1.3.5. Аустенитно-ферритные стали

Преимущество сталей этой группы - повышенный предел текучести по сравнению с аустенитными однофазными сталями, отсутствие склонности к росту зерна при сохранении двухфазной структуры, меньшее содержание остродефицитного никеля и хорошая свариваемость, меньшая склонность к МКК.

Повышенное сопротивление МКК объясняют более мелкозернистой структурой двухфазных сталей, что приводит к меньшей концентрации карбидных фаз по границам (выделением карбидов типа Me₂₃С₆ на границе - фаз). Поскольку условия проявления МКК в этих фазах разные, то концентрация хрома в приграничных участках не опускается ниже допустимого уровня. Так как концентрация углерода в аустените выше, чем в феррите, карбиды выделяются по границам, не образуя непрерывной сетки.

Принципиальное отличие сталей аустенитно-ферритного класса в том, что благодаря более высокому содержанию в них хрома аустенит становится более устойчивым по отношению к мартенситному превращению, хотя полностью исключить возможность образования мартенсита в этих сталях не всегда удаётся.

Аустенитно-ферритные стали весьма сложны по химическому составу, могут иметь в структуре различное соотношение аустенитной и ферритной фаз. В них могут происходить следующие основные фазовые превращения:

1. Изменение количества аустенита и феррита в зависимости от температуры нагрева.

2. Распад -феррита с образованием σ-фазы и вторичного аустенита.

3. Выделение карбидных, нитридных и интерметаллидных фаз, которое может происходить как из аустенита, так и из феррита.

4. Мартенситные -_м - превращения при охлаждении или при деформации.

5. Процессы охрупчивания ферритной фазы, связанные с явлением упорядочения и расслоения (хрупкость 475С).

Возможность протекания в аустенитно-ферритных сталях сложных фазовых превращений в различных интервалах температур накладывает существенные ограничения на режимы их технологии производства и области применения.

Постановка задачи

Цель данной работы сводилась к трём задачам:

1. Изучение влияния незначительного колебания химического состава в пределах марочного разработанной ранее метастабильной аустенитной стали 03Х14Н11К5М2ЮТ (129) на физико-механические и технологические свойства;

2. исследование сталей той же композиции, но с пониженным содержанием кобальта;

3. влияние изменения содержания алюминия от 0,5 до 2,0 % в сталях практически той же композиции на структуру.

2. Материал и методы исследования

2.1 Материал исследования

На кафедре металловедения ГОУ ВПО УГТУ-УПИ разработаны принципиально новые безуглеродистые коррозионностойкие высокопрочные стали аустенитного класса на Fe-Cr-Ni основе с дополнительным легированием кобальтом, молибденом, титаном и алюминием.

В данной работе были рассмотрены 3 группы сталей:

1. Плавки 2, 4, 8, 9 с варьированием по химическому составу:

Ni (11…11,7 %), Co (4,5…5 %), Al (0,5…0,8 %), Cr (13…14 %),

Mo (2,5…2,85 %). Принадлежат к аустенитному классу;

2. Плавки 5, 10, 11, 12 с пониженным содержанием Co и без Co.

Содержание Со в данных сталях изменятся от 5,0 до 0 %. Принадлежат к аустенитному классу;

3. Плавка 6. Принадлежит к аустенитно-ферритному классу.

Химический состав исследуемых сталей приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Химический состав исследуемых сталей, мас. %

Марка стали (№ плавки)	C	Cr	Mn	Ni	Co	Si	Mo	Ti	Al	S, P, Cu	Fe
Плавка 129	0,03	14,2		11,4	4,5		2,2	0,4	0,83	не более 0,035	остальное
Плавка 2	0,03	13,13	0,16	11,74	4,20	0,18	2,83	0,23	0,70
Плавка 4	0,03	13,98	0,19	11,58	4,56	0,21	2,54	0,28	0,81
Плавка 5	0,03	12,95	0,083	11,14	0,8	0,31	2,57	0,26	0,45
Плавка 6	0,03	13,0	0,088	10,12	4,97	0,23	2,46	0,28	1,95
Плавка 8	0,03	14	0,25	11,0	5,1	0,3	2,6	0,28	0,8
Плавка 9	0,02	13,74	0,16	11,0	5,04	0,19	2,45	0,3	0,5
Плавка 10	0,03	14,01	0,07	12,07	0,95	0,18	2,46	0,3	1,63
Плавка 11	0,03	14,0	0,07	11,0	0,06	0,216	2,11	0,3	0,7
Плавка 12	0,03	14,8	0,12	11,07	0,77	0,22	2,56	0,3	0,84

Слитки были выплавлены на заводе ЦНИИМ (г. Екатеринбург) в индукционных печах открытого типа. Вес слитка ~ 60 кг. После гомогенизационного отжига при 1150 ºС слитки были подвергнуты зачистке и прокованы на заготовки диаметром 14 мм. с последующей обточкой на диаметр 12 мм.

Из заготовок были изготовлены образцы на механические испытания. На данных образцах проводились исследования микроструктуры в зависимости от Т_нагр под закалку как без последующего старения, так и с последующим старением после закалки от указанных температур.

В дальнейшем заготовки протягивались на диаметр 8,0 мм и термообрабатывались при температуре 1000 ⁰С с выдержкой 20 мин.

После термообработки и подготовки поверхности образцы протягивались по маршруту 8,0 - 7,5 - 7,0…0,8. По маршруту волочения отбирались образцы на механические испытания.