» » Влияние старения на фазовый состав и свойства стали 0Х18Г8Н2Т
26.10.2015

Влияние старения на структуру и свойства стали 0Х18Г8Н2Т с различным исходным соотношением фаз (плавки А и Ф) изучали после дополнительного отпуска при 400, 500, 600, 700, 800 и 900°С различной продолжительности (температур закалки 1000 и 1200°С).
При старении соотношение фаз изменяется в сторону уменьшения α-фазы (рис. 29) и сохраняется разница в количественном соотношении α- и γ-фаз в пределах 25—30%. Как было показано, нагрев выше 900°С ведет к увеличению α-фазы.
При изотермической выдержке в интервале температур 600—800°С происходят структурные превращения, которые приводят к уменьшению количества ферритной составляющей (рис. 29).
Чем больше α-фазы в исходном состоянии, тем значительнее влияние структурных превращений при старении на свойства.
Влияние старения на фазовый состав и свойства  стали 0Х18Г8Н2Т

В закаленном состоянии сталь 0Х18Г8Н2Т имеет следующий фазовый состав: α+γ+TiC (см. табл. 3).
Распад твердых растворов при старении начинается с выделения хромистых карбидов типа М23С6 и увеличения количества карбидов титана TiC. Количественный химический анализ анодных осадков показал, что чем больше в исходном закаленном состоянии α-фазы, тем больше количество выделенных при старении карбидов М23С6 (табл. 6). Так, в плавке Ф, содержащей после закалки 85% a-фазы, количество карбидов М23С6 больше, чем в плавке А, содержащей 60% α-фазы, а количество TiC соответственно меньше (0,19% в плавке Ф и 0,24% в плавке А). Состав хромистых карбидов М23С6 примерно одинаковый в обеих плавках, т. е. не зависит от исходного соотношения фаз.
Влияние старения на фазовый состав и свойства  стали 0Х18Г8Н2Т

Отсюда следует, что количество выделяемых избыточных карбидов зависит от исходного соотношения фаз: чем больше количество исходной α-фазы, тем больше количество выделяемых высокохромнстых карбидов. Ввиду меньшей растворимости углерода в феррите и большей скорости диффузионных процессов в ОЦК-решетке выделение карбидов происходит в первую очередь в феррите.
Выделение высокохромистых карбидов типа М23С6 по границам зерен ведет к обеднению феррита хромом, что приводит к превращению α→γ2, где γ2 — вторичный аустенит. Скорость распада ферритной составляющей (α→γ+М23С6+ТiC) тем больше, чем выше температура старения. Если при 800СС после 10-минутной выдержки выделяется, кроме карбидов М23С6, также вторичный аустенит (рис. 30), то при той же выдержке при 700°С по границам ферритных зерен образуются только карбиды M23C6 (рис. 31). С увеличением изотермической выдержки начинает выделяться вторичный аустенит (γ2) (рис. 30). Вторичный аустенит в отличие от первичного выделяется в виде весьма тонких пластинок, определенным образом ориентированных по кристаллографическим плоскостям (от границ внутрь зерна). В отличие от первичного вторичный аустенит имеет несколько большую микротвердость (HV 320—350).
Влияние старения на фазовый состав и свойства  стали 0Х18Г8Н2Т

Содержание основных легирующих элементов во вторичном аустените отличается от первичного. Вторичный аустенит образуется в участках, обедненных хромом, и поэтому хрома в нем меньше (~15%), чем в первичном аустените (~17,1%), марганца почти столько же, никеля меньше (соответственно 1,8 и 2,8%).
Влияние старения на фазовый состав и свойства  стали 0Х18Г8Н2Т

Чем больше α-фазы в исходном закаленном состоянии, тем больше образуется вторичного аустенита. С увеличением продолжительности старения происходит рост выделений вторичного аустенита и образование мелкодисперсной α-фазы как на границах ферритных зерен, так и на границах феррита с первичньш аустенитом. В плавке Ф образование α-фазы начинается при меньшей выдержке, чем в плавке А (рис 30).
Согласно данным микрозонда σ-фаза содержит около 27% хрома, 15% марганца и 0,5% никеля (по данным электрохимического анализа содержание хрома в σ-фазе больше на 10—12% — см. табл. 3). Количество σ-фазы повышается с увеличением продолжительности старения (рис. 30).
Образование хромомарганцовистой σ-фазы приводит, в свою очередь, к обеднению прилегающих участков хромом и превращению в них α→γ2. Образующийся вторичный аустенит располагается в виде оторочки вокруг σ-фазы (на рис. 30 и 31 белая составляющая, окаймляющая σ-фазу).
Кинетика образования α-фазы и «сопутствующего» ей вторичного аустенита наглядно видна на рис. 31. С увеличением продолжительности старения при 700°С — температуре, соответствующей максимальному охрупчиванию стали 0Х18Г8Н2Т. количество σ-фазы и вторичного аустенита увеличивается Ранее выделившийся вторичный аустенит (в виде пластинок) объединяется с первичным.
Наиболее чувствительными показателями структурных превращений при старении являются ударная вязкость, твердость и намагниченность насыщения.
Структурное состояние, возникающее в результате распада ферритной составляющей (α + γ + TiC → α + γ + γ2 + TiC + М23С6) не сопровождается заметным изменением ударной вязкости и твердости, понижается лишь намагниченность насыщения.
Структурное состояние, образующееся на второй стадии распада (α + γ + TiC → α + γ + γ2 + ТiC + М23С6 + σ), характеризуется значительным снижением удар ной вязкости (рис. 32) и повышением твердости (рис. 33).
Влияние старения на фазовый состав и свойства  стали 0Х18Г8Н2Т
Влияние старения на фазовый состав и свойства  стали 0Х18Г8Н2Т

Указанные выше процессы, происходящие при старении и приводящие к охрупчиванию стали, зависят от исходного соотношения фаз. Чем больше в исходном состоянии a фазы, тем шире температурный интервал снижения ударной вязкости, минимальные значения которой наблюдаются при 600—700°С. Увеличение a-фазы до 85% (плавка Ф) приводит к расширению температурновременных интервалов охрупчивания от 500 до 800°С, что обусловлено старением крупнозернистого феррита (величина зерна феррита — 2 балла).
При длительных выдержках в интервале температур 400—800°С в обеих плавках наблюдается два «пика» твердости: при температуре 400°С и 700°С (рис. 33).
Повышение твердости при 400—500°С связано с «475°-ной хрупкостью», характерной для феррита, причем более четко «пик» твердости проявляется в стали, содержащей в исходном состоянии 85% a-фазы (плавка Ф). Максимум твердости при 700°С связан с выделением хрупкой σ-фазы.
Из вышеизложенного следует, что соотношение фаз оказывает влияние на процессы старения феррито-аустенитной стали 0Х18Г8Н2Т. Чем больше α-фазы, тем интенсивнее происходит старение и тем шире интервал охрупчивания стали в результате старения. Поскольку старение ферритной составляющей приводит к охрупчиванию, то содержание α-фазы должно быть не более 50% в исходном состоянии (после оптимальной закалки с 1000°С).