Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 [ 53 ] 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

Глава 9. МИКРОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛ И (Хакимов А Н) 9.1. Назначение сталей

Широкое применение при изготовлении конструкций ответственного иазна-значения - таких, как сосуды высокого давления, танкеры, суда, ледоколы, береговые и морские нефтегазовые сооружения, находят микролегированные стали. Наряду с экономией легирующих элементов при их использовании особенно в термо- и термомеханически обработанном состояниях обеспечиваются высокая прочность и сопротивляемость хрупкому разрушению металла.

9.2. Состав сталей

В микролегированных сталях содержание углерода, как правило, не превышает 0,20 %. Микролегирующие элементы, входящие в состав сталей, находятся в следующих пределах, %: А1<0,06; Сг<0,25; Zr<0,15; V<0,15; Ti 0,1-0,2; Nb<0,06; Мо0,20; В0,05.

ТАБЛИЦА 9.1

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИКРОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Продолжение табл. 9.1

Суммарное содержание Zr и Ti ие превышает 0,2%, а Nb, Ti и W- 0,16 %. В качестве микролегирующих элементов используют редкоземельные (Се, La, Y), а также N

Микролегирующие элементы вводят в состав стали как в процессе ее выплавки, так и в ходе виепечной обработки. Они могут присутствовать в металле в составе включений вторых фаз или непосредственно в матрице Например, в сталях, микролегированных V и Nb (иногда дополнительно А1 и Ti) в сочетании с повышенным до 0,03 % содержанием N, образуются дисперсные карбонитридные фазы, существенно повышающие их прочность.

Для повышения ударной вязкости и снижения анизотропии свойств ограничивают содержание S в составе стали до 0,005-0,012 %.

Химический состав ряда марок микролегированных сталей приведен в табл. 9.1. Аналогами этих марок сталей в зарубежной практике являются стали типов Х55-Х80.

Известно, что С относительно слабо влияет на предел текучести сталей с феррито-перлитио!! структурой. Однако с увеличением содержания С в составе стали существенно снижаются вязкопластические свойства и ухудшается свариваемость. Поэтому в последние годы получают распространение малоперлитные стали с ограниченным содержанием С (д01 0,12 %). Для компенсации понижения прочности их легируют марганцем до 1,7 % микро-легируют V, Сг, Мо. К отечественным малоперлитным сталям относятся стали марок 07Г2ФБ, 08Г2СФБ, 09Г2ФБ,

Из микролегироваиных сталей с бейнитиой структурой нашли применение марки 12Г2СМФ и 12ГН2МФАЮ.

9.3. Термообработка и свойства сталей

9.3.1. Термомеханическая обработка

Различают два вида термомеханической обработки - низкотемпературную (НТМО) и высокотемпературную (ВТМО) [1].

НТМО включает пластическое деформирование аустенита в области его повышенной устойчивости, но ниже температуры рекристаллизации, и последующую закалку, Этот процесс называется аусформингом. Существенное повышение прочности стали после такой обработки связано с эффектом наследования мартенситом дислокационной структуры аустенита, закрепляемой атомами углерода и карбидными выделениями,

ВТМО имеет преимущество перед НТМО, заключающееся в возможности обеспечения как высокой прочности, так и повышенного сопротивления, стали хрупкому разрушению. Причем по уровню пластичности при одинаковой прочности низколегированная сталь после ВТМО превосходит обычную термоупрочиенную сталь, При ВТМО сталь подвергают пластическому деформированию до начала процесса Y-a-превращения для обеспечения развитой полигональной структуры и осуществляют закалку для получения мелкореечного пакетного мартенсита.

В зависимости от степени легирования стали и толщины проката ВТМО можно осуществить также с интенсивностью охлаждения, обеспечивающей получение в прокате мелкозернистой бейиитиой структуры

Отличительной особенностью другой разновидности ТМО - изоформинга является аустеиитизация стали, охлаждение ее до интервала температур перлитного превращения и пластическое деформирование в этом интервале температур со степенью обжатия до 70 %. В результате обеспечивается получение в стали мелкодисперсной феррито-перлитной структуры. При этом наряду с высокой прочностью достигается увеличение (иногда на порядок) характеристик сопротивления хрупкому разрушению стали.

Контролируемая прокатка (КП) низколегированной стали -это ее высокотемпературная обработка,, отличающаяся тем, что режимы нагрева под

обработку давлением и пластического деформирования заготовки выбирают такими, чтобы получить в ней высокодисперсные рекристаллизоваиные зерна аустенита, При дальнейшем охлаждении металла из аустеннтного состояния образуются многочисленные зародыши а-фазы, а дисперсные карбиды препятствуют росту ферритных кристаллов Ферритные зерна поли-гоиизуются н упрочняются в результате выделения сверхмелких карбо-нитридов.

Таким образом, в сталях, применяемых в ТМО состоянии, карбо- и нитридообразующие элементы играют существенную роль в их упрочнении.

9.3.2. Термообработка из межкритического интервала температур

Одним из методом термообработки микролегированных сталей, обеспечивающих повышение их прочности и пластичности, является термообработка из межкритического интервала температур. В результате проведения такой термообработки получают так называемые двухфазные феррито-мартенснт-ные стали. В действительности структура таких сталей более разнообразна и включает в себя также бейнит, остаточный аустенит и феррит двух типов: исходный (старый), существовавший ранее, и эпитаксиальный (новый), образующийся при охлаждении из межкритического интервала (МКИ) температур. Причем мартенсит может быть двух морфологических разновидностей- высокоуглеродистый игольчатый и низкоуглеродистый пакетный. Фазовый состав стали, как и уровень механических свойств, зависит как от температуры нагрева в интервале температур критических точек Aci-Лсз, так и от интенсивности охлаждения.

Оптимальным является такой режим термообработки, при котором в результате охлаждения из межкритической области температур в структуре стали образуется 10-20 % мартенсита и бейнита. Наиболее эффективно применение такой термообработки для низколегированных сталей с содержанием С от 0,06 до 0,13 %, около 1,3 % Мп и 0,25-1,55 % Si. Для подавления процесса образования перлита при Y-a-превращении осуществляют легирование сталей Мо, Сг, V.

Три закалке в воде из межкритического интервала температур прочностные показатели сталей возрастают с увеличением максимальной температуры нагрева в диапазоне Aci-Асз, а пластичность снижается, так как при этом весь образовавшийся аустенит превращается в мартенсит. При охлаждении из МКИ со скоростями w меньше критических (при w = 8~ -20°С/с) фазвый состав структуры феррито-перлитный или феррито-бейнит-иый. При этом часть аустенитной фазы при охлаждении превращается в феррит, а остаточный аустенит распадается при более низких температурах с образованием бейнита или перлита (троостита). Кроме того, при пониженных скоростях охлаждения, когда аустенит распадается по диффузионному механизму, механические свойства практически не зависят от температуры нагрева в диапазоне Aci-Ас.

Как правило, для получения феррито-мартеиситной структуры и реализации повышенных механических свойств необходимо после нагрева стали в МКИ температур обеспечить интенсивное охлаждение - закалку. Между тем в работе 2] показано, что в низколегированных кремнемарганцовистых сталях с 1,8-2,3% Мп эффект упрочнения достигается при пониженных скоростях охлаждения, не превышающих 0,04 °С/с. На этой основе разработан ряд марок сталей (09Г2СЮЧ, 09ХГ2СЮЧ, 10ХГ2МЧ) для производства сварных сосудов, работающих под давлением, которые после охлаждения из МКИ температур на воздухе имеют 0 = 540-900 МПа и ав=720- 1120 МПа.