Структура конструкционной легированной стали

Винокур Б.Б., Пилюшенко В.Л., Касаткин О.Г.

Металлургия, 1983 г.

ГОРЯЧАЯ ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И АУСТЕНИТНОЕ ЗЕРНО

Одним из наиболее мощных средств регулирования величины зерна является горячая пластическая деформация. Конечно, немаловажную роль при этом оказывают температура нагрева перед деформацией, температура окончания деформации и температурно-временные условия последующей термической обработки. Теоретические условия проведения термомеханической обработки, образование структур и формирование свойств обобщено М.Л. Бернштейном [13]. Существует много разновидностей термомеханической и механикотермической обработок, основная цель которых получить высокую прочность металла. При проведении исследований авторы не всегда уделяли должное внимание на установление зависимости свойств от величины аустенитного зерна.

Возможность регулирования свойств при закалке с ковочного нагрева путем изменения размера зерна рассмотрена во многих работах, в частности, посвященных обработке крупных поковок. Можно также отметить работу [132], где изучено влияние температуры и степени деформации стали типа 50ХН. После окончания деформации образцы закаливались в воде. Величина аустенитного зерна оказалась зависимой от протекания процесса первичной рекристаллизации. Последняя, в свою очередь, определяется степенью деформации и длительностью выдержки после нее (т.е. перед закалкой).

Одним из перспективных направлений является разработка режимов прокатки, при которых одновременно обеспечивается получение заданной формы изделия и необходимые механические свойства. Выяснение процессов, происходящих при горячем деформировании, установление связи между степенью и температурой деформации, длительностью выдержки после окончания деформации и процессами рекристаллизации открывает возможность управления механическими свойствами. Эти вопросы рассмотрены в работах [11, 53]. Горячая деформация оказывает большое влияние на превращение аустенита при последующем охлаждении [57]. В ряде случаев, кроме измельчения зерна, наблюдалось исчезновение сетки избыточного феррита в доэвтектоидных сталях, измельчение структурных составляющих, увеличение ударной вязкости.

Условия горячей деформации особо важны при производстве крупных поковок. Слитки перед ковкой выдерживаются длительное время при высоких температурах, что может вызвать нежелательный рост зерна, обнаруживаемый затем в изломах после окончательной термической обработки. Степень деформации крупных слитков невелика, дендриты мало дробятся даже при таких степенях укова, как 8—10 (рис. 39). Зачастую в процессе ковки проводятся промежуточные подогревы, что явно способствует протеканию процессов собирательной рекристаллизации. Таким образом, и небольшая степень деформации, и высокие температуры, и длительность процесса может вызвать усиленный рост зерна, особенно в центральных слоях крупных поковок. Повышение температуры нагрева слитков перед ковкой является важным фактором увеличения производительности труда и оборудования. Повышение температуры начала ковки для ряда конструкционных сталей не вызывает ухудшения структуры и свойств [21]. Интенсивная деформация и измельчение структуры в сочетании с последующей термической обработкой может только улучшить сочетание прочности, пластичности, ударной вязкости. Совершенно необоснованными оказались опасения возможного ухудшения свойств вследствие небольшого укрупнения зерна при повышении температуры нагрева перед ковкой, так как при ковке зерна измельчались сильнее, чем при нагреве до более низких температур.

Изучено влияние температуры нагрева перед ковкой крупных слитков на свойства металла поковок [21]. Четвертая часть каждого из слитков сталей 55Х, 50ХН и 35ХНМ выдерживалась в течение 10 ч при температурах, обычно используемых на практике. Вторая четвертушка каждого из слитков подвергалась нагреву до температур, на 50 С более высоких. Из каждой части слитка изготавливалась ступенчатая проба массой 10 т с диаметрами ступеней 1000, 700 и 500 мм, что соответствовало степени укова 2, 4 и 8. После обдирки диаметры ступеней составляли 960, 670 и 480 мм. Пробы из стали 35ХНМ подвергались закалке с высоким отпуском, пробы из стали 50ХН — нормализации с высоким отпуском, пробы из стали 55Х — специально разработанному режиму, где противофлокенный отжиг совмещался с нормализацией [21].

Повышение температуры нагрева перед ковкой стали 35ХНМ не вызвало ухудшения механических свойств, в некоторых случаях даже наблюдалось их повышение [34]. Совершенно одинаковые свойства были получены у поковок из сталей 50ХН и 55Х как в случае нагрева перед ковкой до обычно применяемых температур, так и более высоких. Полученные результаты подтверждаются микроструктурным анализом (рис. 40— 42). Эти эксперименты послужили основанием для изучения возможности повышения температуры нагрева крупных кузнечных слитков перед ковкой для целого ряда хромистых сталей перлитного, переходного, мартенситного и аустенитного классов [211

Повышение температуры нагрева перед ковкой позволяет получить более однородную структуру вследствие растворения в аустените тугоплавких соединений, располагающихся на границах зерен. Это особенно важно при ковке сложнолегированных сталей, где такие соединения присутствуют в большом количестве. Растворение карбидов, карбонитридов и нитридов сильных карбидо- и нитридообразующих элементов позволяет, во-первых, существенно улучшить технологическую пластичность, во-вторых, повысить [34J механические свойства сталей (рис. 43). При этом не произошло укрупнения аустенитного зерна вследствие барьерного действия горофильных элементов (см. ниже).

Вопрос о влиянии длительности пребывания слитков при температурах нагрева перед ковкой мало изучен. Обычно выдержка выбирается эмпирически и колеблется от нескольких часов до десятков часов даже для слитков одной массы. Иногда оказывается, что длительность необоснованно ограничивается из-за боязни возникновения устойчивого перегрева, образования нафталинистого или камневидного вида излома. Для слитков сечением 160 мм было установлено, что увеличение длительности выдержки перед ковкой позволило повысить технологическую пластичность [21]. В результате ковка проходила более интенсивно, зерно несколько измельчилось, и свойства оказались несколько более высокими, чем в случае применения менее длительной выдержки перед ковкой.