книги из ГПНТБ / Микролегирование литых жаропрочных сталей

Рис. 61. Структура изломов об­ разцов стали 1Х23Н18 I вари­ анта:

Большой набор добавок церия и бора был взят при выплавке стали III варианта. Общая тенденция в изме­ нении величины зерна под влиянием микролегироваиия церием и бором аналогична I варианту. Отличием явля­ ется некоторое увеличение величины зерна при 0,1 % Се по сравнению с исходным, затем зерно уменьшается и при 0,25% Се площадь зерна имеет минимальное значе­ ние: в четыре-пять раз меньше исходного. При даль­

стали II варианта ми­

кролегирующих добавках церия характер изменения ве­ личины аустенитного зерна не установлен.

Сравнивая данные об изменении величины зерна аустенита стали 1Х23Н18 I и III вариантов при скорости кристаллизации, примерно равной соответственно 3 и 100 см!мин, под влиянием микролегирующих добавок це­ рия и бора, приходим к заключению, что характер изме­ нения в этих случаях аналогичен. Увеличение количест­ ва введенного церия до 0,25—0,3% вызывает резкое уменьшение величины зерна аустенита, после чего, как показано на рис. 62 для III варианта, величина зерна увеличивается до значений, близких к исходным.

Данные, полученные авторами при исследованиях, показывают, что бор в количестве 0,0045% (для I вари­

анта) и 0,0072 (для III варианта) обусловливает подоб­ ію церию резкое уменьшение величины зерна аустенита. Таким образом, подтверждается точка зрения, изложен­ ная в [85, 146] о боре, как о поверхностно-активном эле­

ные на рис. 50, а в структуре стали без добавок церия, как бы «рассасываются». По мере увеличения количества вво­ димого церия структура становится еще более однород­ ной, карбидные частицы более равномерно распределя­ ются по всему объему зерна, количество карбидной фа­ зы заметно уменьшается. Причиной этого является, оче­ видно, то, что церий, как поверхностно-активная примесь в стали, может адсорбироваться не только на поверхно­ сти растущих зерен металла, но и на поверхности выде­ ляющихся фаз, затрудняя их выделение из твердого раствора. Такое влияние церия на перераспределение и количество упрочняющей фазы отмечается в работах

[86 и др.].

Другим результатом воздействия церия как поверх­ ностно-активного элемента является устранение дендрит­ ных форм кристаллитов, которое, однако, имеет место

146

Рис. 64. Микроструктура стали 1Х23Н18 (I вариант, I серия) с мпкролегирующими добавками церия:

10*

по методу «А» (1500X5).

Рис. 67. Микроструктура стали 1X23IT18 (I вариант, II серия) с мнкролетирующей добавкой церия 0,2% (а — Х100; б — X 1000).

Рис. 69. Пограничные выделения карбидов типа МегзСв в стали ІХ23ІТ18 (I вариант, II серия), микролегированиой 0,2% Се (я) и 0,009% В (б). Травление по методу «Б» (Х6000).

Рис. 66. Микроструктура стали 1Х23Н18 (I вариант, II серия) с микролегирующими добавками бора:

а — 0,0045% В; 6 — 0,009% В; в — 0,008% В+0,2% Се (слева ХЮО; справа.

X I000).

ществ для образования трех- и двухмерных зародышей. При этом замедление роста кристаллов не может компенсировать уменьшение числа зародышей и это приводит к образованию крупнокристаллической струк­ туры.

При исследовании возможности образования моно­ атомной пленки бора, полностью покрывающей зерно аустенита, установлено [242], что число атомов бора, не­ обходимое для образования моноатомной пленки бора на одно зерно аустенита (балл 1, по ASTM), равняется 6,12 - ІО12. При более мелком зерне (балл 4, по ASTM) — 7,64-ІО11. При содержании бора 0,0030 вес.% число ато­ мов бора, приходящихся на одно зерно аустенита (балл 4), составляет 7,01-ІО12 в случае гипотетической 10%-ной адсорбции (10% числа атомов, приходящихся на одно зерно, расположены на границе зерна). В благоприятном случае при концентрации бора, равной 0,003%, для зерен аустенита, соответствующих баллу 1, требуется 3,9%-ная адсорбция. На основании расчетов максимально возмож­ ной адсорбции, величина которой получается меньше 1, авторы делают вывод о весьма малой вероятности обра­ зования непрерывных пленок или достаточно протяжен­ ных участков, покрытых пленкой на поверхности зерен аустенита. Выдвигается предположение о том, что выде­ лившиеся на границах зерен атомы бора и соединение борида железа РегВ должны быть локализованы и рас­ пределены в виде отдельных областей. Возможность су­ ществования эффекта адсорбции за счет атомов бора, растворенных в аустените, является важным фактором, который необходимо учитывать при объяснении некото­ рых особенностей влияния бора на свойства стали.

Помимо уже отмеченной закономерности в изменении величины аустенитного зерна, показанной на рис. 66, а и б, наблюдается и другая закономерность, выявленная в стали I варианта, микролегированной только бором. Речь идет о развитии вторичной границы, имеющей бо­ лее тонкое строение, чем основная граница аустенитного зерна, и как бы соединяющей междендритные и межос­ ные участки. При введении в сталь 0,0045% В развитие вторичных границ не имеет места. На рис. 66, б, где по­ казана микроструктура стали с добавкой 0,009% В (при X 100), вторичная граница заметна в виде тонких линий внутри аустенитного зерна. Эта особенность сохраняет­

151

ся и при комплексном микролегировании церием и бором (рис. 66, в). При большом увеличении для этого вари­ анта видны два участка вторичной границы, отходящие от межосного участка, который выглядит как скопление карбидных частиц (крупных в центре и мелких — по пе­ риферии). Интересно сравнить вид вторичной границы

свидом основной границы аустенитного зерна, которая

ввиде ломаной линии показана на рис. 66, б. Исследование микроструктуры стали с комплексной

добавкой 0,2% Се + 0,007% В позволяет считать, что в присутствии бора гомогенизирующее воздействие церия на структуру подавляется. На рис. 67 показана микро­ структура стали этой же серии с добавлением 0,2% Се. Структура несколько напоминает структуру стали с 0,0045% бора (рис. 66, а). Здесь также проявились ха­ рактерные особенности действия церия — величина зер­ на уменьшилась, стали меньше карбидные скопления в междендригных и межосных участках и увеличилась дисперсность карбидных частиц.

Воздействие бора на величину частиц упрочняющей фазы противоположно: он способствует укрупнению час­ тиц карбидной фазы в междендритных и межосных уча­ стках и коагуляции их в крупные скопления (см. рис. 66, а ив).

Согласно [84], под модифицированием понимают видоизменение формы и размеров первичных кристалли­ тов, изменение степени дисперсности кристаллизующих­ ся фаз под воздействием малых добавок определенных элементов, введенных в жидкий металл. Формы влия­ ния модификаторов на кристаллизацию могут быть сле­ дующими: размельчение ветвей дендритных образова­ ний; уменьшение величины зерна; размельчение фазо­ вых составляющих сплава.

Исходя из изложенного, можно заключить, что не все из указанных добавок церия и бора оказывают модифи­ цирующее воздействие на структуру стали 1Х23Н18.

В I варианте введение церия оказывает модифициру­ ющее воздействие, усиливающееся при увеличении до­ бавки от 0,1 до 0,3%, в III варианте — при 0,2—0,25%.

Причем его воздействие выражается как в уменьшении величины зерна, так и в размельчении ветвей дендрит­ ных образований и частиц карбидной фазы.

Модифицирующее воздействие бора (в количестве

152

0,0045% для I варианта и 0,0035—0,0072% для III ва­ рианта) выражается только в уменьшении величины аустенитного зерна. Дисперсность дендритной структуры в I варианте почти не меняется, в III варианте при введе­ нии 0,0072% бора дендритная структура измельчается в незначительной степени. Частицы карбидной фазы, выде­ ляющиеся в междендритных и межосных участках, укрупняются при всех добавках бора.

Условия кристаллизации стали 1Х23Н18, залитой в песчано-глинистые формы (II вариант) и, следователь­ но, охлажденной из жидкого состояния с большей ско­ ростью, чем сталь I варианта, обусловливают отличия в структуре исходной стали, что уже отмечалось в пара­ графе I, и в стали с микролегирующими добавками це­ рия и бора.

В исходном состоянии структура стали характеризу­ ется более дисперсной дендритной структурой и большой неоднородностью в распределении карбидной фазы. Влияние церия на структуру стали II варианта анало­ гично тому, что наблюдалось в I варианте, однако добав­ ка, при которой имеет место наиболее однородная струк­ тура и наблюдается некоторое уменьшение зерна аусте­ нита, в этом случае— 1,2% Се. Другая особенность за­ ключается в том, что при введении 0,6% Се, когда вели­ чина аустенитного зерна не отличается от исходного, а распределение карбидной фазы более однородное, чем в исходной структуре, мы наблюдаем развитие вторич­ ных границ, характерных для стали I варианта только в случае микролегирования бором и совместно бором и церием.

При микролегировании стали II варианта бором в количестве 0,0045%; 0,009% и 0,0135% величина аусте­ нитного зерна остается при всех добавках на уровне исходного, дисперсность дендритной структуры почти не изменяется. Однако количество карбидной фазы в меж­ дендритных и межосных участках увеличивается, осо­ бенно при введении 0,009% В. Дальнейшее увеличение присадки бора до 0,0135% вызывает некоторое уменьше­ ние количества карбидной фазы. Интересно отметить, что образования вторичных границ в этом случае мы не наблюдаем.

Таким образом, модифицирующее воздействие церия и бора, введенных в количествах, указанных в табл. 16,

153