Влияние легирующих элементов на склонность стали к хрупкости в условиях длительного старения при высокой температуре

Склонность к тепловой хрупкости наиболее четко выявляется по изменению ударной вязкости стали в процессе длительного старения при высокой температуре.

Стали, легированные ванадием, не склонны к тепловой хрупкости. Ударная вязкость этих сталей даже несколько повышается с увеличением длительности выдержки.

В сталях, легированных ниобием, наблюдается некоторое снижение ударной вязкости после выдержки продолжительностью 1000 час., а затем она немного повышается (выдержка 4000 час.) и остается постоянной или даже возрастает для ста-ли с 0,71% Nb. Резкое увеличение ударной вязкости этой стали после длительной выдержки указывает на то, что первоначальный низкий уровень ударной вязкости не был обусловлен наличием большого количества феррита, как это предполагают некоторые авторы, так как количество его в процессе выдержки не изменилось. Повышение ударной вязкости согласуется с данными по ползучести, когда с увеличением длительности испытания резко увеличивалась скорость ползучести. Это связано, по-видимому, с коагуляцией вторичных фаз и разупрочнением стали.

У всех сталей титановой серии в первые 2000 час. старения происходит понижение ударной вязкости. При увеличении выдержки она несколько повышается, а затем остается на одном уровне.

У сталей, содержащих вольфрам, наиболее сильное снижение ударной вязкости при старении наблюдается также в течение первых 1000—4000 час. Степень охрупчивания прямо пропорциональна содержанию вольфрама. При значительном содержании вольфрама (3,9%) этот процесс заканчивается значительно быстрее (за 1000 час.). При увеличении длительности старения с 4000 до 10000 час. величина ударной вязкости всех сталей вольфрамовой серии сохраняется постоянной. Исследование влияния продолжительности старения при 600 °С на ударную вязкость сталей вольфрамовой серии, содержащих 0,4% Nb, показало, что в этих сталях изменение ударной вязкости в процессе старения происходит так же, как в сталях без ниобия.

Микроструктура исследованных сталей

хорошо объясняет полученные данные по ударной вязкости

Микроструктура исследованных сталей хорошо объясняет полученные данные по ударной вязкости. В процессе старения из феррита сталей, содержащих значительное количество вольфрама, выделяется вторичная мелкодисперсная интерметаллическая фаза Лавеса типа VFe2, которая располагается равномерно по всему сечению зерна. Наиболее интенсивно это г процесс выделения развивается в первые 1000 час. старения. На приведенных микрофотографиях можно видеть, что частицы интерметаллида в отличие от карбидов имеют продолговатую форму. Степень дисперсности выделяющейся фазы уменьшается по мере удаления от границы зерна, причем по границам и в непосредственной близости выделений вообще не наблюдается.

При увеличении длительности выдержки с 4000 до 10000 час. форма и размер частиц вторичных фаз меняются очень мало. Это относится к карбидам и интерметаллидной фазе, выделившейся из феррита, и свидетельствует о достаточной стабильности структуры сплава в процессе длительной выдержки при 600 °С.

Кобальт не оказывает существенного влияния на ударную вязкость хромистой стали, содержащей 2% W, после старения при 600 °С в течение 4500 час. Введение повышенного количества молибдена в сталь ЭИ756 несколько понижает уровень ударной вязкости стали после длительного старения.

Следует отметить, что 12%-ные хромистые стали в процессе длительной выдержки при 600°С и выше, как правило, сохраняют достаточно высокий уровень ударной вязкости. Значительное повышение ударной вязкости, например в сталях с 0,71 °/о Nb, 1,15% W, свидетельствует о нестабильности структуры. Поэтому для надежной оценки пригодности сталей этого типа к длительной работе в условиях высоких температур необходимо проводить соответствующие испытания максимальной длительности и дополнять их изучением фазового состава.