Таблица 1.22. Химический состав высокопрочных закаленно-отпущенных сталей
Сталь марки
Содержание, % но массе
12Г2СМФ*
0,09 -0,15
1,3 -1,7
0,4 -0,7
<0,3
<0,3
<0,3
0,15 -0,25
0,07 -0,15
< 0,035
< 0,035
ТУ 14-1-1308-75
12ГН2МФАЮ
0,09 -0,14
0,9 -1,4
0,2 -0,5
0,2 -0,5
1,4 -1,75
<0,3
0,15 -0,25
0,05 -0,1
0,05 -0,1
0,02 -0,03
<0,035
<0,035
ТУ 14-1-1772-76
14Х2ГМР**
0,1 -0,17
0,9 -1,2
0,17 -0,37
1,4 -1,7
<0,3
<0,3
0,45 -0,55
0,03
<0,035
<0,035
ТУ 14-101-156-7
12ХГН2МФБАЮ
0,09 -0,16
0,9 -1,3
0,3 -0,5
0,5 -0,9
1,4 -1,7
<0,3
0,3 -0,4
0,05 -0,1
0,02 -0,06
0,05 -0,1
0,02 -0,03
<0,035
<0,035
ТУ 14-104-13-7
* Допускается для повышения вязкости введение в сталь марки 12 Г2СМФ 0,05 - 0,10% алюминия и 0,015 - 0,03% азота, при этом сталь обозначается 12Г2СМФАЮ. ** В сталь марки 14Х2ГМР вводится 0,002 - 0,006% бора.
Таблица 1.23. Механические свойства листовых высокопрочных закаленно-отпущенных сталей
Сталь марки
Толщина листов, мм
Временное сопротивление разрыву, МПа
Предел текучести, МПа
Относительное удлинение 65,
Ударная вязкость KCU, Дж/см при температуре °С
Количество волокна в изломе крупной судостроительной пробы при -Н20°С, %
Испытание на
изгиб в ХОЛОДНОМ СОСТОЯНИИ
на 180° при диаметре оправки, равном
Не менее
12Г2СМФ
10-36
12ГН2МФАЮ
16-40
14Х2ГМР
4-50
12ХГН2МФБАЮ
16-40
+20 „
--хгд
Сталь марок 12Г2СМФ, 12ГН2МФАЮ и 12ХГН2МФБАЮ принадлежат к группе сталей с карбонитридным упрочнением, сталь марки 14Х2ГМФ относится к бейнитным сталям (при охлаждении на воздухе после аустенитизации в прокате значительной толщины образуется микроструктура бейнит). Тепловое воздействие сварки несколько уменьшает исходную твердость в околошовной зоне стали марки 12Г2СМФ, однако разупрочненный участок узок (2-10 мм) и не вызывает снижения временного сопротивления разрыву образцов сварных соединений с поперечными сварными швами при растяжении. Разупрочнение при сварке других рекомендуемых сталей мало и его практически не следует принимать во внимание.
Два варианта проката высокопрочной закаленно-отпущенной стали предусматривает ГОСТ 27772-88*. Эти стали имеют наименование С590 и С590К. При этом сталь С590 поставляется в виде листов толщиной 10-36 мм и по химическому составу аналогична стали марки 12Г2СМФ по табл. 1.22; сталь С590К поставляется в листах толщиной 10-40 мм и ее химический состав соответствует составу стали марки 12ГН2МФАЮ по той же таблице. Нормы механических свойств для листов сталей С590 и С590К те же, что и в табл. 1.23 для соответствующих сталей.
Сталь марки 12Г2СМФ рекомендуется для конструкций, эксплуатируемых в обычных условиях при расчетной температуре не ниже минус 40 °С. Сталь марок 12ГН2МФАЮ и 12ХГН2МФБАЮ благодаря повышенной хладостойкости может быть использована для наиболее ответственных металлоконструкций, в том числе эксплуатируемых при динамическом нагружении и расчетной температуре минус 40 °С («северное исполнение»). Свои преимущества в хладостойкости эти стали сохраняют и в околошовной зоне сварных соединений (рис. 1.10). Оптимальные свойства в околошовной зоне достигаются при сварке на тепловых режимах, которым соответствует мгновенная скорость охлаждения при 600 °С в пределах 7-30 град/с. Заметное снижение ударной вязкости и повышение температуры хрупкости наблюдается при уменьшении скорости охлаждения ниже 5 град/с. Все перечисленные стали имеют значительный запас пластичности, что позволяет применять при изготовлении конструкций все виды механической обработки, а также холодную обработку давлением: гибку, вальцовку, штамповку и т.д.
+ 10
>
370 350 330 310 290 270
Мгновенная скорость охлаждения нри 600°С, С/с
Рис.1.10. Зависимость ударной вязкости нри плюс 20 и минус 60°, а также температуры хрупкости Т50 и максимальной твердости металла околошовной зоны сварных соединений стали 12Г2СМФ (светлые точки) и 12ГН2МФАЮ (темные точки) от скорости охлаждения при автоматической сварке
в настоящее время закаленно-отнущенные высокопрочные стали поставляются только в виде листов толщиной 10-50 мм, причем для стали марок 12Г2СМФ и 12ГН2МФАЮ максимальная толщина ограничена величиной 40 мм по условию прокаливаемости. Сравнительно узкий диапазон толщин обусловлен параметрами действующего в термических отделениях металлургических заводов нагревательного и охлаждающего оборудования. Вместе с тем прокаливаемость наиболее легированной бейнигной стали марки 14Х2ГМР так значительна, что может обеспечить достижение требуемых механических характеристик в прокате толщиной 150-200 ММ.
1.7. Стали после контролируемой прокатки и термического упрочнения
1.7.1. Стали после контролируемой прокатки. В п. 1.5 рассматривался способ получения высокопрочной стали с сильным измельчением ферриго-перлитной микроструктуры в результате микролегирования, создающего дисперсные карбонигриды - карбонитридное упрочнение. В этом способе мелкозернистая структура формируется при термической обработке проката - нормализации.
Однако существует и другая технология получения мелкозернистой феррито-перлитной стали, часто с микролегирующими добавками карбонитридов, но непосредственно после горячей пластической деформации, осуществляемой по специальным термомеханическим режимам, получившая название контролируемой прокатки [25]. Ее спецификой является пластическая деформация при пониженных температурах, при которых рекристаллизация и рост зерен деформированного аустенита существенно замедляются, особенно в присутствии дисперсных вьщелений карбонитридов. Температура окончания прокатки лежит в пределах 850-700 °С, причем используются две технологические возможности: образование конечной микроструктуры из деформированного аустенита до его рекристаллизации; получение мелкозернистой исходной микроструктуры вследствие рекристаллизации обработки аустенита, предшествующей полиморфному у-> а превращению.
Образование мелких зерен феррита обусловлено в первом случае высокой плотностью дефектов кристаллического строения в решетке аустенита - его наклепом при прокатке, во втором случае - наследованием малой величиной зерна феррита и малой величины зерна аустенита. В обоих случаях образованию мелкозернистой конечной феррито-перлигной микроструктуры способствует возникновение в исходной аустенитной микроструктуре большого количества центров кристаллизации.
Характерной особенностью микроструктуры стали после контролируемой прокатки является значительно более заметная разница в величине соседних феррит-пых зерен, чем при карбонигридном упрочнении (разнозеренность), а также, часто, наличие внутри зерен еще более однородных областей - субзерен, разделенных дислокационными малоугловыми границами. При этом часто расположение более крупных зерен феррита в микроструктуре повторяет расположение границ бывших аустенигных зерен, особенно после контролируемой прокатки по первому технологическому варианту.
В качестве микролегирующих добавок при контролируемой прокатке могут использоваться карбиды и нитриды ряда элементов, например, ванадия, титана, алюминия. Однако наиболее эффективными являются добавки дефицитного (пока) в нашей стране ниобия. Обычно он вводится в сталь в количестве 0,02-0,06 %.
Другой необходимой предпосылкой контролируемой прокатки является наличие особо МОЩНЫХ прокатных станов, способных быстро деформировать металл при пониженных температурах без заметного снижения производительности при достаточной надежности и долговечности оборудования. Значительную роль играет
