Механизм влияния углерода

Влияние углерода. Механизм влияния углерода на жаропрочные свойства перлитных сталей еще не ясен. Исследованиями, 11 проведенными М. В. Приданцевым и К. А. Ланской на кованой хромомолибденованадиевой стали, установлен двустадийный характер влияния углерода на сопротивление ползучести. Сравнение первичных температурных кривых деформация — время, полученных при испытании двух сталей одинакового хи-мического состава, отличающихся по углероду, показывает, что в начальной стадии ползучести большим сопротивлением ползучести обладает сталь с более высоким содержанием углерода. На определенном участке кривой, когда скорость ползучести стабилизируется, наступает вторая стадия, при которой сталь с меньшим содержанием углерода обладает большим сопротивлением ползучести, чем сталь с более высоким содержанием углерода.

Различное поведение стали на разных стадиях ползучести в зависимости от содержания углерода объясняется структурными изменениями, которые происходят в процессе длительных испытаний при высоких температурах. Результаты фазового химического анализа показывают, что в процессе испытания на ползу-честь в стали происходит непрерывное перераспределение легирующих элементов между твердым раствором и карбидной фазой. На первой стадии испытания, характеризуемой относительно небольшим отрезком времени (различном, по данным разных авторов, примерно до 300—500 час.), практически не происходит обеднения твердого а-раствора легирующими элементами ни у стали с низким содержанием углерода, ни у стали с более высоким содержанием углерода. Поэтому на первой стадии ползучести проявляются преимущества хромомолибденовой или хромо- молибденованадиевой стали с более высоким содержанием углерода. На второй стадии, при более длительных выдержках, преимущество стали с повышенным содержанием углерода по сравнению с аналогичной сталью, но с более низким содержанием углерода теряется вследствие ускоренного процесса обеднения твердого раствора «-легирующими элементами, главным образом молибденом.

У стали с повышенным содержанием углерода после длительных температурных испытаний под напряжением наблюдается коагуляция карбидов, у стали с низким содержанием углерода после испытания в таких же условиях карбидные включения сохраняют дисперсное состояние.

Наличие окисных пленок

на границах зерен, скопление легкоплавких ликвирующих соединений

На основании результатов исследований ЦНИИТМАШ, ЦКТИ и практики зарубежного производства сталей перлитного класса для литых деталей энергетических агрегатов (корпусов, клапанных коробок, арматуры) оптимальное содержание углерода определено в пределах 0,12—0,18%. Несколько повышенное содержание углерода в литых сталях по сравнению с деформированными объясняется улучшением литейных свойств стали и несколько замедленным процессом обеднения твердого раствора легирующими элементами при изотермической длительной выдержке.

Наличие окисных пленок на границах зерен, скопление легкоплавких ликвирующих соединений и относительно большой размер зерна служак своеобразными барьерами, замедляющими процесс образования карбидных фаз.

Однако сопротивление ползучести кованой стали больше по сравнению с аналогичной литой сталью, что видно из кривых деформация — время.

Такое на первый взгляд несоответствие между фазовым составом и сопротивлением ползучести у кованой и литой сталей, объясняется, по-видимому, блочностыо структуры и большей чистотой границ зерен. В кованой стали наблюдается блочность структуры с определенной степенью разориентировки между соседними областями кристалла, что затрудняет движение дислокаций на границе микрообластей зерна, ь Влияние хрома. Благоприятное влияние хрома сказывается в стабилизации структуры, в получении тонких структур превращения в промежуточной области и в том, что карбиды хрома мало склонны к коагуляции. Хром, находясь главным образом в карбиде железа, сообщает ему очень высокую термическую стойкость и уменьшает диффузию углерода в а-фазе.

Длительную прочность хром повышает незначительно, несколько эффективнее улучшает сопротивление ползучести. Существенное повышение жаропрочных свойств достигается при легировании стали хромом совместно с молибденом и ванадием, а также при добавке небольшого количества бора.