Модифицирование и микролегирование чугуна и стали

Гольдштейн Я.Е., Мизин В.Г.
Металлургия, 1986 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Гольдштейн Я.Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали

ВЛИЯНИЕ БОРА НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКУЮ ПЛАСТИЧНОСТЬ.
 
Задача улучшения, горячей пластичности многих коррозионностойких сталей является про­блемой народнохозяйственного значения.
Горячая пластичность стали зависит от химического состава стали, сте­пени ее чистоты по неметаллическим включениям и ряду примесей, одно­родности макроструктуры, наличия и характера фазовых превращений, протекающих в процессе деформации, неравномерности деформаций различных структурных составляющих сплава, температурно-скоростного режима прокатки и других. Некоторые закономерности изменения технологической пластичности коррозионностойких сталей в зависимо­сти от их химического и фазового состава приводятся в работах [56-58].
Значительное распространение получила гипотеза "порчи границ зер­на", которая связывает возникновение провалов пластичности с необра­тимыми изменениями в природе и составе межзеренного вещества. По мнению В.М.Савицкого, у моноаморфных металлов и сплавов вообще отсутствуют какие-либо причины для возникновения низкой пластич­ности, кроме порчи границ зерен. Он считает, что зоны хрупкости появ­ляются из-за неумелого обращения технологов с металлом. Представле­ния о "порче" границ зерен как основной причине пониженной техноло­гической пластичности разделяли С.И.Губкин, Я.Б.Фридман и многие другие ученые, которые связывали его с различными факторами, в том числе: окислением границ зерен в процессе нагрева и деформации (пе­режог) ; выделением в объеме матрицы или по границам зерен избыточ­ных фаз; наличием в металле примесей (например, серы, олова, свинца, висмута), образующих легкоплавкие составляющие (пленки, эвтектитические колонии), располагающиеся по границам кристаллитов.
Исходя из представлений о важной роли состояния границ и субзерен на горячую пластичность стали, исследователи в последние годы все большее внимание уделяют опробованию и применению при выплавке труднодеформируемых сплавов активных добавок, в том числе бора. Благоприятное влияние бора чаще всего связывают с его воздействием на состояние границ зерен, а также с повышением межкристаллитной прочности сплавов.
Вместе с тем весьма низкая растворимость бора в твердых растворах, к тому же различная у сплавов разного состава (например, по содержа­нию никеля), нередко приводит исследователей к противоречивым оцен­кам его влияния на свойства стали, в том числе и на его технологичес­кую пластичность. Так, по данным работы [58], микролегирование ста­ли типа SAE316 (18 % Сг, 12 % Ni, 2,5 % Mo, 0,004-0,009 % В) повыша­ет горячую пластичность стали при прокатке в интервале температур 950—1250°С. И только при дальнейшем повышении содержания бора до 0,017 % была отмечена красноломкость стали, связанная с оплавлением бористой эвтектики.
Еще меньшие добавки бора, всего 0,0004 %, вводили [59] в нержавею­щею сталь типа 304 (18 % Сг, 8,5 % Ni, 0,05 % С), но и этого количества оказалось достаточно для изменения условий выпадения избыточных фаз [типа Ме23(С, В)6] и повышения коррозионной стойкости материала.
По данным Э.Г.Фельдгандлер и Л.Я.Савкиной, изучавших свойства стали типа 03Х17Н14МЗ, введение бора повышает пластичность в той области температур, в которой у низкоуглеродистых сталей наблюдается провал пластичности. Наибольшая эффективность — наивысшие значе­ния горячей пластичности стали в интервале температур 800—1200°С -была получена при содержании 0,003 % В [60].
Согласно данным работы [57], микролегирование 0,002% В заметно повышало горячую пластичность стали типа 19—16 при всех скоростях деформирования в температурном интервале красноломкости (800— 1100°С), несущественно влияя на пластичность стали при более высоких температурах.
По данным СИ.Булата следует, что бор в стали типа Х18Н10Т и Х23Н18 может оказывать отрицательное влияние на горячую пластич­ность в случае повышения температуры нагрева под деформацию до 1250°С. Примерно к таким же выводам пришли СИ.Булат и Н.А.Соро­кина, изучив влияние бора на пластичность аустенитной хромоникель-марганцевой стали с азотом [61].
Приведенные выше примеры, с нашей точки зрения, указывают на то, что неоднозначность оценок влияния бора выходит за пределы возмож­ных ошибок или методических погрешностей отдельных исследовате­лей. Вероятно, такая неоднозначность связана с особенностями бора как легирующего элемента, с различными формами его присутствия в метал­ле разных систем легирования, с условиями его взаимодействия с при­месными или отдельными легирующими элементами, входящими в состав того или иного сплава. Это обстоятельство приводило нас к необходимости проведения собственнных исследований по установлении структурного механизма влияния бора на горячую пластичность стали.
Многие исследователи (например, [62—64]) сходятся во мнении, что бор, располагаясь по границам зерен и заполняя имеющиеся там вакансии, уменьшает сегрегацию углерода в этих местах, тормозит его диффузию, что сопровождается усилием выделения карбидов внутри зерен а не в зернограничных пространствах.
Другие исследователи полагают, что присутствие бора на границах зе­рен может так изменить энергетические соотношения на межфазных границах, что вторая фаза примет другую форму
По данным [65], бор благоприятствует коалесценции и сфероидизации выделений второй фазы по границам зерен.
Авторами в период 1977—1980 гг. был проанализирован опыт приме­нения микролегирования коррозионностойких сталей заводами СССР и одновременно проведено исследование механизма влияния различных содержаний бора на технологическую пластичность и служебные свойства некоторых нержавеющих сталей.
Изучение опыта промышленности подтвердило эффективность введе­ния строго дозируемых добавок бора на технологическую пластичность большой группы сталей (в их числе 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13МЗТ, 20Х23Н18, 10Х14Г14НЗТ, 06ХН28МДТ, 03ХН28МДТ, 03Х18АГЗН11МЗБ и др.). На одном из заводов вообще не удавалось прокатать с промышленно приемлемым результатом слитки сплава 03Х23Н28МЗДЗ (ЭИ943) без его микролегирования бором.
Вместе с тем были отмечены значительные различия заводской прак­тики как в количественной стороне микролегирования, так ив услови­ях введения бористого ферросплава и, наконец, в степени эффективно­сти добавок бора на горячую пластичность и в оценке его влияния на коррозионную стойкость металлопроката.
В практике отдельных заводов были и такие случаи, когда слитки отдельных плавок стали 12Х18Н10Т и других с бором разрушались уже при первых же обжатиях. Это объяснялось повышением содержания в них бора до 0,007 % и связанным с этим наличием в структуре стали грубых выделений бористой фазы, располагавшейся по границам пер­вичных кристаллитов.
Наибольшая эффективность от присадок бора отмечалась для сложнолегированных сталей и сплавов, особенно молибденсодержащих, двух­фазных по своему структурному состоянию.
Наши исследования по выявлению влияния бора на горячую пластич­ность и особенностей структурных и фазовых превращений были прове­дены на 40 лабораторных и 25 промышленных плавках коррозионностойких сталей аустенитного класса.
Промышленные плавки выплавляли в 40-т дуговых электропечах с разливкой в слитки массой 6,2 т. Горячую пластичность определяли в литом и деформированном состояниях в интервале температур 800— 1250°С.
Наличие и состав избыточных фаз в исследуемых сталях изучали раз­личными методами, в том числе методом искусственных границ. При этом на поверхность подготовленного шлифа напыляют тонкий слой оксида магния, после чего шлиф обрабатывают в вакуумной печи по ре­жиму: нагрев до 1000—1200°С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью до 20°С. На плоскости шлифа в процессе такой обработки под слоем окси­да выделяются избыточные фазы того же состава, что и по границам зе­рен в толще металла (метод разработан М.Ф.Логиновым).
Для определения состава избыточных фаз использовали угольные реплики с изломов и со шлифов. Определение вели методом электрон­ной дифракции, рентгеноструктурного анализа, а также с помощью мик-рорентгеноспектрального анализатора MS-46 фирмы "Сатеса".
На рис. 46 показано влияние содержания бора на горячую пластич­ность стали 03Х17Н14МЗ, 03Х19АГЗН10 и сплава 03Х23Н28МЗДЗТ (ЭИ943).