Физика твердого тела

С.В. Козыркина

Днепропетровский государственный аграрный университет

Влияние температурного интервала термоциклической обработки в атмосфере водорода на микроструктуру коррозионностойких сталей 08Х18Н9Т и 40Х13

Так как термоциклическая обработка проводилась в газовой среде, выбор температурного интервала проводился с учетом материала и влияния водорода на положение критических точек. Известно, что при невысоких давлениях ( до 3,5 МПа [1] ) водород слабо влияет на полиморфизм, качественное его воздействие на положение критических точек железа аналогично таким примесям внедрения, как углерод и азот. Максимальное давление водорода, при котором проводились эксперименты составляло 3,0МПа. Исходные структуры стали 08Х18Н9Т и 40Х13 представлены на рис.1.Термоциклирование этих материалов проводили при следующих параметрах: давление водорода 0,1 МПа, 1,0 МПа, 3,0 МПа; количество термоциклов 10, 100, 300; скорости нагрева и охлаждения 0,5К/с, 1,5К/с, 2,0К/с, 3,0К/с; температурные интервалы 993-1193К, 1153-1153К, 1073-1373К.

Микроструктура нержавеющей стали 40Х13, после термоциклирования по сравнению с исходной мелкодисперсной структурой, становится крупнозернистой, состоящей из зерен феррита и перлита. Структура стали 08Х18Н9Т, после ТЦО в интервале температур 973-1173К практически не изменяется, зерна аустенита сохраняют такую же форму и размер. Единственным изменением в стали 08Х18Н9Т можно считать исчезновение деформированных вытянутых неметаллических включений, которые после термоциклирования становятся мелкими и имеют круглую форму (рис.2).

При изучении влияния температурного интервала ТЦО в пределах 1073-1373К на изменения микроструктуры стали мартенситного и аустенитного классов обнаружен рост зерна. В исходном состоянии микроструктура аустенитной стали мелкозернистая, балл зерна девятый. После термоциклирования размер зерна увеличивается по сравнению с исходным в десятки раз, балл зерна уменьшается до второго (рис.3). Если в стали 08Х18Н9Т при варьировании температурным интервалом ТЦО происходит лишь рост зерен аустенита, то у стали 40Х13 наблюдается полная трансформация структуры (рис. 4). Влияние температурного интервала термоциклической обработки у этой стали таково, что , меняя его, можно получить феррито-перлитную или мартенситную с различной дисперсностью мартенсита микроструктуру.

Изучая влияние температурного интервала термоциклирования в водороде на изменение микроструктуры исследуемого материала, параллельно проводили эксперименты, в которых ТЦО заменяли изотермической выдержкой в водороде и аргоне.

После изотермической выдержки в атмосфере водорода коррозионностойкой стали марок 08Х18Н9Т и 40Х13 было установлено, что в аустенитной стали структура подобна микроструктуре после ТЦО, но только при определенных ее режимах. Микроструктура исходной феррито-мартенситной стали существенно отличается от микроструктуры полученной после термоциклирования. Карбидные включения имеют различный размер и разнообразную форму. По идентичным режимам термоциклической обработки, единственным отличием которой являлась атмосфера ( водород или аргон ), был проведен ряд экспериментов со сталями 08Х18Н9Т и 40Х13, а также эксперименты с изотермической выдержкой в аргоне. После

ТЦО в водороде наблюдается значительный рост аустенитного зерна (балл 5), после термоциклирования в среде инертного газа размер аустенита соответствует 9 баллу. Изотермическая выдержка в аргоне увеличивает размер зерна аустенита до 7 балла. В стали 40Х13 мелкодисперсные включения карбидов после ТЦО в водороде по шкале равны 10 баллу, в то время как после термоциклирования в аргоне карбидные включения имеют 3 балл. Изотермическая выдержка в аргоне стали 40Х13 приводит к измельчению карбидных включений.

Таким образом, можно сделать вывод, что изменение температурного интервала ТЦО приводит к изменению структуры исследуемого материала. В стали ферритно-мартенситного класса при изменениях интервала ТЦО получается микроструктура с различными структурными составляющими.

Проведенные исследования по изучению влияния изотермической выдержки в водороде и аргоне, и ТЦО в аргоне позволяют также сделать вывод, что только достаточно длительная изотермическая выдержка в атмосфере водорода влияет на структуру аустенитной стали и подобна одному из конкретных режимов термоциклирования, а в ферритно-мартенситной стали микроструктура после изотермической выдержки в водороде ни схожа ни с одной из полученных структур после ТЦО в Н₂. Термоциклическая обработка и изотермическая выдержка в аргоне на аустенитную сталь влияют практически одинаково, на сталь 40Х13 – образованием различной формы и дисперсности карбидных включений.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Шаповалов В.И. Влияние водорода на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов. –М. Металлургия, 1982.-229 с.