Свойства сталей типа Х13, легированных азотом
Рассмотрены результаты сравнения структуры и физико-механических свойств стандартных сталей типа Х13, легированных азотом. Показано, что легирование азотом способствует повышению значений механических свойств сталей....
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Назва видання: | Современная электрометаллургия |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96167 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Свойства сталей типа Х13, легированных азотом / Г.М. Григоренко, Ю.М. Помарин, В.В. Лакомский, В.Ю. Орловский, И.И. Алексеенко // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 4 (101). — С. 26-29. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-96167 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-961672016-03-13T03:02:05Z Свойства сталей типа Х13, легированных азотом Григоренко, Г.М. Помарин, Ю.М. Лакомский, В.В. Орловский, В.Ю. Алексеенко, И.И. Общие вопросы металлургии Рассмотрены результаты сравнения структуры и физико-механических свойств стандартных сталей типа Х13, легированных азотом. Показано, что легирование азотом способствует повышению значений механических свойств сталей. Results of comparison of structure and physical-chemical properties of standard steels of X13 type and those alloyed with nitrogen are considered. It is shown that the alloying with nitrogen promotes the increase in mechanical properties of steels. 2010 Article Свойства сталей типа Х13, легированных азотом / Г.М. Григоренко, Ю.М. Помарин, В.В. Лакомский, В.Ю. Орловский, И.И. Алексеенко // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 4 (101). — С. 26-29. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0233-7681 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96167 669.187.2 ru Современная электрометаллургия Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Общие вопросы металлургии Общие вопросы металлургии |
| spellingShingle |
Общие вопросы металлургии Общие вопросы металлургии Григоренко, Г.М. Помарин, Ю.М. Лакомский, В.В. Орловский, В.Ю. Алексеенко, И.И. Свойства сталей типа Х13, легированных азотом Современная электрометаллургия |
| description |
Рассмотрены результаты сравнения структуры и физико-механических свойств стандартных сталей типа Х13, легированных азотом. Показано, что легирование азотом способствует повышению значений механических свойств сталей. |
| format |
Article |
| author |
Григоренко, Г.М. Помарин, Ю.М. Лакомский, В.В. Орловский, В.Ю. Алексеенко, И.И. |
| author_facet |
Григоренко, Г.М. Помарин, Ю.М. Лакомский, В.В. Орловский, В.Ю. Алексеенко, И.И. |
| author_sort |
Григоренко, Г.М. |
| title |
Свойства сталей типа Х13, легированных азотом |
| title_short |
Свойства сталей типа Х13, легированных азотом |
| title_full |
Свойства сталей типа Х13, легированных азотом |
| title_fullStr |
Свойства сталей типа Х13, легированных азотом |
| title_full_unstemmed |
Свойства сталей типа Х13, легированных азотом |
| title_sort |
свойства сталей типа х13, легированных азотом |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Общие вопросы металлургии |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96167 |
| citation_txt |
Свойства сталей типа Х13, легированных азотом / Г.М. Григоренко, Ю.М. Помарин, В.В. Лакомский, В.Ю. Орловский, И.И. Алексеенко // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 4 (101). — С. 26-29. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Современная электрометаллургия |
| work_keys_str_mv |
AT grigorenkogm svojstvastalejtipah13legirovannyhazotom AT pomarinûm svojstvastalejtipah13legirovannyhazotom AT lakomskijvv svojstvastalejtipah13legirovannyhazotom AT orlovskijvû svojstvastalejtipah13legirovannyhazotom AT alekseenkoii svojstvastalejtipah13legirovannyhazotom |
| first_indexed |
2025-07-07T03:22:54Z |
| last_indexed |
2025-07-07T03:22:54Z |
| _version_ |
1836956857719062528 |
| fulltext |
УДК 669.187.2
СВОЙСТВА СТАЛЕЙ ТИПА Х13,
ЛЕГИРОВАННЫХ АЗОТОМ
Г. М. Григоренко, Ю. М. Помарин, В. В. Лакомский,
В. Ю. Орловский, И. И. Алексеенко
Рассмотрены результаты сравнения структуры и физико-механических свойств стандартных сталей типа Х13, ле-
гированных азотом. Показано, что легирование азотом способствует повышению значений механических свойств
сталей.
Results of comparison of structure and physical-chemical properties of standard steels of X13 type and those alloyed
with nitrogen are considered. It is shown that the alloying with nitrogen promotes the increase in mechanical properties
of steels.
Ключ е вы е с л о в а : азот; структура; твердость; ме-
ханические свойства
В последнее время производство и использование
высокоазотистых сталей является одним из прио-
ритетных направлений развития специальной элек-
трометаллургии в мире, что обусловлено уникаль-
ными свойствами этих материалов. Внимание науч-
ных работников и технологов уделялось в большей
мере аустенитным сталям, чем сталям феррито-аус-
тенитного и феррито-мартенситного класса.
Между тем использование азота как легирую-
щей добавки для сталей этих классов является очень
перспективным [1—7]. Так, добавление его в неболь-
ших количествах приводит к повышению границы
текучести при сохранении значений твердости, по-
вышает уровень коррозийной стойкости, уменьшает
карбидную неоднородность, способствует сферои-
дизации карбидов и др. [4, 5].
Добавление азота в стали с содержанием хрома
10…12 % позволяет повысить жаростойкость и, та-
ким образом, использовать эти стали для изготов-
ления роторов турбин, работающих при температу-
рах до 650 °С, а также для впускных клапанов дви-
гателей большой мощности [1, 2].
Одним из перспективных направлений повыше-
ния эксплуатационных характеристик этого класса
материалов является частичная или полная замена
углерода азотом, способствующего уменьшению
карбидной неоднородности, гомогенизации и улуч-
шению структуры металла.
Цель настоящего исследования заключалась в
выяснении влияния азота на структуру и механи-
ческие свойства сталей типа Х13. Для этого на опыт-
ной установке [8] выплавлены модельные сплавы
Х13 и 20Х13, легированные азотом из газовой фазы
(табл. 1). Такие сплавы выбраны для того, чтобы
сравнить их свойства со свойствами стандартной
стали 20Х13.
Следует отметить, что распределение азота по
сечению и высоте слитков было равномерным.
Полученные слитки осажены под прессом в раз-
мер 400 мм и прокатаны на экспериментальном од-
ноклетьевом стане на толщину 15 мм.
Неметаллические включения определяли на
«Системе исследования изображений OMNIMET
80-1000» по ГОСТ 1778—91. Принцип метода зак-
лючается в подсчете площади неметаллических
включений, находящихся на единице площади шли-
фа c разделением их при этом по размерным груп-
пам. Точность метода зависит от чистоты полировки
шлифа (нетравленные).
© Г. М. ГРИГОРЕНКО, Ю. М. ПОМАРИН, В. В. ЛАКОМСКИЙ, В. Ю. ОРЛОВСКИЙ, И. И. АЛЕКСЕЕНКО, 2010
Т а б л и ц а 1 . Результаты химического и спектрального
анализов слитков
Марка стали Массовая доля легирующих элементов, %
С Сr N
Х13А 0 12,37 0,244
20Х13А 0,14 12,78 0,240
26
Результаты анализа на содержание неметалли-
ческих включений в выплавленных сталях пред-
ставлены на рис 1.
Наибольшее количество неметаллических вклю-
чений содержит сталь 20Х13А – 1,024 об. %, в
стали Х13А и 20Х13 входят соответственно по 0,205
и 0,218 об. %, что в пределах нормы. Причем со-
держание неметаллических включений размером
0,5…1,5 мкм в сталях наибольшее. Очевидно, что
эти очень малые частички не должны сильно влиять
на механические свойства сталей, поскольку имеют
округлую (сферическую) форму и не могут быть
концентраторами напряжений.
Температурный режим термической обработки
выбрали с учетом требований ГОСТ 5949—75 и
ГОСТ 7350—77 для сталей этого класса. Закалку
производили в масло при значениях температуры
1050…1100 °С, отпуск высокий (500 °С) и низкий
(200…300 °С).
Закалку и отпуск выполняли вместе с образца-
ми-свидетелями, вырезанными из такого же мате-
риала, что и образцы для механических испытаний
размерами 15 12 15 мм.
Образцы для механических испытаний отправи-
ли на шлифовку, а образцы-свидетели зажали в ме-
таллические струбцины и передали для дальнейших
металлографических исследований.
На рис. 2, а показана микроструктура, прони-
занная мартенситными иглами. В стали Х13А угле-
род отсутствует. В литературе такие зерна названы
псевдомартенситом. Также обнаружены хаотично
разбросанные включения округлой и неправильной
формы Cr2N.
На рис. 2, б представлена микроструктура стали
20Х13А, являющаяся мартенситной. В этой стали
по границам зерен видны выделения включений ок-
руглой формы Cr23C6. Иногда встречаются темные
включения неправильной формы, возможно, Cr2N.
Структура стали 20Х13 (рис. 2, в) тоже является
мартенситной, зерна в которой разориентированы.
По полосам прокатки на границах зерен видны вы-
деления включений округлой формы Cr23C6.
Микроструктура стали Х13А после закалки
(рис. 3, а) – пластинчатый и игольчатый мартен-
Рис. 1. Распределение неметаллических включений по объему
слитка в сталях Х13А, 20Х13А и 20Х13; N, d – соответственно
количество и размер неметаллических включений
Рис. 2. Структура ( 500) сталей Х13А (а), 20Х13А (б), 20Х13 (в) после закалки при 1100 °С и отпуска при 200 (I), 300 (II) и
500 °С (III)
27
сит c довольно массивными иглами. Местами фик-
сируются выделения включений неправильной
формы Cr2N.
В микроструктуре, показанной на рис. 2, б, II,
видны зерна, пронизанные иглами мартенсита.
Местами зафиксированы выделения включений
неправильной формы Cr2N. Равномерно разброса-
ны округлые включения Cr23C6. На рис. 2, в, II
приведена микроструктура стали 20Х13, представ-
ляющая собой высокодисперсный мартенсит. Также
обнаружены включения Cr23C6, разбросанные рав-
номерно по всему образцу.
Микроструктура, представленная на рис. 2, а,
III представляет собой пластинчатый бейнит. Прос-
транство между бейнитом усеяно включениями
Cr2N.
Микроструктура стали 20Х13А после отпуска
500 °С (рис. 2, б, III) представляет собой большие
зерна, пронизанные мелкодисперсным бейнитом и
иглами отпущенного мартенсита. Пространство
между бейнитом и мартенситом заполнено включе-
ниями типа Cr23C6 и небольшим количеством вклю-
чений Cr2N.
Микроструктура стали 20Х13 (рис. 2, в, III)
является разнозернистой. Внутри зерен находится
высокодисперсный бейнит. Также между бейнитом
обнаружены включения Cr23C6.
Как видно из рис. 3, самая высокая твердость у
всех исследуемых сталей обнаружена при темпера-
туре отпуска 200 °С. При температурах отпуска 300,
500°С твердость всех сталей понижается. Сплав
Х13А имеет наивысшую твердость, сталь 20Х13А –
ниже, а 20Х13 – наиболее низкую.
При снижении температуры отпуска микрост-
руктура становится более дисперсной, а это в свою
очередь способствует повышению твердости, проч-
ности и т. д. При отпуске 500 °С образуется струк-
тура, похожая на бейнит, твердость которого ниже
мартенситной.
Анализируя результаты, можно предположить,
что псевдомартенсит азотированных сталей имеет
более высокую твердость, чем обычный мартенсит,
вероятно, потому, что азот проявляет тенденцию к
упорядочению структуры, в то время как углерод –
к кластерообразованию.
Анализируя результаты, можно сделать вывод,
что легирование азотом значительно повышает
прочность сталей (табл. 2). Для сравнения механи-
ческих свойств выбрали стандартную сталь 40Х13.
Результаты сравнений показаны в табл. 3.
Из данных, приведенных в табл. 3, видно, что
стали проходили одинаковую термическую обра-
ботку (режимы) и их механические характеристики
подобны. Но все эти данные можно воспринимать
лишь как предварительные, для получения более
точных и надежных необходимо проводить допол-
нительные исследования.
Выводы
1. Показано, что микроструктура азотированных
сталей похожа на микроструктуру углеродных ста-
лей того же класса, но в азотированных сталях вмес-
то мартенсита появляется псевдомартенсит или азо-
тистый мартенсит, который по значениям микрот-
Т а б л и ц а 3 . Сравнение механических свойств промыш-
ленной стали 40X13 и стали Х13А
Марка
стали
Режим термической обработки,
°С
σв,
МПа
σ0,2,
МПа
HRC
40Х13 Tз = 1050
То = 500
1165 960 34,0
Х13А Tз = 1100, Tо = 500 1352 1160 44,5
Т а б л и ц а 2 . Механические свойства сплавов Х13А,
20Х13А и 20Х13 после различных режимов температурной
обработки
Марка
стали
№ слитка Tо, °С σт, МПа σв, МПа δ, %
Х13А
1 500 1139,3 1298,6 13,2
2 500 1185,7 1351,3 12,7
1 300 — 284,8 —
2 300 — 385,5 —
1 200 — 1250,3 —
2 200 — 1060,1 —
20Х13A
1 500 — 953,8 —
2 500 — 717,2 —
1 300 — 529,9 —
2 300 — 920,0 —
1 200 — 907,5 —
2 200 — 1186,7 —
20Х13
1 500 — 1364,1 —
2 500 — 1523,5 —
1 300 1480,6 1829,3 17,3
2 300 1520,0 1816,2 26,7
1 200 — 253,3 —
2 200 — 239,9 —
Прим е ч а н и е .Температура закалки Tз во всех экспериментах
составляла 1100 °С; Tо – температура отпуска.
Рис. 3. Твердость сталей Х13А ( ), 20Х13А ( ) и 20Х13 ( )
после разных значений температуры отпуска
28
вердости находится на уровне углеродного или
классического. В то же время матрица сталей с повы-
шенным содержанием азота значительно мягче и элас-
тичнее, в отличие от таковой классического состава.
2. Определено, что значения твердости закален-
ных образцов и механических свойств сталей Х13А
и 20Х13А находятся на уровне механических свойств
стали 40Х13 и составляют примерно 50 HRC. Это
свидетельствует о том, что легирование 0,2 % азота
заменяет легирование 0,4 % углерода. Наивысшие
значения механических свойств обнаружены в ста-
лях, отпущенных при 500 °С, причем их уровень
выше, в сравнении со сталью 40Х13.
3. По результатам проведенной работы можно
рекомендовать использовать азотированные стали
с пониженным содержанием углерода вместо стали
40Х13, поскольку они имеют механические свойс-
тва на уровне или несколько выше, чем у тради-
ционной стали.
1. Gavriljuk V. G. Berns H. High Nitrogen Steels. – Berlin,
Heidelberg: Springer-Verlar, 1999. – 378 p.
2. Stein G., Diehl V. High nitrogen alloyed steels on the
move – fields of applications // Intern. conf. «High Nit-
rogen steels, HNS – 2004» (Ostend, Belgium, September
19—22, 2004). – Ostend, 2004. – P. 46—52.
3. Nitrogen alloyed 9… 12% chromium steels with a martensi-
tic-austenitic microstructure / U. E. Klotz, C. Solenthaler,
P. J. Uggowitzer et al. // Materials Science Forum. –
1999. – Vol. 318—320. – P. 437—442.
4. Бабаскин Ю. З., Шипицын С. Я., Афтандилянц Э. Г.
Экономное легирование стали. – Киев: Наук. думка,
1978. – 188 с.
5. Конструкционные и специальные литейные стали с карбо-
нитридным упрочнением / Ю. 3. Бабаскин, С. Я. Шипи-
цын, И. Ф. Кирчу и др. // Литейн. произ-во. –
2003. – № 1. – С. 36—48.
6. Костина М. В., Банных О. А., Блинов В. М. Хромистые
коррозионно-стойкие стали, легированные азотом, – но-
вый класс конструкционных сталей // Технология ме-
таллов. – 2000. – № 10. – С. 2—12.
7. Легированные азотом хромистые коррозионностойкие ста-
ли нового поколения / М. В. Костина, О. А. Банных,
В. М. Блинов, А. А. Дымов // Материаловедение. –
2001. – № 2. – С. 35—44.
8. Индукционная печь для выплавки различных азотсодер-
жащих сталей и сплавов под давлением до 13 МПа /
Ю. М. Помарин, С. Я. Шипицын, Г. М. Григоренко и др. //
Пробл. спец. электрометаллургии. – 1996. – № 2. –
С. 46—50.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 28.09.2010
ВНИМАНИЮ СПЕЦИАЛИСТОВ!
В ИЭС им. Е. О. Патона издан рекламно-информационный буклет
«Электронно-лучевая сварка». В нем обобщены сведения о 50-летнем
опыте создания в ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины оборудования
для электронно-лучевой сварки (ЭЛС).
ЭЛС имеет прочные позиции в ряде отраслей.
В космическом машиностроении введено в эксплуатацию 116
установок для сварки узлов из нержавеющих сталей, сплавов на нике-
левой основе, титановых, алюминиевых и медных сплавов.
В авиастроении России, США, Индии нашли применение крупно-
габаритные установки КЛ-115 и КЛ-118.
В судостроении России, Украины эффективно используются ус-
тановки УЛ-214 для сварки крупных морских конструкций.
В приборостроении нашли применение 10 установок СВ-112/ 103.
За последние 10 лет введено в промышленную эксплуатацию и
изготавливаются в данное время 56 комплектов оборудования для
ЭЛС, включая установки с объемом вакуумных камер до 100 м3.
Буклет можно заказать в редакции журнала
«Современная электрометаллургия»
29
|