достаточной степени деформации. При недостаточной степени деформации выросшее зерно аустенита в полуфабрикатах стали СП28 не измельчается. Это положение подтверждается участившимися случаями забракования крупногабаритных полуфабрикатов стали СП28, полученных из слитков ВДП и ВДП+ВДП, по величине зерна аустенита и из-за нафталинистого излома.

Литература:

1.Шоршоров М.Х., Тавер Э.И. Влияние термообработки сварных соединений стали СП28 к хрупкому разрушению. – Сварочное производство, 1968, № 3, с 24-26.

2.Садовский В.Д. Структурная наследственность в стали. – М. : Металлургия, 1973, – 205с.

3.Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. – М.: Мир, 1974. – 260с.

4.Виноград М.И., Ульянова Ю.И., Файвилевич Г.О. О механизме роста зерна аустенита в конструкционной стали. – Металловедение и термическая обработка металлов. 1975, № 1, с.5-11.

5.Голованенко С.А. и др. Рекристаллизация вольфрамовых сплавов. – Металловедение и термическая обработка металлов.1976, № 9, с.59-60.

6.Кочин Ф.И. и др. Склонность к росту зерна аустенита низколегированной стали с малыми добавками ниобия, ванадия и азота. – Металловедение и термическая обработка металлов, 1976, № 3, с.16-18.