Низколегированные стали это: Низколегированная сталь: описание, свойства и применение

alexxlab | 24.08.1986 | 0 | Разное

Содержание

Низколегированная сталь что это – Домострой

К низколегированным относятся стали с содержанием углерода от 0,2% и легирующими элементами с суммарным количеством до 2,5%, примеры: 09Г2, 09Г2С, ХСНД, 15ХСНД. Такие сплавы стоят немного дороже углеродистых нелегированных, но обладают, по сравнению с ними, рядом преимуществ. Среди них повышенные – предел текучести, хладостойкость, коррозионная стойкость, износостойкость, пониженная склонность к механическому старению. В маркировке низколегированных сталей указывают цифры, которые означают содержание углерода в сотых долях процента, и буквы, показывающие, какие легирующие элементы использовались в сплаве.

Классификация

В группу низколегированных входят стали, которые различаются по:

  • Химическому составу. Для легирования используют различные элементы, часто недефицитные, – никель, молибден, хром, алюминий, кремний.
  • Термической обработке. Применяемые виды термообработки – закалка+отпуск, нормализация+отпуск, различные виды отжига.
  • Свариваемости. Хорошей свариваемостью обладают марки с низким процентным содержанием углерода.

Список наиболее популярных марок низколегированных сталей:

  • 09Г2С и альтернативные варианты – 09Г2, 09Г2Т, 09Г2ДТ, 10Г2С;
  • 17Г1С;
  • 10ХСНД и альтернатива – 16ГАФ.

К группе атмосферо-коррозионностойких стальных сплавов (АКС) относятся 10ХНДП, 15ХНДП, 15ХНДП, 15ХСНД, 0ХСНД.

Основные характеристики

Производство низколегированных сталей, применяемых при производстве сортового, толстого листового, полосового, фасонного, трубного проката повышенной прочности, регламентируется ГОСТом 19281-89. Из такой металлопродукции создают сварные, клепаные, болтовые конструкции или изготавливают изделия, которые не нуждаются в последующей термообработке.

Механические свойства низколегированных сталей улучшают путем снижения содержания серы и фосфора. Такой прокат обладает хорошей ударной вязкостью и низким порогом хладоломкости, при условии малого содержания углерода – хорошей свариваемостью. Прочностные характеристики низколегированных сталей повышают изготовлением проката по технологии регулируемой прокатки. Прочность стальных сплавов также повышают микролегированием титаном, ванадием, ниобием.

Назначение низколегированной стали

Высокие эксплуатационные характеристики сталей с легирующими добавками обеспечивают их использование в следующих областях:

  • Устройство трубопроводных систем различного назначения. Применение стальных сплавов с добавками хрома, кремния и марганца обеспечивает высокую прочность конструкций и изделий, упругость, эффективное сопротивление упругим деформациям.
  • Изготовление сварных конструкций в вагоно-, станко-, автомобилестроении, тяжелом машиностроении. Из этих сплавов производят корпусы железнодорожных и трамвайных вагонов, сельскохозяйственных машин.
  • Нефтяное аппаратостроение. Применение низколегированной стали в этой области позволяет сэкономить металл, снизить массу конструкций, трудозатраты на изготовление и монтаж, а следовательно, себестоимость.
  • Строительство инженерных сооружений, которые эксплуатируются при переменных динамических нагрузках, в условиях суточных и сезонных значительных температурных перепадов.
  • Производство паровых турбин. Для этих целей используют теплоустойчивые марки, легированные молибденом, хромом+молибденом, хромом+молибденом+ванадием. Такие изделия также устойчивы к значительным пневмонагрузкам.

Наиболее распространенная марка – 09Г2С – и ее аналоги используются при производстве проката, способного работать в широком температурном интервале – от -70°C до +450°C. Из такого металлопроката изготавливают паровые котлы, емкости и аппараты, эксплуатируемые при высоком давлении, сварные конструкции ответственного назначения, используемые в химической, нефтяной индустрии, судостроении. Марку 09Г2С применяют при производстве горячекатаных бесшовных труб, электросварных труб значительных диаметров, контейнеров значительной грузоподъемности.

Легированными сталями называют такие стали, которые получают свои улучшенные свойства за счет:
— одного или нескольких специальных легирующих элементов;
— более высокого содержания, чем в обычных углеродистых сталях таких элементов как магний и кремний.

Легированные стали содержат марганец, кремний и медь в более высоких концентрациях, чем это допускается для обычных углеродистых сталей (1,65 % по марганцу; 0,60 % по кремнию и 0,60 % по меди).

Легирующие элементы повышают механические и технологические свойства сталей. Обычно легированные стали делят на три группы по суммарному содержанию легирующих элементов (не считая углерода):
— низколегированные стали – менее 5 %;
— среднелегированные стали – от 5 до 10 %;
— высоколегированные стали – более 10 %.

Низколегированные стали

Низколегированные стали образуют группу сталей, которые проявляют более высокие механические свойства по сравнению с обычными углеродистыми сталями. Это является результатом добавок таких легирующих элементов как никель, хром и молибден. Для многих низколегированных сталей главная функция легирующих элементов заключается в увеличении прокаливаемости стали, чтобы оптимизировать затем прочностные и вязкие свойства средствами термической обработки. В некоторых случаях, однако, легирующие элементы применяют для того, чтобы повысить сопротивление стали каким-либо специфическим воздействиям.

Низколегированные стали , в свою очередь, разделяют:

  • по химическому составу на базе основных легирующих элементов: никелевые, хромоникелевые, молибденовые, хромомолибденовые и тому подобные стали;
  • по термической обработке: закаленные и отпущенные (мартенситные), нормализованные и отпущенные, отожженные и так далее;
  • по свариваемости.

Стали могут иметь огромное разнообразие химических составов и, кроме того, одни и те же стали могут получать различные термические обработки. Поэтому существуют определенные «нахлесты» в той классификации низколегированных сталей, которая представлена выше.

По этой причине низколегированные стали чаще делят на четыре больших группы, такие как:

  • низколегированные мартенситные (улучшаемые) стали;
  • среднеуглеродистые высокопрочные стали;
  • шарикоподшипниковые стали;
  • теплостойкие хромомолибденовые стали.

Низколегированные мартенситные стали

Низколегированные мартенситные стали характеризуются относительно высокой прочностью с минимальным пределом текучести 690 МПа и хорошей ударной вязкостью и пластичностью, коррозионной стойкостью и свариваемостью. Их также называют низколегированными улучшаемыми сталями, имея в виду улучшение термической обработкой. Из этих сталей изготавливают плиты, листы, прутки, профили и кованые изделия. Они широко применяются для изготовления сосудов под давлением, землеройного и шахтного оборудования, а также ответственных элементов больших стальных конструкций.

Среднеуглеродистые высокопрочные стали

Среднеуглеродистые высокопрочные стали являются конструкционными и имеют очень высокую прочность. Минимальный предел текучести сталей этого класса достигает 1380 МПа.

ГОСТ 4543-71 разбивает эти сплавы на пять групп – по возрастанию степени легирования. По мере увеличения степени легирования возрастает размер сечения изделия, на котором может быть достигнута сквозная прокаливаемость. Самые прочные стали из пятой группы легируются 1,2-1,5 % хрома; 3,0-3,4 % никеля; 0,35-0,45 % молибдена и 0,1-0,2 % ванадия.

Примером такой стали может служить хромомолибденовая сталь 30ХМ из третьей группы по ГОСТ 4543-71 (аналог знаменитой стали 4130, из которой за рубежом делают велосипедные рамы). Минимальные предел текучести стали 30ХМ составляет 735 МПа, минимальный предел прочности – 930 МПа, а минимальная ударная вязкость KCU – 78 Дж/см 2 .

Шарикоподшипниковые стали

Шарикоподшипниковые стали должны обладать высокой твердостью. Поэтому они обычно имеют содержание углерода около 1 %. Для хорошей прокаливаемости при закалке в масле эти стали имеют от 0,4 дл 1,65 % хрома. Иногда применяют низколегированную подшипниковую сталь (0,10-0,20 % углерода). В этом случае высокой твердости поверхности добиваются цементованием.

Хромомолибденовые теплостойкие стали

Хромомолибденовые теплостойкие стали содержат 0,5-9 % хрома, 0,5-1,0 % молибдена и обычно менее 0,20 % углерода. Их подвергают различным термическим обработкам: нормализации с отпуском, закалке с отпуском или отжигу. Эти стали применяют в нефтегазовом оборудовании, химической промышленности, оборудовании обычных и атомных электростанций для изготовления труб, теплообменников и сосудов высокого давления.

Источники:
Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies, ed. G. E. Totten, 2006
Гуляев А. П. Металловедение, 1986.

Основное различие между низколегированной сталью и высоколегированной сталью состоит в том, что низколегированные стали содержат менее 0,25% легирующего элемента, тогда как высоколегированные стали имеют более 10% легирующего элемента.

Кроме разделения на низколегированную и высоколегированную сталь, она ещё подразделяется по степени легирования на среднелегированную. В этой стали количество легирующих элементов составляет от 2,5 до 10 %)

Сплав представляет собой смесь двух или более элементов. Он производится путем смешивания металла с некоторыми другими элементами (металлами или неметаллами или обоими), чтобы получить материал, который обладает улучшенными свойствами по сравнению с исходным металлом. Низколегированная и высоколегированная сталь — это два типа сплавов железа с легирующими элементами.

Наиболее популярные легирующие элементы в этих сталях применяются такие: никель (Ni) , медь (Cu) , титан (Ti) и ванадий (V), азот (N) и др.

Содержание
  1. Обзор и основные отличия
  2. Что такое низколегированная сталь
  3. Что такое высоколегированная сталь
  4. В чем разница между низколегированной сталью и высоколегированной сталью
  5. Заключение
Что такое низколегированная сталь?

Низколегированная сталь — это тип легированной стали, свойства которой улучшены по сравнению с углеродистой сталью. Например, этот сплав обладает лучшими механическими свойствами и большей коррозионной стойкостью, чем углеродистая сталь. Содержание углерода в низколегированной стали составляет менее 0,2%. Наиболее распростраённые л егирующие элементы в этой стали такие: Никель (Ni), Хром (Cr), Молибден (Мо), Вольфрам (V), Бор (B), Вольфрам (W) и Медь (Cu).

В большинстве случаев процесс изготовления этих легированных сталей включает термическую обработку и отпуск (для нормализации). Но теперь, появилась тенденция производить закалку и отпуск. Кроме того, почти все материалы из низколегированной стали являются свариваемыми. Однако материал иногда требует обработки до или после сварки (чтобы избежать растрескивания).

Некоторые преимущества низколегированной стали:

  1. Предел текучести выше
  2. Высокий предел прочности
  3. Более высокая стойкость к окислению и коррозии
  4. Низкий порог хладноломкости

Этот материал применяется в промышленности, но до максимальной температуры 580 °C. Если температура выше, чем 580 °C, этот материал не подходит из-за отсутствия достаточной стойкости к окислению, чтобы справиться с высокими температурами.

Что такое высоколегированная сталь?

Высоколегированная сталь — это тип легированной стали, в котором более 10% легирующих элементов. В отличие от низколегированной стали, легирующими элементами для высоколегированной стали являются хром (Cr) и никель (Ni). Н аиболее известным примером этой стали — является нержавеющая сталь.

Хром обеспечивает сталь тонким оксидным слоем на поверхности стали. Это называется скрытым слоем, потому что этот слой задерживает коррозию металла. Кроме того, производители обычно добавляют большое количество углерода и марганца, чтобы придать стали аустенитный характер. Кроме того, этот материал дороже, чем низколегированная сталь.

В чем разница между низколегированной сталью и высоколегированной сталью?

Как низколегированная, так и высоколегированная сталь обладают улучшенными свойствами, чем углеродистая сталь. Однако ключевое различие между низколегированной сталью и высоколегированной сталью состоит в том, что низколегированные стали содержат менее 0,25% легирующих элементов, тогда как высоколегированные стали содержат более 10% легирующих элементов. В химическом составе низколегированная сталь содержит железо, углерод (менее 0,2%) и другие легирующие элементы, такие как Никель (Ni), Хром (Cr), Молибден (Мо), Вольфрам (V), Бор (B), Вольфрам (W) и Медь (Cu), в то время как высоколегированная сталь содержит железо, хром, никель, углерод, марганец и др.

Заключение — Низколегированная сталь против Высоколегированной стали

Как низколегированная, так и высоколегированная сталь обладают улучшенными свойствами, чем углеродистая сталь. Основное различие между низколегированной сталью и высоколегированной сталью состоит в том, что низколегированные стали содержат менее 0,25% легирующих элементов, тогда как высоколегированные стали имеют более 10% легирующих элементов.

что это такое? Марки и сварка стали. Что обозначают буквы и цифры в маркировке? 09Г2С и другая сталь, ГОСТ

Чтобы сделать металлы более прочными, твёрдыми, способными переносить значительные растяжения, не деформируясь при этом, распространена практика введения на производстве в них легирующих присадок. По этой части железо является самым универсальным металлом – известен не один десяток сортов стали на его основе.

Что это такое?

Процентное содержание добавок позволяет отнести тот или иной сорт стали к высоко-, средне- и низколегированному виду. Низколегированная сталь – сплав с низким содержанием углерода и других включений, улучшающих и дополняющих исходные свойства простой углеродистой стали.

Легирование производится недорогими металлами и неметаллами – чаще всего это никель, хром, марганец, кремний, ванадий и медь.

Наибольшую прочность сталь получает в результате введения марганца или кремния, хотя основной добавкой здесь является всё-таки уголь. Попытка выплавить сталь с этими добавками, но без угля, не даст желаемого эффекта – это уже легированное железо, а не полноценный стальной сплав. Низколегированные стали обладают преимущества перед высоколегированными – устойчивость к состариванию изделий, повышенная текучесть, низкая ломкость при низких температурах, удовлетворительная пластичность. Простые углеродистые стали содержат большее количество неметаллических включений. Так, кремний, фосфор, сера в них присутствуют, при этом содержание серы уменьшается до предела, так как она портит железо, делает его хрупким. Легированные сосредоточены на включение в их состав и металлов. Например, кобальтовое сверло, применяемое в качестве ступенчато-конусного при профилированной рассверловке усложнённых конструкционных заготовок, изготовлено как раз из такой стали, в которую добавлен и кобальт, соседний по таблице Менделеева с железом металл.

Низколегированные сплавы отличаются повышенной износоустойчивостью и более медленным образованием ржавчины. Например, фарширующая перемалываемое крестовым осевым ножиком мясо в мясорубке сетка с круглыми отверстиями изготовлена как раз из такой стали. Ржавеет она не настолько быстро, как простая чёрная сталь, чтобы через месяц покрыться толстым слоем ржавчины, как это происходит, например, с гвоздями. Низколегированные стали подвергаются удовлетворительной обработке, не растрескиваясь при этом, и не теряют своих свойств в условиях морозной погоды (кроме условий «полюсов холода» на Земле, где температура зимой достигает -60 и ниже). После закаливания низколегированные стальные сплавы почти нечувствительны к надрезанию, обладают высокой прочностью и вязким ответом на значительные удары: для сравнения, чёрная сталь быстро бы сломалась от ударов кувалдой. Выпускаются НЛС в виде спокойных сплавов.

Классификация

Разобравшись с основной характеристикой НЛС, эти сплавы выделяют в особую классификацию, расходящуюся со свойствами сталей других степеней легирования. Исходя из химического состава, выделяют более и менее качественные сплавы.

По химическому составу

НЛС включает в себя не менее 2 промилле углерода. Легирующие (не) металлы присутствуют уже в общем количестве не более 5%. Остальные 94,8% – чистое железо. Именно низколегированный состав должен обладать процентным содержанием дополнительных (не) металлических включений не более 1/40 части от общей массы заготовки, сработанной из НЛС.

Определённые металлы придают легированным сплавам следующие свойства.

  • Ванадий позволяет стали обрести равномерную структуру, не допуская её расслаивания при литье и ковке.
  • Молибден добавляет жаростойкости и жаропрочности, не позволяя размягчаться изделию при некоторых температурах.
  • Ниобий даёт возможность стальному сплаву обрести дополнительную прочность.
  • Вольфрам в сочетании с азотом увеличивает устойчивость стали к лучшему отводу тепла.
  • Титан не даёт изделию из низколегированной стали быстро износиться.
  • Никель и кремний повышают упругость и вязкость, не давая этому изделию внезапно сломаться при ударах.
  • Марганец повышает прочность стали, не приводя к потере ею пластичности.
  • Кобальт, помимо пластичности и прочности, обусловливает повышенную способность железа к намагничиванию.

К слову, свёрла на основе кобальтсодержащей стали реже ломаются при перегрузках, вызванных неперпендикулярностью сверления. Кобальтсодержащие фрезы проявляют те же свойства, позволяя станку проработать на одних и тех же резаках дольше.

Не случайно сверло или фреза с кобальтом стоят заметно дороже, чем обычное такое же изделие, изготовленное из быстрорежущей стали стандартных характеристик.

По качеству

Критерий качества низколегированной стали оценивается по количественному содержанию серы и фосфора в данном сплаве. Чем больше серы в НЛС, тем более ломким окажется изделие. Ни одному мастеру не понравится то, что быстро ломающиеся в процессе работы свёрла и фрезы не только ведут к чрезмерно завышенному расходу денег на расходники, но и периодически останавливают, тормозят технологический процесс, когда, к примеру, за короткое время необходимо прорезать этими же свёрлами сотни отверстий. Раритетное сверло времён СССР, способное не затупиться существенно даже при сверлении толстостенного профуголка, сохраняющее долго свои эксплуатационные характеристики, обязано как раз сплавам с крайне низким содержанием серы. В идеале следовало бы полностью удалить всю серу из НЛС, но такое возможно лишь в лабораторных условиях.

Высококачественная сталь не должна обладать количеством серы, большим по массе, чем четверть промилле. Сталь обычного уроня качества содержит до 0,35 промилле серы и фосфора. Низкокачественная НЛС превышает содержание серы и фосфора значения в полпромилле от общей массы заготовки. В XXI веке количество низкокачественной НЛС значительно уменьшилось благодаря улучшению технологии её производства. Наконец, с учётом способа поставки и конкретного применения производится фасонная и сортовая сталь. Нормативы взяты из ДСТУ 8541 и ГОСТ 19281.

Сталь в толстых листах, широкополосная универсальная, а также в рулонах производятся на основании ДСТУ 8804 и ГОСТ 19282. Судостроительная (судоремонтная) НЛС – по ГОСТ 5521: выпускается такая сталь в тонких и толстых листах, широких отрезах и в фасонных заготовках; корпуса для судов и иных плавучих средств изготавливаются из неё – с помощью сварки. Стержни для строительных конструкций типа А3 и А500, обладающие периодичным профилем, производится по нормативам ДСТУ 3760, ГОСТ 5781/10884.

Маркировка

НЛС перлитного и ферритного классов, выпускаемую в основном по ГОСТ №4543-1971, подписывают так, чтобы свойства материала оказались очевидными, но придерживаться определённого порядка всё же надо. При подписывании учитывают:

  • свойства металлов – их обозначает первая буква;
  • процент углерода – цифра после этой буквы;
  • другие буквы и цифры – наименование и количество легирующих добавок.

К примеру, 18ХГТ – это 0,18% угля, 1% хрома, столько же – марганца, 0,1 титана.

Дополнительные обозначения вносят пояснения: Р — быстрорежущая НЛС, Ш — для шарикоподшипников (промподшипники для механизмов), А — для огнестрельного оружия, Э – электротехническая, Л — литьевой сорт. Особое место занимают некоторые марки, например, стальной сплав 12х18н10т обладает следующим химсоставом:

  • хром — 17-19%;
  • никель — 10%;
  • титан — 0,8;
  • уголь – 0,12%;
  • кремний — до 0,8%;
  • марганец — 2%;
  • медь — до 0,03%.

Чем сложнее маркировка, тем более особенным является состав – за счёт поясняемых свойств.

Применение

НЛС различных марок относят к сырью для трубопроводов в составе строительных конструкций. Так, невозможно без низколегированных сплавов возвести нефтепровод в составе буровой, а также построить паровую турбину. НЛС – основной компонент в системах с постоянно меняющейся нагрузкой, например, одно- и малоэтажное строительство. Большинство сталей могут использоваться как конструкционные, и лишь некоторые из них, устойчивые к коррозии, например, хромованадиевые сплавы – как инструментальные, например, для изготовления рожковых ключей.

Обработка

Особенность НЛС в том, что она не подлежит улучшению.

Такие заготовки обрабатывают путём отжига или нормализации, или сразу же после горячекатаной сработки. Для повышения прочности, вязкости, снижения чувствительности к надрезанию используется закалка с последующим отпусканием. Отпускание НЛС производится при температуре порядка 645°С – это позволяет снять сварочные остаточные напряжения, несколько снизить твёрдость сварных соединений комплектующих. Способ термодоработки выбирается по марке стали, схемы изделия и его предназначения.

Повышенный запас прочности позволяет использовать с большинством марок НЛС практически любую обработку, включая воздействие при повышенном давлении. Сюда относят гибку, штампование, развальцовывание, резке. Резак, осуществляющий пиление, пропил, просверливание, выбирается с учётом параметров конкретного сорта НЛС. Так, сталь марок Р9, Р18, Р14Ф4, ВК3М, ВК15, Т15К6, Т5К10 – и нескольких других из весьма обширного списка – хорошо пилится и фрезеруется, сверлится и штампуется. Эти марки достаточно теплоустойчивые, каждая из них – хладостойкая, свариваемая из неё конструкция выдержит годовые и сезонные температурные колебания на протяжении ряда лет.

Сварка

Благодаря содержанию 0,2% углерода и – в среднем – 2,5% присадок, механические свойства НЛС достаточны для сварки удовлетворительного качества. Кремний, содержащийся в количестве 1,05%, даёт стальной заготовке необходимую прочность и упругость, однако повышение его количества в конкретной марке затрудняет сварку из-за большего количества образующегося шлакового нагара. Марганец в количестве порядка 1,7% улучшает закалку, однако из-за него сварка осложнена. Завышенное количество молибдена, хрома и ванадия также ухудшает прочность сварных швов. Поскольку НЛС хорошо закаляется, её сваривают в условиях печного нагрева или в нежёстком режиме термообработке. Использование жёсткого режима даёт возможность вести только точечную сварку. Ток на сварочном инверторе ставится приближённо на 12,5% ниже, чем значение при сварке простой малоуглеродистой стали. Но надавливание на электроды – выше в среднем на 30%. Сваривают НЛС – как и малоуглеродистую сталь – дуговой, контактной и газосваркой. Ручное сваривание деталей на инверторе осуществляется электродами марки Э-50А без предварительной подготовки деталей, либо с применением сварочной проволоки во время газового сваривания.

Сталь марок 09Г2С, 10Г2С1, 10Г2С1Д трудно перегреть даже газовой сваркой, закалённые области образуются не так активно, чем в деталях, сработанных из прочих марок НЛС. Термообработка не привязана к конкретному алгоритму. Сварка производится электродами марки Э50А, Э46А, участки возле шва не отличаются по своим характеристикам от основной части детали. Марка 10Г2С1Д варится при подогревании до 110°C. При труднодоступности накладываемых швов производится нагрев примерно до 250°C – с последующим отжигом после сваривания. Лучше всего НЛС варить вручную дуговым методом. Толщина заготовок и температура окружающей среды значения не имеет. Сварные соединения по своим свойствам универсальны и просты в эксплуатации выполненных конструкций, допускают сваривание с любой стороны, включая потолочные и вертикальные швы. Сварка НЛС в целом производится на основании ГОСТ №9467-1975. Применение электродов Э50, Э46, Э42, Э38 создаёт рабочее давление на разрыв до 5000 атмосфер (50 кг/мм2). Электроды Э50А, Э46А, Э42А используются при ударной стойкости конструкций. Использование же электродов в сочетании с соответствующими марками НЛС – Э60, Э55 – увеличивает показатель допустимого давления до 6000 атмосфер.

При соблюдении указанных требований сварные швы прочны и надёжны.

Низколегированная сталь

Низколегированная сталь содержит обыч­но основной легирующий элемент в количе­стве не более 2%. Наилучшее сочетание механических свойств стали достигается после закалки с последующим отпуском. В большинстве случаев сталь, содержащую до 0,30% С, закаливают в воде, а сталь, со­держащую более 0,30%С,—в масле.В зависимости от свойств стали, которые достигаются после термической и химикотермической обработки, из нее изготавли­вают детали, работающие при средних, по­вышенных и высоких удельных давлениях: шестерни, шпиндели, валы в подшипниках качения, червячные валы, шлицевые валы, оси и т. п.По сравнению с малоуглеродистой эта сталь имеет более высокие значения пределов прочности и текучести три удов­летворительной пластичности, меньшей склонности к старению и меньшей хладно­ломкости. В то же время она более чувстви­тельна к концентраторам напряжений. Для более эффективного использования низколе­гированной стали в сварных конструкциях необходимо придавать конструктивным швам плавную форму, производить механи­ческую обработку швов в опасных сечениях, упрочнение наклепам и т. п. Конструк­ционная низколегированная сталь многих марок обладает повышенной коррозионной стойкостью в атмосферных условиях по сравнению с малоуглеродистой сталью. По­вышают коррозионную стойкость низколеги­рованной конструкционной стали добавки хрома, никеля, меди, фосфора.Развитие и успехи современного строительства, трубопроводного и подвижного транспорта, судо и машиностроения не­прерывно связаны с освоением и производ­ством металлопродукции из низколегиро­ванных сталей.Низколегированную сталь применяют в строительстве и машиностроении преимущественно для сварных конструкций. Марки и общие технические требования на нее установлены ГОСТ 5058—65. Стандарт распространяется на толстолистовую, широкополосную (универсальную), сортовую (глад­кого и периодического профиля) и фасонную низколегированную сталь, выплавляе­мую в мартеновских печах или конвертерах с продувкой кислородом сверху. Способ производства стали выбирает предприятие- изготовитель, если это специально не огово­рено в заказе. По соглашению сторон могут быть применены и другие способы производ­ства стали.В зависимости от назначения и легирова­ния сталь разделяется да две группы: А — сталь для металлических конструкций и Б— сталь для армирования железобетонных конструкций. Допускается для стали всех марок (кроме 80С) технологическая добавка титана из расчета получения его в готовом прокате 0,01—0,03%; для стали марки 80С техноло­гическая добавка титана является обяза­тельной из расчета его содержания в гото­вом прокате до 0,04%. Содержание фосфора в стали группы А должно быть не более 0,035%. а в стали группы Б — не более 0,040%; содержание серы в стали группы А должно быть не бо­лее 0,040%, а в стали группы Б — не более 0,045%. По требованию заказчика, серы в стали группы А должно быть не более 0,035%. По требованию заказчика или в случае применения при выплавке природнолегированных медью руд поставка стали и марок 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1 и 15ГФ производится с содержанием меди 0,15—0,30%. В таких случаях в наименование марки стали добав­ляется буква Д. Допускается в стали марки 10Г2С1 содержание кремния от 0,8 до 1,1% при гарантированном содержании меди; по соглашению сторон — снижение в стали мар­ки 14ХГС содержания марганца до 0,8% и хрома до 0,40%. Содержание мышьяка в стали не должно быть выше 0,08%. Допускается повышение содержания .мышьяка до 0,15% при выплав­ке стали из керченских руд при соответству­ющем снижении содержания фосфора на 0,005% против установленной нормы. Если обеспечиваются требуемые механические свойства стали, в готовом прокате допуска­ются следующие отклонения от норм хими­ческого состава, %.  Приведенные механические свойства для сталей марок 14ХГС и 18Г2 всех толщин, марки 09Г2 толщиной 21— 32 мм и марки 10ХСНД толщиной более 15 мм относятся к стали в термически об­работанном состоянии. Предусматривается поставка в нормализованном или улучшен­ном состоянии стали всех марок, которая ис­пытывается на ударную вязкость при тем­пературе —70°С.Ударная вязкость стали марок 09Г2 и 15ХСНД толщиной 5—10 мм и проката толщиной 11—20 мм из стали марки 17ГС, поставляемой в термообработанном состоя­нии должна быть при температуре —40°С — не менее 4 кГ-м/см2.Ударная вязкость стали марки 17ГС, поставляемой в термообработанном состоянии при толщине проката 11—20 мм и температуре —40°С, должна быть не менее 4 кГ-м/см2.По требованию заказчика сталь марок 09Г2, 14Г2, 16ГС, 09Г2С, 10Г2С1 и 15ХСНД должна поставляться в термически улуч­шенном состоянии.

Углеродистые и низколегированные стали | Точечная сварка

К этой группе относятся стали, закаливающиеся при точечной сварке с заметным изменением пластичных свойств при использовании режимов, рекомендованных для низкоуглеродистой стали. Это наблюдается уже при сварке углеродистых и низколегированных сталей с содержанием углерода соответственно 0,15 и 0,12% и выше.

Требования и способы подготовки для этих сталей те же, что и для низкоуглеродистых. При одинаковой чистоте обработки поверхности контактное сопротивление этих сталей выше из-за большей прочности и большего электрического сопротивления. Повышенное содержание углерода и наличие легирующих примесей оказывает существенное влияние на сварку, увеличивая устойчивость переохлажденного аустенита и уменьшая критические скорости охлаждения, при которых сталь закаливается. В зависимости от состава стали, ее термообработки, толщины, цикла сварки и параметров режима в зоне сварки наблюдаются различные скорости охлаждения и, как следствие, структуры различной степени закалки. Влияние скорости охлаждения на структуру стали приближенно оценивается по совмещенным диаграммам С-образного изотермического распада аустенита и скорости охлаждения. Эти диаграммы верны для конкретных примеров, так как характер изотермического распада в большей степени зависит от свойств стали.

На прочность сварного соединения для некоторых углеродистых и низколегированных сталей заметное влияние оказывают диффузионные процессы, в результате которых часть углерода перемещается в литое ядро из окружающего металла. Это ослабляет сварное соединение, разрушение его происходит по обезуглероженной зоне, близкой к границе литого ядра.

Закалка зоны сварки значительно снижает усилие отрыва, так как соединение становится хрупким. Сравнительные испытания на удар применяют реже ввиду их сложности и необходимости специальных приспособлений для копров. Качество сварки соединения оценивают по отношению усилия отрыва точки к срезу, которое всегда меньше единицы. Допустимые пределы устанавливают в каждом отдельном случае.

Например, при сварке интенсивно закаливающейся стали ЗОХГСА толщиной 2 мм при одноимпульсном цикле сварки без термообработки это отношение составляет всего 0,1—0,14. Применение специального цикла повышает его до 0,32. В сварном соединении необходимо исключать или ограничивать структуры закалки.

Сварка на очень мягком режиме при ограниченном времени проковки уменьшает скорость  охлаждения за счет прогрева окружающей зоны металла. Для некоторых марок сталей это позволяет получить соединение с достаточной пластичностью. Однако такой режим вызывает большие остаточные деформации, снижает производительность и увеличивает расход энергии.

Несколько уменьшить указанные недостатки можно сваркой на умеренно мягком режиме, дающем хрупкое соединение со структурой закалки, но без трещин. После сварки требуется полная термическая обработка изделия в печи, обеспечивающая наибольшую однородность структуры, но понижающая усталостную прочность из-за снятия остаточных напряжений сжатия в зоне сварных точек. Эта операция требует печей, энергоемка и применима для жестких узлов ограниченных габаритных размеров.

Наиболее целесообразна сварка на жестком режиме с последующей электротермомеханической обработкой точки в электродах машины импульсом тока, меньшим по величине при большем усилии сжатия. Эффективность этого цикла возрастает с уменьшением толщины листа и повышением степени закаливаемости стали.

В первой части этого цикла в зависимости от толщины детали и качества подготовки поверхности можно применять различные импульсы, обеспечивающие умеренную плотность тока при высоком контактном сопротивлении в начале нагрева, исключающие выплески и последующий перегрев электродов. Эта часть цикла заканчивается формированием ядра нужных размеров.

Следующий этап — охлаждение контролируют по времени, он продолжается до снижения температуры ниже температуры мартенситного превращения. Этот этап цикла можно несколько сократить за счет интенсификации теплоотвода в электроды повышением сжимающего усилия. Повторный импульс тока нагревает или поддерживает температуру в месте сварки на уровне температуры образования аустенита, чтобы не вызвать повторной закалки. Достигнуть температуры отпуска за счет уменьшения продолжительности импульса нельзя, так как за короткое время не удается обеспечить равномерный нагрев зоны. Для обоих импульсов желательна модуляция их переднего фронта.

При подборе режимов сварки этих сталей обычно в выборе параметра первого импульса ориентируются на жесткие режимы сварки низкоуглеродистых сталей. Несколько большее электрическое сопротивление не оказывает существенного влияния на общий нагрев места сварки. При сварке этих сталей с недостаточно хорошей подготовкой поверхности применяют более мягкие режимы.

Сопротивление пластической деформации у этих сталей, как правило, растет с увеличением содержания углерода и легирующих элементов, поэтому усилия при сварке устанавливают на 20—30% больше, чем при сварке низкоуглеродистых сталей. Температурный интервал кристаллизации, который увеличивается с ростом содержания углерода, делает эти стали более склонными к появлению усадочных дефектов и горячих трещин. Поэтому с ростом толщины целесообразно увеличивать усилие проковки.

Есть несколько методик, позволяющих подсчитывать время охлаждения, следующее сразу же за циклом сварки. Одна из методик, основанных на расчете тепловых полей, позволяет выбрать величину паузы при двухимпульсной сварке закаливающихся сталей. По другой методике подсчитывают время охлаждения металла ниже температуры образования мартенсита (Ms °С). Зависимость минимального времени охлаждения для низколегированных сталей от толщины металла и температуры образования мартенсита может быть получена, исходя из химического состава стали, по формуле

и графику (рис. 8). Для углеродистых сталей это время можно выбрать по графику, приведенному на рис. 9.


Рис. 8. Минимальное время охлаждения для осуществления мартенситного превращения низколегированных сталей


Рис. 9. Углеродистая сталь с содержанием:
1 — до 0,5% С; 2 — до 0,7% С; 3 — до 1% С

Ток термообработки должен быть установлен в довольно узких пределах. Продолжительность термообработки (отпуска) меньше влияет на ее результаты, ее выбирают от 1 до 1,5 продолжительности сварки. С увеличением толщины продолжительность увеличивают. Следует избегать применения слишком жесткого режима, так как его колебания отразятся на пластичности.

Параметры режима, которые фактически определяют конечную структуру в зоне сварки, обычно устанавливают путем подбора для каждой свариваемой стали и каждой толщины листа. Сделана попытка определить их путем расчета. Установлено, что температура отпуска, обеспечивающая оптимальную пластичность, составляет 550—600° С. Параметры термообработки (ток и время) связаны уравнением

i = Сила тока отпуска/ Сила сварочного тока  
r= Продолжительность отпуска/Продолжительность сварки

состав, марки, свойства, процесс сварки

Особенности маркировки

Стандарты изготовления и марки низколегированных сталей определяет ГОСТ 19282-73. Его применяют для работы с рулонными, широкополосными, толстолистовыми материалами, способ обработки не важен (это может быть фасон, поковка, штамповка, пр.). Стальные сплавы используют при строительстве зданий, сварке, сборке разных конструкций, в машиностроении.

По ГОСТ в маркировке должны указываться такие данные:

  • группа цифр в самом начале – указывает процентное содержание углеродов в стали;
  • буква для легирующего элемента, цифры, указывающие на его процентное содержание (когда менее 1%, цифра не указывается вообще).

Пример маркировки на сплаве 18ХГТ:

  • углеродистые части – 0.18%;
  • марганец;
  • хром;
  • титан.

Поскольку цифры не указаны, остальных элементов в сплаве не более 1%.

Термическая обработка и правка изделий после сварки

Термическую обработку применяют для устранения напряжений, остающихся в изделии после сварки, а также для улучшения структуры металла сварного шва. После сварки или в процессе сварки применяют такие виды термической обработки, как отжиг, нормализация, отпуск.

Нагрев при отжиге изделия в печи ведут постепенно. Для низкоуглеродистой и среднеуглеродистой сталей температура достигает 600 … 680 °С. При этой температуре сталь становится пластичной и напряжения снижаются. После нагрева следует выдержка при достигнутой температуре из расчета 2,5 мин на 1 мм толщины свариваемой детали, но не менее 30 мин. Затем изделие охлаждают вместе с печью. Существуют и другие виды отжига — местный и полный. Режимы отжига выбирают по справочной литературе в зависимости от марки стали.

Рис. 1. Схема правки детали местным нагревом: 1, 2 — деталь до и после правки соответственно; 3 — зона нагрева

Нормализация отличается от отжига тем, что после отжига сварную конструкцию охлаждают на спокойном воздухе. После нормализации сохраняется мелкозернистая структура металла, что позволяет обеспечить его относительно высокие прочность и твердость, но без напряженного состояния.

При газовой сварке сталей термическая обработка служит для повышения пластичности металла шва. В некоторых случаях участки шва нагревают до светло-красного цвета каления и в этом состоянии проковывают. Зерна металла измельчаются, пластичность и вязкость повышаются. Во избежание появления наклепа (новое напряженное состояние) проковку следует прекратить при остывании металла до темно-красного цвета. После проковки необходимо провести повторную нормализацию.

Главная>>Сварка чёрных металлов>>Сварка низколегированных сталей
Сварка низколегированных сталей нашла широкое применение при изготовлении конструкций в строительстве. Связано это с тем, что низколегированные конструкционные стали обладают повышенной прочностью и, благодаря этому, металлоконструкции получаются облегчёнными, а, следовательно, более экономичными.

Как правило, свариваемость низколегированных конструкционных сталей удовлетворительная. Но, необходимо учесть, что при содержании углерода в составе стали более, чем 0,25%, возникает риск образования и развития закалочных структур и горячих трещин в сварном шве. Кроме того, ставится вероятным появление других дефектов сварного шва, например, образование пор. И получается это вследствие выгорания углерода при сварке.

Таблица 5. Режимы правки листов углеродистой стали ацетиленокислородным пламенем
Толщина листа, ммНомер наконечника горелки по ГОСТ 1077 — 79ЕСкорость нагрева, °С/минШирина зоны нагрева, мм
видимая*фактическая
234201520
343801520
452702035
562402035
661803055

*При температуре выше 600 °С.

Рис. 2. Схема правки стального листа толщиной 15 мм: I — IV — полосы нагрева; — — — — состояние листа до правки

Для правки изделий часто используют местный нагрев пламенем горелки. Нагревают выпуклую часть изделия, которое нужно выправить (рис. 1). При нагреве металл стремится расшириться, но, так как этому препятствуют холодные участки, возникают напряжения сжатия, вызывающие пластическую деформацию сжатия. При охлаждении в этом участке возникают напряжения растяжения, в результате чего изделие выправляется.

При необходимости повторной правки нагревают следующий участок, не затрагивая соседнего, который уже подвергался нагреву. В табл. 5 приведены ориентировочные режимы правки листов углеродистой стали ацетиленокислородным пламенем.

Толстолистовой металл после резки на заготовительных ножницах имеет ярко выраженную выпуклость. Правку осуществляют нагревом по схеме, показанной на рис. 2.

Свойства сплавов

Характеристики основных легирующих элементов:

  1. Кремний – нужен для легирования, недорого стоит, зависимость твердости готового сплава от объемного включения кремния в состав прямая. Элемент незаменим при выплавке строительных сталей, может применяться с марганцем, другими компонентами.
  1. Вольфрам с молибденом нужны для увеличения тепловой стойкости, их используют, если готовые конструкции, изделия будет постоянно эксплуатировать при повышенных температурных воздействиях.
  2. Ванадий – важный элемент процесса комплексного легировании, позволяет получать сплавы с равномерной структурой.
  3. Хром – отвечает за стойкость стали к коррозии, степень ее твердости. Устойчивость повышают титан, никель, молибден – можно заменять хром этими компонентами.
  4. Медь – элемент, который отвечает за степень пластичности готовых материалов. Ее не должно быть слишком много, иначе легированный стальной сплав начнет налипать на прочие рабочие поверхности. Для конструкционных сталей, используемых в зонах повышенного трения, это большой минус.

Также стали низколегированного типа различаются по типам обработки. Термовоздействия – отпуск, закалка, отпуск, нормализация, они могут применяться в разных сочетаниях. Различаются также параметры отжига, свойства свариваемости.

Для распознавания маркировки нужно учитывать первые буквы, используемые для обозначения сортамента. Ж, Х, Е – это магнитная, хромистая либо нержавеющая группа. С – хромоникелевая, с выраженными нержавеющими свойствами. Те сплавы, которые относят к быстрорежущим, шарикоподшипниковым обозначают как Р или Ш.

А и Ш – легированные сплавы высокого качества. Для обычного качества такие буквы не используют. Специальное обозначение имеют полученные прокатным методом материалы – это ТО или Н, то есть термообработка или нагартовка соответственно. Точный химсостав разных марок описан в ГОСТах и специализированной литературе. Понимание основных принципов маркировки сплавов позволит вам разбираться в составе материалов на так называемом бытовом уровне.

Факторы, определяющие свариваемость стали

Свариваемость представляет собой свойство образования соединения с заданными параметрами. В соответствии с ГОСТ металл считается свариваемым, если существующими технологическими процессами его возможно соединить методом сварки с заданной величиной прочности.

На свариваемость влияют как химические факторы, о которых уже упоминалось, так и физические. К последним относятся:

  • Толщина и конфигурация соединяемых заготовок: сварка мелких деталей из стали проще.
  • Структурные особенности металла.
  • Условия, в которых протекает процесс соединения (температура окружающего воздуха, наличие ветра, осадков).

Кроме того, сварка разнородных сталей технологически сложнее.

Где применяют низколегированные стали

Применение низколегированных сталей зависит во многом от их состава.

Первыми рассмотрим магистральные газовые, нефтяные системы. Для их обустройства применяем электросварной прямошовный метод. Сырье для изготовления изделий – смеси с невысоким содержанием хрома, алюминия – предельно до 0.3 и 0.05% соответственно.

Стали 13Х используются для инструмента и спецоборудования. Прокаливание сплава не очень хорошее, термообработку больше 250 градусов не применяют.

Чтобы производить качественную арматуру для применения в строительной отрасли, применяют сплавы классов С, ГС, ХГАЮ, пр. Они подойдут для армирования ЖБ конструкций с разными несущими параметрами. Для создания надежных сварных соединений оптимально применять типы АФД, АФЮ, ГС, Сложные здания делают с применением сплавов вроде 12ХГН2МФБАЮ. Последний тип стали обязательно сначала закаливают, потом делают низкий отпуск.

В машиностроении

  1. Марганцевый сплав 09Г2 для создания обвязки, двутавров, балок хребтового типа. Температурные режимы эксплуатации – +450°.
  2. Марганцевые стали 10Г2С1 для сосудов, котлов, которые работают под давлением.
  3. Сплавы с медью 10ХНДП незаменимы в создании сложных машиностроительных конструкций.
  4. Марганцево-медные стальные низколегированные сплавы типы 12Г2СМФ выдерживают любые нагрузки, незаменимы при сооружении пролетных облегченных конструкций.

Отдельный вопрос – выбор сталей для эксплуатации в постоянно неблагоприятных условиях, то есть при осадках, низких температурах воздуха. Стойко такие воздействия выдерживают марки, произведенные согласно ГОСТ 19282. Такие стали не боятся коррозии, разрушений, не подвержены другим негативным изменениям.

Влияние легированных примесей

Легирующими называют примеси меняющие свойства железа. По сути, только они превращают его в привычный материал. Такими добавками выступают редкоземельные металлы (напр. молибден, никель, ванадий), галогены (сера, фосфор), такие элементы как кремний или марганец. Самая распространенная — углерод.

Влияние примесей зависит от процентного состава их по отношению к объему. Особенно это заметно на примере добавок углеродных. Сварка высокоуглеродистых сталей труднее, чем большинства высоколегированных сортов.

Кроме прочего, некоторые добавки при высоких температурах выгорают. Это приводит к изменению свойств металла на стыке. Как правило, в худшую сторону.

Ниже приведен список легирующих добавок с указанием влияния на сварной шов.

  1. Углерод, обозначается латинской «С». При содержании до 0,25% (низкоуглеродистые) не оказывает влияния. С повышением свариваемость ухудшается и при 0,45% сварку углеродистых сталей классифицируют как трудную.
  2. Сера и фосфор, обозначения S и P — вредные примеси ухудшающие качества материала. При сварных работах образуют с железом химические соединения, придающие шву хрупкость, вызывающие образование трещин.
  3. Кремний или Si — силициум по-латыни. При содержании свыше 0,6% повышает текучесть, затрудняя технологию.
  4. Марганец Mn — повышает твердость металла, при содержании свыше 2% создает риск холодных трещин.
  5. Хром Cr — при повышении содержания образует тугоплавкие оксиды, ухудшающие свариваемость.
  6. Никель Ni — одна из немногих легирующих добавок улучшающая свариваемость.
  7. Молибден, ванадий, вольфрам: Mo; V; W — соответственно. Придают прочность, при высоком содержании ухудшают свариваемость. Склонны к выгоранию поэтому, к примеру, при сварке стали 13хфа, содержащей ванадий не допускается перегрев.
  8. Титан и ниобий Ti; Nb — первый не оказывает практического влияния, второй повышает риск трещинообразования.

Все остальные присутствующие в железе вещества влияния на свариваемость не имеют.

Другие виды

При сварке нержавейки шов нередко, оказывается подверженным коррозии. Это вызвано как выгоранием части легирующих добавок, так и занесением в сварную зону излишнего содержания железа.

Чтобы этого избежать необходима пассивация сварных швов нержавеющей стали путем их зачистки, либо травления кислотой (как правило — азотной). В процессе пассивирования, на поверхности металла образуется прочная окисная пленка, которая становится его надежной защитой.

Явной приметой снижения уровня легирования, является значительное изменение цвета зоны как самого шва, так и прилегающего к ней металла.

Серьезные проблемы при выполнении неразъемных соединений создает сварка анодированной стали. Дело в том, что слой анодированного покрытия при создании шва неизбежно разрушается. Если после окончания сварочных работ не произвести его восстановление, изделие на стыке быстро начнет ржаветь.

К счастью, восстановление анодированного покрытия не представляет особых проблем, даже в домашних условиях. Для этого достаточно источника постоянного тока не менее 12 Вольт, а также пищевой соды и обычной поваренной соли.

Жаропрочные металлы

Этот тип сплавов отличает высокое (до 65%) содержание легирующих добавок, которые придают материалу устойчивость к высоким температурам.

Сложность сварки жаропрочных сталей таким образом, помимо обеспечения прочности шва, заключается в сохранении вышеупомянутых качеств.

Наиболее распространенная технология: сварка неплавким вольфрамовым электродом в среде инертных газов, гелия или аргона.

Аустенитные и нержавеющие сплавы сваривают также под флюсом. С целью сохранения мелкокристаллической структуры таких материалов, используют модификацию шва.

Для этого, применяют присадки с высоким содержанием легирующих компонентов (хром, молибден).

При использовании инверторных приборов используют соответствующие электроды либо проволоку.

Изделия из жаростойких металлов, обычно закаленные. Но поскольку околошовное пространство остывает медленно, каленый металл отпускается, теряя твердость. Чтобы этого не произошло после сварки теплоустойчивых сталей выполняют их закалку. Нагревая до 1000-1100 градусов и резко охлаждая.

Высокоуглеродистая

Высокоуглеродистые сплавы железа относятся к плохосвариваемым металлам. Использование их для строительных конструкций исключено. Зона использования таких материалов станкостроение, инструментальные изделия, быстрорежущие стали и т.п.

Технологически сварка высоколегированных сталей мало отличается от среднеуглеродистых. Особое внимание, как и там уделяют рациональному выбору режима создания сварного стыка, формы соединительного шва.

Широко применяются аппараты для работы в защитной среде инертных газов, например — аргона. Работы также ведут полуавтоматами, с углекислым газом.

Заметную роль играет форма шва. Узкие, глубокие швы способствуют концентрации вредных примесей, таких как сера и фосфор, образующих ослабленную зону. Излишне в процессе кристаллизации приобретают слоистость, так же снижая прочность.

Конструкционная

К конструкционным относятся низколегированные, малоуглеродистые стали. Наиболее популярной является известная любому строителю Ст3, идущая на изготовление проката, круглой арматуры, гнутых профилей.

Для соединения изделий подобного класса используют в основном РДС плавкими электродами толщиной 3-5 мм.

Главной проблемой при этом, является перекаливание около сварочной зоны. Чтобы этого не происходило прежде, чем сварить ответственное соединение производят предварительный прогрев места стыка. Либо, как вариант, накладывают двухслойный шов, используя полуавтоматическую сварку с углекислотой.

Назначение

Высокие эксплуатационные характеристики сталей с легирующими добавками обеспечивают их использование в следующих областях:

  • Устройство трубопроводных систем различного назначения. Применение стальных сплавов с добавками хрома, кремния и марганца обеспечивает высокую прочность конструкций и изделий, упругость, эффективное сопротивление упругим деформациям.
  • Изготовление сварных конструкций в вагоно-, станко-, автомобилестроении, тяжелом машиностроении. Из этих сплавов производят корпусы железнодорожных и трамвайных вагонов, сельскохозяйственных машин.
  • Нефтяное аппаратостроение. Применение низколегированной стали в этой области позволяет сэкономить металл, снизить массу конструкций, трудозатраты на изготовление и монтаж, а следовательно, себестоимость.
  • Строительство инженерных сооружений, которые эксплуатируются при переменных динамических нагрузках, в условиях суточных и сезонных значительных температурных перепадов.
  • Производство паровых турбин. Для этих целей используют теплоустойчивые марки, легированные молибденом, хромом+молибденом, хромом+молибденом+ванадием. Такие изделия также устойчивы к значительным пневмонагрузкам.

Наиболее распространенная марка – 09Г2С – и ее аналоги используются при производстве проката, способного работать в широком температурном интервале – от -70°C до +450°C. Из такого металлопроката изготавливают паровые котлы, емкости и аппараты, эксплуатируемые при высоком давлении, сварные конструкции ответственного назначения, используемые в химической, нефтяной индустрии, судостроении. Марку 09Г2С применяют при производстве горячекатаных бесшовных труб, электросварных труб значительных диаметров, контейнеров значительной грузоподъемности.

РАЗНИЦА МЕЖДУ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ И ВЫСОКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛЬЮ | СРАВНИТЕ РАЗНИЦУ МЕЖДУ ПОХОЖИМИ ТЕРМИНАМИ – НАУКА

В ключевое отличие между низколегированной сталью и высоколегированной сталью заключается в том, что низколегированные стали содержат менее 0,2% легирующего элемента, тогда как высоколегированные стал

В ключевое отличие между низколегированной сталью и высоколегированной сталью заключается в том, что низколегированные стали содержат менее 0,2% легирующего элемента, тогда как высоколегированные стали содержат более 5% легирующего элемента..

Сплав – это смесь двух или более элементов. Его получают путем смешивания металла с некоторыми другими элементами (металлами, неметаллами или обоими) для получения материала, который имеет улучшенные свойства по сравнению с исходным металлом. Низколегированная и высоколегированная сталь – это два типа сплавов железа.

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое низколегированная сталь
3. Что такое высоколегированная сталь
4. Параллельное сравнение – низколегированная сталь и высоколегированная сталь в табличной форме
5. Резюме

Что такое низколегированная сталь?

Низколегированная сталь – это тип легированной стали, свойства которой улучшены по сравнению с углеродистой сталью. Например, этот сплав имеет лучшие механические свойства и большую коррозионную стойкость, чем углеродистая сталь. Содержание углерода в низколегированной стали менее 0,2%. Легирующие элементы, кроме углерода, включают Ni, Cr, Mo, V, B, W и Cu.

В большинстве случаев процесс производства этой легированной стали включает термообработку и отпуск (для нормализации). Но теперь это, как правило, включает закалку и отпуск. Кроме того, практически все материалы из низколегированной стали пригодны для сварки. Однако материал иногда требует обработки перед сваркой или после нее (во избежание растрескивания).

Некоторые преимущества низколегированной стали включают следующее:

  1. Предел текучести
  2. Сила ползучести
  3. Стойкость к окислению
  4. Водородостойкость
  5. Низкотемпературная пластичность и др.

Кроме того, этот материал очень полезен в промышленности, но при температурах ниже 580 ° C. Если температура выше, этот материал больше не подходит из-за недостаточной стойкости к окислению, чтобы выдерживать высокие температуры.

Что такое высоколегированная сталь?

Высоколегированная сталь – это тип легированной стали, в которой легирующая сталь составляет более 5%. В отличие от низколегированной стали легирующими элементами для высоколегированной стали являются хром и никель. Одним из хорошо известных примеров материала этого типа является нержавеющая сталь.

Хром обеспечивает сталь тонким оксидным слоем на поверхности стали. Мы называем это скрытым слоем, потому что он задерживает коррозию металла. Более того, производители обычно добавляют большое количество углерода и марганца, чтобы придать стали аустенитный характер. Кроме того, этот материал стоит дороже, чем низколегированная сталь.

В чем разница между низколегированной сталью и высоколегированной сталью?

И низколегированная, и высоколегированная сталь обладают улучшенными свойствами, чем углеродистая сталь. Однако ключевое различие между низколегированной сталью и высоколегированной сталью состоит в том, что низколегированные стали содержат менее 0,2% легирующего элемента, тогда как высоколегированные стали содержат более 5% легирующего элемента. При рассмотрении химического состава низколегированная сталь содержит железо, углерод (менее 0,2%) и другие легирующие элементы, такие как Ni, Cr, Mo, V, B, W и Cu, а высоколегированная сталь содержит железо, хром, никель, углерод, марганец и др.

Инфографика ниже предоставляет дополнительную информацию о разнице между низколегированной сталью и высоколегированной сталью.

Резюме – Низколегированная сталь против высоколегированной стали

И низколегированная, и высоколегированная сталь обладают улучшенными свойствами, чем углеродистая сталь. Основное различие между низколегированной сталью и высоколегированной сталью заключается в том, что низколегированные стали содержат менее 0,2% легирующего элемента, тогда как высоколегированные стали содержат более 5% легирующего элемента.

Низколегированные стали

Низколегированные стали содержат в сумме до 2,5 % легирующих элементов.

Из низколегированных сталей в сварных соединениях используют как простые конструкционные (машиноподелочные и строительные), так и теплоустойчивые. Они отличаются по эксплуатационным свойствам, а также чувствительности к процессу сварки. Свойства низколегированных конструкционных сталей в известных пределах регулируют изменением содержания углерода и легирующих элементов.

С увеличением содержания углерода свариваемость стали ухудшается из-за повышения вероятности образования  горячих  и  холодных трещин.  Повышение вероятности образования горячих трещин при увеличении содержания углерода обусловлено склонностью углерода к ликвации, а холодных трещин — тем, что углерод снижает температуру мартенситного превращения и способствует формированию малопластичного (двойникованного)  мартенсита.  Объемные изменения (увеличение объема) при превращении аустенита в мартенсит с повышением содержания углерода возрастают. Это приводит к увеличению внутренних напряжений.

В связи с отмеченным в сварных конструкциях применяют в основном низкоуглеродистые стали повышенной прочности, содержащие до 0,23 % С и относящиеся к перлитному классу. Они обладают достаточной прочностью и относительно хорошей свариваемостью.
Низколегированные стали поставляют в основном в горячекатаном состоянии или после нормализации.

В последние годы получили применение высокопрочные низколегированные стали с мартенситной или бейнитной структурой (14Х2ГМР, 14ХМНДФР и др.), которые наряду с высокими механическими свойствами обладают удовлетворительной свариваемостью.

Сочетание подобных свойств достигается за счет комплексного многокомпонентного легирования стали при малом содержании углерода. Малое содержание углерода обеспечивает при охлаждении аустенита в зависимости от скорости его охлаждения получение металла со структурой реечного мартенсита или бейнита.

Реечный (или дислокационный) низкоуглеродистый мартенсит, упрочняемый в результате формирования в процессе превращения дислокаций, в отличие от пластинчатого (или двойникованного) мартенсита, образующегося в сталях с содержанием свыше 0,22 % С, более пластичен. Поскольку мартенситное превращение при малом содержании углерода протекает в области относительно высоких температур (выше 350 °С), то оно сопровождается сравнительно низкими напряжениями. Все это снижает вероятность образования холодных трещин при сварке подобных сталей.

Стали повышенной прочности и особенно высокопрочные, благодаря относительно большому соотношению σтв, чувствительны к концентраторам напряжений. Это необходимо учитывать при разработке конструкций и режимов сварки, добиваясь плавных переходов в зоне сварных соединений.

Низколегированные теплоустойчивые стали относятся в основном к перлитному классу (например, сталь 12Х 1МФ). Они характеризуются достаточной жаропрочностью, жаростойкостью, запасом пластичности и стабильностью структуры при температурах до 600 °С,
Повышенная прочность стали в области высоких температур достигается за счет упрочнения легирующими элементами а-твер-дого раствора железа и формирования устойчивых карбидов, не склонных к коагуляции.

Теплоустойчивые стали упрочняются термообработкой. Однако, как правило, стали используют или в отожженном состоянии, или после нормализации и высокого отпуска (при температуре 650—750 СС в зависимости от марки стали).

Сталь низколегированная | Nuclear-power.com

Низколегированные стали представляют собой категорию черных металлов, механические свойства которых превосходят свойства простых углеродистых сталей в результате добавления таких легирующих элементов , как никель, хром, молибден, марганец и кремний. Роль легирующих элементов заключается в повышении прокаливаемости с целью оптимизации механических свойств и ударной вязкости после термической обработки. Однако в некоторых случаях добавки к сплаву используются для уменьшения ухудшения состояния окружающей среды при определенных условиях эксплуатации.Низколегированные стали можно разделить на четыре основные группы:

  • низкоуглеродистые закаленные и отпущенные (QT) стали
  • среднеуглеродистые сверхвысокопрочные стали
  • подшипниковые стали
  • жаропрочные хромомолибденовые стали
  • 19

    19

    19 Сталь 41хх – Хроммолибденовая сталь – Среднеуглеродистая Сверхвысокопрочная сталь

    Хроммолибденовая сталь – среднеуглеродистая сверхвысокопрочная низколегированная сталь, получившая свое название от сочетания слов «хром» и «молибден» – двух из основные легирующие элементы.Хроммолибденовая сталь часто используется, когда требуется большая прочность, чем у мягкой углеродистой стали, хотя это часто приводит к увеличению стоимости. Хроммолибден подпадает под обозначение стали AISI 41xx (ASTM A519). Примеры применения 4130, 4140 и 4145 включают конструкционные трубы, велосипедные рамы, коленчатые валы, звенья цепи, бурильные трубы, газовые баллоны для транспортировки сжатых газов, детали огнестрельного оружия, компоненты сцепления и маховика, а также каркасы безопасности.

    Свойства стали 41xx – хромомолибденовая сталь

    Свойства материала являются интенсивными свойствами , это означает, что они не зависят от количества массы и могут варьироваться от места к месту в системе в любой момент.В основу материаловедения входит изучение структуры материалов и их связь с их свойствами (механическими, электрическими и т. д.). Как только материаловед узнает об этой корреляции структуры и свойств, он может приступить к изучению относительных характеристик материала в данном приложении. Основными факторами, определяющими структуру материала и, следовательно, его свойства, являются входящие в его состав химические элементы и то, каким образом он был обработан до конечной формы.

    Механические свойства стали 41xx – хромомолибденовая сталь

    Материалы часто выбирают для различных применений, поскольку они имеют желаемое сочетание механических характеристик.Для структурных применений свойства материалов имеют решающее значение, и инженеры должны их учитывать.

    Прочность стали 41xx – хромомолибденовая сталь

    В механике материалов прочностью материала называется его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Прочность материалов в основном рассматривает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала. Прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.

    Предел прочности при растяжении

    Предел прочности при растяжении стали 41хх – хромомолибденовой стали зависит от марки, но составляет около 700 МПа.

    Предел прочности при растяжении является максимальным на инженерной кривой напряжения-деформации. Это соответствует максимальному напряжению , которое может выдержать конструкция при растяжении. Предел прочности при растяжении часто сокращается до «предела прочности» или даже до «предела прочности».  Если это напряжение будет приложено и будет поддерживаться, это приведет к разрушению. Часто это значение значительно превышает предел текучести (на 50–60 % превышает предел текучести для некоторых типов металлов). Когда пластичный материал достигает предела прочности, он испытывает сужение, когда площадь поперечного сечения локально уменьшается. Кривая напряжение-деформация не содержит более высокого напряжения, чем предел прочности. Несмотря на то, что деформации могут продолжать увеличиваться, напряжение обычно уменьшается после достижения предела прочности.Это интенсивное свойство; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца. Однако это зависит от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов, а также температура испытательной среды и материала. Предел прочности при растяжении варьируется от 50 МПа для алюминия до 3000 МПа для очень высокопрочных сталей.

    Предел текучести

    Предел текучести стали 41хх – хромомолибденовой стали зависит от марки, но составляет около 500 МПа.

    Точка текучести — это точка на кривой напряжения-деформации, которая указывает предел упругого поведения и начало пластического поведения. Предел текучести или предел текучести — это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, тогда как предел текучести — это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация. До предела текучести материал будет упруго деформироваться и вернется к своей первоначальной форме, когда приложенное напряжение будет снято.Как только предел текучести пройден, некоторая часть деформации будет постоянной и необратимой. Некоторые стали и другие материалы демонстрируют явление, называемое явлением предела текучести. Пределы текучести варьируются от 35 МПа для низкопрочного алюминия до более 1400 МПа для очень высокопрочных сталей.

    Модуль упругости Юнга

    Модуль упругости Юнга сталь 41хх – хромомолибденовая сталь 205 ГПа.

    Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости при растяжении и сжатии в режиме линейной упругости одноосной деформации и обычно оценивается испытаниями на растяжение.Вплоть до предельного напряжения тело сможет восстановить свои размеры при снятии нагрузки. Приложенные напряжения заставляют атомы в кристалле перемещаться из своего положения равновесия. Все атомы смещены на одинаковую величину и сохраняют свою относительную геометрию. Когда напряжения снимаются, все атомы возвращаются в исходное положение, и остаточная деформация не возникает. Согласно закону Гука , напряжение пропорционально деформации (в упругой области), а наклон равен модулю Юнга .Модуль Юнга равен продольному напряжению, деленному на деформацию.

    Твердость стали 41хх – хромомолибденовая сталь

    Твердость по Бринеллю стали 41хх – хромомолибденовая сталь составляет примерно 200 МПа.

    В материаловедении твердость — это способность выдерживать поверхностные вдавливания ( локализованная пластическая деформация ) и царапание . Твердость , вероятно, является наиболее плохо определенным свойством материала, поскольку она может указывать на стойкость к царапанью, стойкость к истиранию, стойкость к вдавливанию или даже стойкость к формованию или локализованной пластической деформации.Твердость важна с инженерной точки зрения, потому что сопротивление износу при трении или эрозии паром, маслом и водой обычно увеличивается с увеличением твердости.

    Тест на твердость по Бринеллю – это один из тестов на твердость с вдавливанием, который был разработан для определения твердости. В испытаниях по Бринеллю твердый сферический индентор вдавливается под определенной нагрузкой в ​​поверхность испытуемого металла. Типичное испытание использует шарик из закаленной стали диаметром 10 мм (0,39 дюйма) в качестве индентора с усилием 3000 кгс (29.42 кН; 6614 фунтов силы). Нагрузка поддерживается постоянной в течение заданного времени (от 10 до 30 с). Для более мягких материалов используется меньшее усилие; для более твердых материалов вместо стального шарика используется шарик из карбида вольфрама .

    Тест дает численные результаты для количественного определения твердости материала, которая выражается числом твердости по Бринеллю – HB . Число твердости по Бринеллю обозначается наиболее часто используемыми стандартами испытаний (ASTM E10-14[2] и ISO 6506–1:2005) как HBW (H по твердости, B по Бринеллю и W по материалу индентора, вольфраму ( вольфрам) карбид).В прежних стандартах HB или HBS использовались для обозначения измерений, выполненных стальными инденторами.

    Твердость по Бринеллю, число (HB), представляет собой нагрузку, деленную на площадь поверхности вдавливания. Диаметр вдавления измеряют с помощью микроскопа с наложенной шкалой. Число твердости по Бринеллю вычисляется по уравнению:

    Существует множество широко используемых методов испытаний (например, Бринелля, Кнупа, Виккерса и Роквелла). Имеются таблицы, в которых коррелируются значения твердости по различным методам испытаний, где применима корреляция.Во всех шкалах высокое число твердости соответствует твердому металлу.

    Термические свойства стали 41xx – хромомолибденовая сталь

    Термические свойства  материалов относятся к реакции материалов на изменения их температуры и приложение тепла. Когда твердое тело поглощает энергию в виде тепла, его температура повышается, а размеры увеличиваются. Но различных материалов реагируют на приложение тепла по-разному .

    Теплоемкость, тепловое расширение и теплопроводность являются свойствами, которые часто имеют решающее значение при практическом использовании твердых тел.

    Температура плавления стали 41xx – хромомолибденовая сталь

    Температура плавления стали 41xx – хромомолибденовая сталь составляет около 1427°C.

    В общем, плавление  является фазовым переходом  вещества из твердого состояния в жидкое. точка плавления вещества — это температура, при которой происходит это фазовое превращение. Точка плавления   также определяет состояние, при котором твердое тело и жидкость могут существовать в равновесии.

    Теплопроводность стали 41хх – хромомолибденовая сталь

    Теплопроводность стали 41хх – хромомолибденовая сталь составляет около 41 Вт/(м.К).

    Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , k (или λ), измеряемой в Вт/м·K . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье  применим ко всей материи, независимо от ее состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

    Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры.Для паров это также зависит от давления. В общем случае:

    Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно мы можем написать k = k (T) . Аналогичные определения связаны с теплопроводностями в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

    Что такое высокопрочная низколегированная сталь?

    Что такое определение HSLA Steel?

    Сталь

    HSLA хорошо известна как «высокопрочная низколегированная сталь».Сталь HSLA представляет собой углеродистую сталь с ограниченным количеством легирующих элементов, добавленных в ее химический состав. Легирующие элементы используются в первую очередь для повышения прочности стали; кроме того, он увеличивает прочность углеродистой стали. Сталь HSLA — это материал, который обладает более высокой ударной вязкостью и предлагает больше возможностей для термообработки. Комбинированные элементы из стали HSLA полезны для повышения коррозионной стойкости стали.

    Высокопрочная низколегированная сталь

    (сталь HSLA) представляет собой сплав, обеспечивающий улучшенные механические свойства и более высокую устойчивость к атмосферной коррозии, чем традиционная углеродистая сталь.Эти стали отличаются от «обычных» легированных сталей тем, что они обладают определенными механическими свойствами. Высокопрочные низколегированные (HSLA) стали или микролегированные стали предназначены для обеспечения лучших механических свойств и более высокой устойчивости к атмосферной коррозии.

    Сталь

    HSLA формируется из смеси руды и комбинации в чрезвычайной камере для выжигания примесей. Многие компоненты сплава добавляются в сжиженную смесь – это зависит от требуемой марки. Известно, что сталь HSLA затвердевает в форме прямоугольного блока увеличенного размера, что подтверждает низкий уровень загрязнения.

    Как производится HSLA?

    Сталь

    HSLA построена аналогично другим типам стали. Руда и уголь смешиваются в печи, которая плавит материалы и сжигает любые примеси. На твердый материал наносят различные количества и формы компонентов сплава. После комбинирования точного химического состава несколько других шагов необходимы для устранения загрязнения стали HSLA. Позже стали дают затвердеть в большой прямоугольный металлический блок. Затем слиток стали HSLA подвергают механической обработке до окончательных размеров.

    Каковы химические свойства стали HSLA в аэрокосмической промышленности?

    Химическая комбинация высокопрочных низколегированных сталей состоит из низкого содержания углерода около 0,05% – 0,25%. Здесь углерод обеспечивает достаточную формуемость и свариваемость, включая содержание марганца до 2%. Другие химические компоненты варьируются в зависимости от толщины продукта и требований к механическим свойствам. Недостаточное количество хрома, молибдена, никеля, меди, ванадия, ниобия, азота, циркония и титрование присутствуют в стали HSL.Сталь HSLA состоит из добавок ванадия, ниобия, меди и титана. Высокопрочная низколегированная сталь придается высокопрочной низколегированной стали добавлением кремния, меди, хрома и фосфора. Сталь HSLA представляет собой высокопрочный низколегированный сплав, который предлагает различные запатентованные стандарты и марки. Эти марки обеспечивают определенные желаемые свойства, такие как высокая прочность, ударная вязкость, формуемость и свариваемость. Кроме того, материал устойчив к атмосферной коррозии. В основном, HSLA пыленепроницаем в работе, имеет плодородную структуру и микроструктуру.

    Каковы различные применения стали HSLA?

    Стали HSLA применяются в нефте- и газопроводах, тяжелых дорожных и внедорожных транспортных средствах, строительной и сельскохозяйственной технике, промышленном оборудовании, резервуарах для хранения, шахтных и железнодорожных вагонах, баржах и экскаваторах, снегоходах, газонокосилках и автомобильных компонентах, морских сооружениях, энергетике. опоры ЛЭП, фонарные столбы, а также строительные опоры и панели — это разные области применения этих сталей.

    Pipingmart – портал B2B, специализирующийся на промышленной, металлической и трубопроводной продукции.Кроме того, делитесь последней информацией и новостями, касающимися продуктов, материалов и различных типов марок, чтобы помочь бизнесу в этой отрасли.

    Литье металлов под давлением | Низколегированная сталь MIM

  • MIM 4605 (как спеченный) обладает исключительными прочностными характеристиками, а также хорошей пластичностью благодаря обработке MIM, через которую он проходит. Это используется в самых разных отраслях, включая автомобилестроение, потребительские товары и ручной электроинструмент.

    Читать далее
  • MIM 4605 (закалка и отпуск, высокая твердость) представляет собой низколегированную сталь, в состав которой входят углерод, никель и молибден. Термическая обработка закалкой и отпуском — это процесс, который обеспечивает различные свойства прочности и износостойкости, а высокая твердость указывает на окончательную твердость, которая достигается в процессе.

    Читать далее
  • MIM 4605 (закалка и отпуск, низкая твердость) представляет собой низколегированную сталь, в состав которой входят углерод, никель и молибден.Термическая обработка закалкой и отпуском — это процесс, который обеспечивает различные свойства прочности и износостойкости, а высокая твердость указывает на окончательную твердость, которая достигается в процессе.

    Читать далее
  • MIM 2,5% SiFe представляет собой низколегированную сталь с содержанием кремния. Это закаливаемая сталь, обладающая хорошими магнитными свойствами, прочностью на растяжение, твердостью, износостойкостью и повышенной прочностью пружинной стали.

    Читать далее
  • MIM-Fe-50%Ni обладает высокой магнитной проницаемостью и низким коэрцитивным полем, которые являются отличительными магнитными свойствами этого сплава.

    Читать далее
  • MIM-Fe-3%Si демонстрирует низкие потери в сердечнике и высокое электрическое сопротивление в приложениях переменного и постоянного тока (например,г., соленоиды, якоря, реле).

    Читать далее
  • MIM-K1 (в виде спеченного сплава) — это специальный сплав, обеспечивающий очень высокую износостойкость, стойкость к сильному истиранию, быстрое затвердевание и низкое трение при контакте металла с металлом.

    Читать далее
  • MIM-K3 (термообработанный) представляет собой специальный сплав Mo-Fe, который обладает улучшенными усталостными свойствами по сравнению со многими другими стальными сплавами, сохраняя при этом хорошие прочностные характеристики.

    Читать далее
  • Низколегированная сталь Свойства и применение

    Существует так много типов стали, что все играют разные роли из-за различий в собственной идентичности. И большую часть этого составляет высокопрочная низколегированная сталь. В ней общее содержание легирующих элементов составляет менее 5%, поэтому она получила название низколегированной стали. В основе углеродистой стали лежит добавление одного или нескольких легирующих элементов, чтобы улучшить ее свойства. А содержание легирующих элементов в годовой легированной стали составляет менее 3.5%. Если содержание легирующих элементов в пределах 5-10%, то это среднелегированная сталь. А легированное содержание высоколегированной стали составляет более 10%.

    Низколегированная сталь использует

    Обладает отличными технологическими свойствами. Обрабатываемость, свойства холодной и горячей обработки, свойства термообработки и т. д. очень хороши. Поэтому он широко используется в промышленности. Например, машиностроительные заводы, корабли, мосты, здания, автомобили и т. д.

    Свойства низколегированной стали

    Прочность

    Предел текучести стали определяет, насколько большому напряжению может подвергаться сталь, не вызывающему деформации.Самый низкий предел текучести углеродистой стали составляет 235 МПа. А низколегированная сталь – 345 МПа. Сравните два типа стали, используйте их, чтобы уменьшить размер стали и снизить вес. Но есть момент, который должен беспокоить, если сталь будет изгибаться во время использования, тогда необходимо решить проблему путем обработки, чтобы получить лучшие свойства. Иногда его используют для замены углеродистой стали, но без изменения размера поперечного сечения, цель состоит в том, чтобы получить более высокую прочность при условии, что вес не увеличивается.

    Последней разработкой является использование критического отжига и быстрого охлаждения для его получения.Этот тип его имеет хорошее формообразующее свойство. Предел текучести в диапазоне 310-345 МПа.

    Сварочные свойства

    Сварка составляет большую часть производства стали. Сталь должна получить надлежащие сварочные свойства. Если обработка сварки хорошая, то большая часть низколегированной стали может быть сварена очень хорошо. Но если в нем высокое содержание углерода и марганца, необходимо предварительно подогреть или использовать электрод с низким содержанием водорода. Независимо от толщины, для некоторых низколегированных сталей необходимо использовать безводородный электрод.

    Коррозионная стойкость

    При использовании высокопрочной низколегированной стали требования предъявляются к высокой прочности, а поперечное сечение будет меньше. Это уменьшит вес, а соотношение цены и качества будет выше. Но нам нужно позаботиться о коррозионностойком. Если толщина стального сечения меньше, то коррозионная стойкость важнее. Коррозионная стойкость стали достигается за счет нанесения на поверхность стали антиэрозионного покрытия.

    Некоторые низколегированные стали обладают высокой устойчивостью к окислению.А медь, фосфор, кремний, хром, никель, молибден эти элементы могут повысить коррозионную стойкость.

    Удар

    Благодаря высокой прочности и хорошим свойствам, люди обычно используют его для изготовления оружия и снаряжения в оборонном строительстве. Продукты будут легче и быстрее. Помимо высокой прочности, он также обладает хорошей коррозионной стойкостью, технологическими свойствами и т. д. Таким образом, он может оказать огромное влияние на разработку многих месторождений.Например, промышленность, корабли, мосты, здания, машины, дороги, котельные и т. Д. Это большая поддержка промышленной революции. Из-за развития материала, размер, вес, свойства и т. Д. Промышленных продуктов могут быть лучше.

    Условия производства

    Производство стали в Китае больше не проблема. Основная задача сейчас – повысить конкурентоспособность металлопродукции в мире. Некоторые компании осознают, что ключом к производству низколегированной стали является повышение технологии производства и стоимости.Пункт условия производства в Китае для него, как показано ниже.

    1. Содержание углерода менее 0,20% и находится на низком уровне.
    2. Большинство продуктов являются горячекатаными.
    3. Многие марки стали с добавлением редкоземельных элементов для улучшения свойств стали.

    Поставщики

    Мы являемся профессиональным складом и поставщиком специальной стали с высококачественным стендом на протяжении многих лет. Как профессиональный поставщик низколегированной стали, пожалуйста, свяжитесь с нами по любому запросу.Songshun Steel всегда с вами.

    Испытание низколегированной стали | Портативный тестер из низколегированной стали

    за 5-10 секунд с тестером стали Bruker XRF!

    Низколегированные стали определяются как стали с комбинированным содержанием сплавов C, Mn, Cr, Ni, Mo, B, V и Si менее 10%. Испытания низколегированной стали на элементный состав в основном связаны с их количественной оценкой. Отправьте Bruker Inc. сообщение прямо сейчас, чтобы узнать, как наши передовые и надежные портативные тестеры XRF могут решить аналитические задачи вашей отрасли!

    Упомянутые выше легирующие добавки улучшают прочность и твердость низколегированных сталей по сравнению с углеродистыми сталями и даже нержавеющими сталями (при условии, что температура остается значительно ниже 400°C).Низколегированные стали используются в качестве конструкционных материалов на химических, нефтехимических и электроэнергетических предприятиях и имеют ряд применений в технологических сосудах под давлением, несущих конструкциях, автомобильных деталях, недорогих аэрокосмических деталях, трубах и недорогих режущих инструментах. . Особой категорией низколегированных сталей являются хромомолибденовые или хромомолибденовые (хромомолибденовые стали). Эти стали, имеющие маркировку 41** по классификации AISI/SAE, содержат 1–9 % Cr и 0,5–1 % Mo. Они с успехом используются в нефтехимической и электроэнергетической отраслях благодаря хорошей ползучести и стойкости к высоким температурам.

    Что касается стального лома, то низколегированный лом обычно не является таким уж ходовым товаром, поскольку концентрация ценных металлов в нем невелика: различия в стоимости между различными марками легированной стали невелики, а металлургические предприятия предъявляют жесткие требования к составу лома, т.к. качество продукции зависит от качества сырья. Базовые марки стали более совместимы с наличием «бродячих» элементов, но изготовление специальных марок стали исключительно из лома легированной стали требует тщательной сортировки и подготовки металла.Свяжитесь с Bruker Inc. прямо сейчас, чтобы узнать, как наши портативные XRF-анализаторы могут упростить ваши задачи по анализу легированной стали.

    Медь и олово обычно встречаются только в старом ломе, где они могут присутствовать либо в чистом виде, либо в сочетании со стальными деталями. Хром, никель и молибден невозможно проверить визуально, поэтому требуется точный тест состава. Ниже приведены пределы суммы штрафа для бродячих элементов, которые могут привести к обесцениванию лома из низколегированной стали.

    Испытание низколегированных сталей на следовые и случайные примеси

    Присутствие нежелательных, но стойких «примесей» приводит к упрочнению и упрочнению стали с соответствующей потерей пластичности.Например, Mo и Cr в сверхнизкоуглеродистой стали повысят ее сопротивление горячей деформации, что потребует больших нагрузок при прокатке. Присутствие Sn и As отрицательно повлияет на кинетику рекристаллизации при отжиге некоторых холоднокатаных марок стали и потребует повышения температуры отжига. Cu, часто присутствующая в количестве 0,2% или выше, имеет тенденцию вызывать поверхностные дефекты в виде окалины и растрескивания. Ni, присутствующий в равном количестве, может уменьшить эффект Cu, но Sn и As увеличат его. Например, когда всего 0.В сталь, содержащую 0,22% меди, добавляют 05% Sn, что приводит к склонности к растрескиванию. Более того, посторонние включения также влияют на последующую обработку стали и получаемые свойства стали, иногда вызывая охрупчивание границ зерен даже в низколегированных конструкционных сталях, что может по-разному проявляться в виде растрескивания, вызванного напряжением, снятием напряжения или усталостью, разрушением при ползучести и т. д. . На этом перечень неприятностей, вызываемых примесями, не заканчивается, и они могут усугубляться термической обработкой при обработке стали.

    Металлургия разработала различные комплексные способы решения проблем, вызванных посторонними примесями. Эти методы в каждом случае зависят от точного знания того, какие из соответствующих элементов присутствуют, что возвращает нас к нашему вопросу об эффективных испытаниях низколегированной стали с помощью анализатора Bruker. Пожалуйста, свяжитесь с Bruker Inc. сегодня, чтобы ответить на ваши аналитические потребности и вопросы!

    Если вы нашли эту информацию полезной, ознакомьтесь с соответствующей статьей об испытаниях углеродистой стали, а также с нашей статьей об испытаниях нержавеющей стали, а также с общей информацией об испытаниях стали.

    Отрасли, на которые мы влияем
    Металлургия, Аэро Космос, Лом и переработка, Переработка пищевых продуктов, Сантехника, Нефтехимия Металлургия, Аэро Космос, Лом и переработка, Переработка пищевых продуктов, Сантехника, Нефтехимия

    Высокопрочные никелевые низколегированные стали для нефтегазового оборудования: ASTM A508, класс 4N при катодной зарядке | NACE CORROSION

    Низколегированные стали (LAS) сочетают относительно низкую стоимость с исключительными механическими свойствами, что делает LAS обычным явлением в нефтегазовом оборудовании.Тем не менее, прочность и твердость LAS для кислых сред и для применений, которые генерируют атомарный водород на поверхности, например, для катодной защиты, ограничены для предотвращения различных форм водородного охрупчивания (HE), таких как водородное растрескивание под напряжением (HSC) и сульфидное напряжение. крекинг (SSC). В результате указанный минимальный предел текучести (SMYS) кованых LAS, например, для подводных компонентов, редко превышает 550 МПа (80 ksi), в то время как наиболее распространенными трубопроводными сталями являются API (1) X65 до X70, с SMYS 450 МПа (65 тысяч фунтов на квадратный дюйм) и 482 МПа (70 тысяч фунтов на квадратный дюйм) соответственно.Более того, стандарт ISO (2) 15156-2 ограничивает содержание никеля максимальным содержанием 1,0 мас.% Ni из-за опасений по поводу SSC. LAS, которые превышают лимит ISO 15156-2, должны быть квалифицированы для обслуживания, что снижает их коммерческую привлекательность.

    В этой работе стойкость к HSC высоконикелевого (3,41 мас.%), закаленного и отпущенного (Q&T) атомного класса ASTM (3) A508 Gr.4N LAS была исследована с использованием испытаний на медленную скорость деформации (SSRT). ) в зависимости от приложенного катодного потенциала. Результаты показали, что водород не влиял на предел текучести (YS) и предел прочности при растяжении (UTS) даже при высоком отрицательном потенциале -2.0 В Ag/AgCl . Эффекты HE наблюдались, как только материал начинал стягиваться, что проявлялось в потере пластичности при увеличении приложенных катодных потенциалов. Действительно, A508 Gr.4N менее подвержен влиянию H при высоких катодных потенциалах, чем низкопрочный (YS = 340 МПа) ферритно-перлитный ЛКЦ с аналогичным содержанием никеля. Результаты SSRT были связаны с особенностями микроструктуры, которые были охарактеризованы с помощью световой оптической микроскопии (LOM), сканирующей электронной микроскопии (SEM) в сочетании с дифракцией обратного рассеяния электронов (EBSD).

    ВВЕДЕНИЕ

    Нефтегазовая среда

    Большое количество извлекаемых запасов нефти и газа (НГ) создает серьезные проблемы для используемых материалов. Эти проблемы могут быть связаны с глубоководными морскими месторождениями, резервуарами в арктических районах, где материалы должны выдерживать низкие температуры до -60 ° C, или поля с высокой температурой (> 177 ° C) и высоким давлением (> 103 МПа). ХВДТ). 1,2 Другим критическим фактором в этих и без того сложных условиях является вероятное присутствие атомарного водорода, образующегося на поверхности в результате коррозионных реакций или системы катодной защиты, что может привести к водородному растрескиванию под напряжением (HSC).Сульфидное растрескивание под напряжением (SSC) представляет собой особый случай HSC, когда H 2 S присутствует в добываемой жидкости или окружающей среде. 2 При обоих явлениях водородного охрупчивания (ВО) обычно пластичные, хотя и восприимчивые, материалы могут разрушаться хрупким образом, что приводит к катастрофическим отказам.

    Термодинамические исследования новых высокопрочных низколегированных сталей с фазовым упрочнением Гейслера для сварки и аддитивного производства: высокопроизводительные расчеты CALPHAD и ключевые эксперименты для проверки базы данных

    Термический анализ

    На рис.1. На рис. 1(a) и (b) показаны вторые кривые нагрева и охлаждения вместе с температурами перехода, отмеченными для каждого сплава соответственно. Было обнаружено, что два эндотермических пика на кривых нагрева и экзотермические пики на кривых охлаждения перекрываются в сплавах D1-D3, и, следовательно, трудно различить пики для всех сплавов. На кривых нагрева первым видимым началом плавления является солидус, а пик, соответствующий последнему тепловому событию, — ликвидус.[27] Эти две температуры легко отождествить с кривыми нагрева, которые показаны на рис.1(а). Однако, как показано на рис. 1(b), температура солидуса является второй температурой начала экзотермического пика на кривой охлаждения, которая невидима для сплавов D1-D3. Таким образом, мы возьмем температуры ликвидуса и солидуса из кривых нагрева, а средние значения и стандартные отклонения из трех измерений перечислены в таблице 3 и представлены на рис. 1 (c), (d) и (e). Установлено, что отклонения ликвидуса, солидуса и диапазона замораживания трехкратных измерений невелики.Из рис. 1(c) видно, что допущение, рассматриваемое в моделировании Шейла [29,30] и правиле Левера, т. е. бесконечная диффузия в жидкой фазе, всегда приводит к одной и той же температуре ликвидуса для равновесного и неравновесного состояния. расчеты. Однако предсказанная температура оказалась ниже по сравнению с температурой ликвидуса, определенной по кривым нагрева из измерений ДТА, что связано с зависящей от времени задержкой теплопередачи прибора ДТА [31,32]. совпадение расчетных и измеренных температур ликвидуса для сплавов D1 и D2, которое состоит из меньшего количества Ni и большего количества Ti, Al и Si.С другой стороны, существует значительная разница между прогнозируемыми и измеренными температурами ликвидуса для сплава D3 и стали HSLA-115, которая содержит меньше Al и Si и больше Nb.

    Рис. 1

    (a) Кривые нагревания теплового потока в зависимости от температуры, полученные из ДТА второго цикла (б) Кривые теплового потока в зависимости от температуры охлаждения, полученные из ДТА второго цикла, сравнение (в) температур ликвидуса, (d) Температуры солидуса и (e) Диапазоны замерзания для разработанных сталей и сталей HSLA-115, измеренные методом ДТА и рассчитанные с использованием правила Шейла и Левера

    расчеты

    Из рис.1(d), видно, что температуры солидуса, предсказанные с использованием моделирования Шейла, намного ниже, чем температуры, полученные с использованием правила Левера и измерений ДТА, потому что в моделировании Шейла предполагается пренебрежимо малая диффузия в твердой фазе [29,30]. Напротив, полная При расчетах равновесия предполагается диффузия в твердой фазе. Более того, значения, предсказанные по правилу Левера, хорошо согласуются с измеренными с помощью ДТА, так как температуры солидуса, полученные с помощью ДТА, находятся в состоянии, близком к равновесному.Известно, что при охлаждении кривых ДТА переохлаждение и быстрое затвердевание приведут к изменению измеряемой температуры фазового превращения. Кроме того, характерное время отклика теплового потока между образцом, тиглем, термопарой, печью, стенкой будет вызывать отклонение солидуса и ликвидуса на кривых ДТА нагрева, что подтверждено экспериментально.[31] Согласно обсуждению Меко и др. [31] и Boettinger et al., [32] температурный сдвиг между образцом и термопарой, вызванный зависящей от времени задержкой теплопередачи, может быть выражен следующими уравнениями:

    $$T_{measure}^{liq} = T_{ образец} ^ {l iq} + \ sqrt \ альфа \ влево ( {\ гидроразрыва {{2t_ {S, C} ^ {2} m_ {S} \ влево ( {L + C_ {p} ^ {S} \ влево ( {T_{u} – T_{L} } \right)} \right)}}{{m_{S} C_{p}^{c} \left( {t_{S,C} + t_{W, C} } \right)}}} \right)^{0.{sol}\) – истинные температуры ликвидуса и солидуса образца, \(\alpha\) – скорость нагрева, \(m\) – масса, \(C_{p}\) – теплоемкость, \ (t_{a,b}\) – постоянная времени прибора между компонентами a и b, \(L\) – скрытая теплота фазового превращения, \(T_{u}\) и \(T_{L}\) – верхняя и нижняя границы области сосуществования твердого тела и жидкости, а обозначения S – образец, C – тигель, W – стенка печи. Ясно, что для данной системы измеренные ликвидус и солидус будут выше, чем истинные ликвидус и солидус, а величина отклонения положительно связана со скоростью нагрева.Это согласуется с нашими результатами, что температуры ликвидуса и солидуса, измеренные DTA, выше, чем значения, рассчитанные с использованием правила Левера.

    Из рис. 1(e) видно, что диапазон замерзания стали HSLA-115 и сплава D1 является самым низким и самым высоким соответственно. Диапазоны замерзания других сплавов аналогичны. Также можно заметить, что правило Левера хорошо согласуется со значением из кривых нагрева ДТА. Это указывает на то, что расчет по правилу Левера может точно предсказать диапазон замерзания по сравнению с расчетами по Шейлу, возможно, из-за небольшого размера выборки и низкой скорости нагрева при измерении ДТА ближе к равновесному состоянию.Кроме того, диапазоны замерзания, полученные с использованием всех трех методов, демонстрируют схожую тенденцию для разных составов. Диапазон замерзания имеет решающее значение при разработке сплавов для литья, сварки и аддитивного производства. Поскольку меньший диапазон замерзания указывает на лучшую стойкость к горячему растрескиванию во время сварки, [33] несколько причин, возможно, ответственны за изменение диапазона замерзания. Во-первых, при плавлении сплавов Д1-Д3 происходит полное растворение МХ (М: (Nb, Ti) или только Ti) фазы в матрице, что будет происходить при более высокой температуре (< 1400 °С, из рис.5) по сравнению с другими интерметаллидными фазами. Ожидается, что это явление повысит температуру ликвидуса и, в конечном итоге, увеличит диапазон замерзания. Во-вторых, различные легирующие элементы по-разному влияют на температуры перехода, о чем будет сказано ниже.

    Для того чтобы понять влияние легирующих элементов на ликвидус, солидус и диапазон замерзания, были выполнены высокопроизводительные расчеты с учетом состава стали HSLA-115 в качестве основы.Количество каждого элемента варьировалось от 0 до 10 % по массе (содержание углерода изменяется от 0 до 1 % по массе), в то время как содержание других легирующих элементов оставалось постоянным для каждого набора расчетов. В этом высокопроизводительном расчете было рассчитано 1010 композиций. Расчетные интервалы ликвидуса, солидуса и замерзания в зависимости от содержания каждого легирующего элемента показаны на рис. 2. Очевидно, что добавление углерода приведет к снижению как температуры ликвидуса, так и температуры солидуса, в то время как уменьшение температуры солидуса температура выражена сильнее.В результате добавление углерода значительно увеличит диапазон замерзания, что приведет к ухудшению свариваемости. Анализ влияния других легирующих элементов также был выполнен с использованием аналогичной стратегии. На рисунке 2 показано, что температура ликвидуса HSLA-115 выше. Потому что он имеет небольшое количество C, Si, Ti и Nb, что приводит к снижению температуры ликвидуса, и содержит значительное количество Ni, который оказывает незначительное влияние на снижение температуры солидуса и ликвидуса. Далее способность легирующих элементов увеличивать интервал замерзания можно расположить в порядке убывания следующим образом: C, Nb, Ti, Si, Mo, Al, Cu, Mn и Cr.Такие элементы, как Nb, Ti и Al, сначала увеличивают диапазон замерзания, а затем уменьшают его после достижения порогового значения. Согласно этим расчетам, Ni является единственным легирующим элементом, который может уменьшить интервал замерзания. Поскольку сталь HSLA-115 имеет низкое содержание легирующих элементов, увеличивающих интервал замерзания, таких как C, Nb, Ti, Si и Al, и большое количество Ni, что может привести к уменьшению интервала замерзания, она имеет самый низкий интервал замерзания среди всех рассмотренных в настоящей работе сплавов.С другой стороны, D1 имеет наибольшее количество Ti, Al, Si и C и наименьшее количество Ni. В результате он имеет самый высокий диапазон замерзания и может не подходить для таких производственных процессов, как аддитивное производство и сварка.

    Рис. 2

    Влияние каждого элемента на диапазоны ликвидуса (а), солидуса (б) и замерзания (в) (каждый элемент варьируется от 0 до 10 % масс., углерод варьируется от 0 до 1 масс. .%, в то время как содержание других элементов такое же, как в стали HSLA-115)

    В двух словах, наши результаты показывают, что расчеты равновесия с использованием подхода правила Левера позволяют точно предсказать диапазоны замерзания, температуры ликвидуса и солидуса в сравнении с неравновесным моделированием Шейла при использовании сигналов нагрева ДТА в качестве эталона.Кроме того, замечено, что многие сигналы охлаждения слишком слабы, чтобы помочь в оценке диапазона замерзания для сравнения с неравновесным моделированием Шейла-Гулливера, в то время как анализ сигналов нагрева ДТА соответствует расчетным результатам. Таким образом, сигнал нагрева DTA и расчеты на основе CALPHAD полезны для руководства проектированием новых сплавов, а также помогают определить, подходит ли вновь разработанный состав для процессов сварки и аддитивного производства .

    Валидация фазовых превращений

    Разработанная и обычная сталь HSLA-115 в литом состоянии

    Расчетные диаграммы затвердевания по Шейлу и изображения SEM/BSE разработанных сплавов и стали HSLA-115 в литом состоянии показаны на рис. .3 и 4 соответственно. Согласно диаграммам затвердевания Шейла для сплавов Д1 и Д2 (рис. 3а и б), литая микроструктура сплавов Д1 и Д2 должна состоять из фаз Лавеса_С14 (Fe 2 Ti) и (Nb,Ti)C, диспергированных в ферритовая матрица. Однако из изображений SEM/BSE (рис. 4a и b) видно, что литая микроструктура сплава D1 состоит из фаз Fe 2 SiTi и Laves_C14. Сплав D2 состоит только из Laves_C14 в ферритовой матрице. Присутствие карбидной фазы (Nb,Ti)C при РЭМ не обнаружено, вероятно, из-за ее малого размера и фракции.Часть выделений Fe 2 SiTi внутри зерен сплава D1 укрупнена и окружена оголенной зоной без каких-либо мелких выделений. В сплаве Д2 мелкодисперсная фаза Лавеса-С14 практически не распределена внутри зерен. Установлено, что в границах зерен этих сплавов образуются сплошные выделения фазы Fe 2 SiTi/Laves_C14 в сплаве D1, а также фазы Laves_C14 в сплаве D2.

    Рис. 3

    Расчетная диаграмма затвердевания по Шейлу для сталей (a) D1, (b) D2, (c) D3 и (d) HSLA-115

    Рис.4

    Микрофотографии СЭМ/БФЭ литого состояния (a) D1 (обведенная область указывает на выделения с сосуществующими Fe 2 SiTi и фазой Лавеса), (b) D2, (c) D3 (врезка, показывающая частицы фазы Лавеса_C14 небольшого размера формирование кластеров) и (d) стали HSLA-115

    В таблице 4 приведены состав и доля каждой фазы, определенные экспериментально и рассчитанные с использованием моделирования Шейла в конце затвердевания для сплавов, разработанных в литом состоянии, и стали HSLA-115. Fe 2 SiTi считается термодинамически метастабильной фазой.[34] Следует отметить, что предсказание метастабильных фаз возможно только в том случае, если моделирование Шейла с ограничениями выполняется после приостановки равновесных фаз, которые ответственны за подавление образования метастабильной фазы.[35] Поскольку неизвестны фазы, которые необходимо суспендировать для образования Fe 2 SiTi, их образование не прогнозируется на основе неравновесного моделирования Шейла для сплава D1. Кроме того, расчетный состав Si фазы Laves_C14 для сплава D1 является умеренно высоким (> 10 ат.%). Сообщалось также, что при использовании эксперименты в сплавах Fe-Si-Ti. [36,37] Фаза Fe 2 Ti, богатая кремнием, могла, возможно, превратиться в фазу Fe 2 SiTi из-за взаимной диффузии. Это можно предположить, поскольку фазы Laves_C14 и Fe 2 SiTi сосуществуют на изображениях SEM/BSE для сплавов D1 (область, обведенная кружком на рис.4а), причем первый находится в ядре, а второй образует вокруг него оболочку. Аналогичное наблюдение было зарегистрировано для системы Ni-Al-Ta, где фаза (Ni, Al) 2 Ta Laves_C14 превращается в фазу Гейслера Ni 2 TaAl со структурой L2 1 вследствие взаимной диффузии [38]. ] Из экспериментально определенных составов фаз Laves_C14 и Fe 2 SiTi видно, что происходит растворение Nb в этих фазах, возможно, в подрешетке Ti из-за их химического сходства.Также можно заметить, что измеренный состав Fe выше в фазе Fe 2 SiTi. Это связано с тем, что преципитаты малы, а минимальный диаметр электронного пучка для измерения ЭДС больше, чем размер преципитатов. Следовательно, возможно, что некоторые из характеристических рентгеновских лучей от матрицы могли быть обнаружены вдоль рентгеновских лучей от выделений, что привело к обнаружению повышенного содержания Fe в этих выделениях. Более того, образование значительного количества Fe 2 SiTi в литом сплаве Д1 снижает количество фазы Лавеса-С14, образующейся при затвердевании.Однако образование фазы Fe 2 SiTi не предсказывается в неравновесном моделировании Шейла для сплава D1. Таким образом, для сплава Д1 экспериментальная и расчетная доли фаз плохо коррелируют. Напротив, наблюдается хорошая корреляция между предсказанными и экспериментальными долями фаз в литом сплаве Д2, поскольку незначительные количества (Nb, Ti)C не могут быть разрешены с помощью РЭМ.

    Таблица 4 Сравнение экспериментально определенных и прогнозируемых составов и долей фаз в конце затвердевания (жидкая доля менее 1 %) с использованием неравновесного моделирования Шейла для сплавов, разработанных в литом состоянии, и стали HSLA-115 (жирным шрифтом указаны экспериментальные значения)

    Из диаграммы затвердевания Шейла-Гулливера (рис.3c) и изображении SEM/BSE (рис. 4c), видно, что существует лишь незначительная разница между предсказанной моделью и экспериментально определенной фазовой эволюцией в сплаве D3, поскольку фазы в более мелких фракциях трудно разделить. Литая микроструктура состоит из кластеров мелких частиц фазы Laves_C14 (средний размер ≈ 2 мкм), диспергированных в аустенитной матрице, как показано на вставке к рис. 4(c). Литая микроструктура стали HSLA-115 (рис. 4d) полностью мартенситная. Однако моделирование Шейла-Гулливера (рис.3d) предсказывает, что первичной фазой, затвердевающей из жидкости, является феррит, за которым следует затвердевание аустенита. Ожидается, что высокотемпературный феррит, образующийся на начальной стадии затвердевания, может трансформироваться в аустенит посредством неравновесного превращения наряду с образованием аустенита из жидкости. Это приводит к полностью мартенситной микроструктуре из-за быстрого охлаждения аустенита. В результате плохой корреляции между предсказанным и наблюдаемым фазовым развитием экспериментально определенный и рассчитанный фазовые составы также не согласуются друг с другом, что видно из значений, приведенных в таблице 4 для сплава Д3 и HSLA-115. стали соответственно.Тем не менее, существует довольно хорошее соответствие между экспериментальной и расчетной долей фаз для литого сплава D3, так как незначительные доли TiC и феррита не могут быть разрешены с помощью SEM, а для литого HSLA наблюдается плохая корреляция. 115 сталь.

    Долговременная термическая обработка разработанных и обычных сталей HSLA-115

    Рассчитанная равновесная фазовая доля в зависимости от температуры с использованием метода CALPHAD и микрофотографий SEM/BSE после длительной термической обработки для разработанных сплавов и HSLA- 115 показаны на рис.5 и 6 соответственно. Из графиков равновесной доли фаз для сплавов D1 и D2 (рис. 5а и б) видно, что равновесная микроструктура при 600 °C должна состоять из Fe 2 SiTi и фазы Laves_C14 в качестве основных вторичных фаз с небольшими количествами Фазы Cu и (Nb, Ti)C, диспергированные в ферритовой матрице. По наблюдениям SEM/BSE, микроструктура после длительной термообработки при 600 °C состоит из Fe 2 SiTi и фазы Лавеса в ферритовой матрице для сплавов D1 и D2 (рис.6а и б). Как и в сталях HSLA-115, доля и размер второстепенных фаз, таких как Cu и (Nb, Ti)C, слишком малы, чтобы их можно было увидеть под сканирующим электронным микроскопом [39,40,41]. хорошая корреляция между экспериментально наблюдаемой и предсказанной фазовой эволюцией этих сплавов при 600 °С.

    Рис. 5

    Расчетные графики равновесной фазовой доли для сталей D1 (a), D2 (b), D3 (c) и HSLA-115 (d) в зависимости от температуры

    Рис. 6

    SEM/ BSE-микрофотографии сталей D1 (а) (область, обведенная кружками, обозначают выделения с сосуществующими Fe 2 SiTi и фазой Лавеса), (b) D2, (c) D3 и (d) сталей HSLA-115 после длительной термообработки при 600° C

    Из рис.6(a) и (b) видно, что фазы Fe 2 SiTi и Laves_C14 образуются как на границах зерен, так и внутри зерен. Фаза Лавеса сосуществует только в блочных частицах Fe 2 SiTi (области, обведенные кружком на рис. 6а), аналогично литейным сплавам. Поскольку сплав D1 состоит из более высокой доли блочных выделений Fe 2 SiTi (рис. 6а), количество фазы Laves_C14 оказывается выше. При этом толщина сплошных выделений фазы Fe 2 SiTi по границам зерен больше.Более высокая доля выделений в сплаве Д1, возможно, связана с наличием большего количества Ti, Si и Al по сравнению со сплавом Д2. С другой стороны, сплав D2 состоит из тонких и сплошных выделений Fe 2 SiTi по границам зерен и малодисперсных мелких выделений Fe 2 SiTi, а также несколько более крупных выделений фазы Fe 2 SiTi/Laves_C14 в пределах зерна (рис. 6б).

    Экспериментально определенные и рассчитанные фазовые доли и составы с использованием равновесных термодинамических расчетов для разработанных сплавов и стали HSLA-115 приведены в таблице 5.Видно неудовлетворительное соответствие экспериментальных и модельных долей и составов составляющих фаз. По сравнению с экспериментальными результатами расчетные доли фазы Fe 2 SiTi занижены, а доли фазы Laves_C14 завышены как для сплавов D1, так и для сплавов D2. Однако предсказанная и экспериментально измеренная фазовая доля Fe 2 SiTi показывает ту же тенденцию, т. е. D1 > D2, что указывает на то, что метод CALPHAD может использоваться для более качественного, чем количественного управления конструкцией сплава в этом случае.Также можно наблюдать значительное растворение Nb в фазе Laves_C14 (от ~ 9 до 13 ат.%) и растворение Nb и Al в фазе Fe 2 SiTi (~ 2 до 3 ат.%), возможно, в подрешетку Ti обеих фаз из-за их химического сходства. Однако растворение Nb и Al в фазе Fe 2 SiTi не учтено в имеющейся в настоящее время коммерческой термодинамической базе данных для сталей.

    Таблица 5 Сравнение экспериментально определенных и предсказанных CALPHAD состава и доли фаз для разработанных сплавов и стали HSLA-115, термообработанной при 600 °C (жирным шрифтом указаны экспериментальные значения)

    Рассчитанные равновесные доли фаз в зависимости от температуры для Сплав Д3 (рис.5c) показывает, что при 600 °C равновесными фазами являются феррит, аустенит, Cu, TiC и фаза Laves_C14. Однако из микрофотографии SEM/BSE (рис. 6c) видно, что микроструктура состоит из кластеров фазы Laves_C14 и тонкой игольчатой ​​фазы Ni 3 Ti, диспергированных в аустенитной матрице. Установлено, что фаза Ni 3 Ti устойчива при температуре термообработки, превышающей температуру растворения (570 °С), оцененную с помощью термодинамического расчета (рис.5в). Следовательно, существует плохая корреляция между экспериментально наблюдаемым фазовым развитием и равновесными фазами, предсказанными для сплава Д3. Это доказывает, что расчетные прогнозы не точны во всех случаях, а также обусловливает важность калибровочных экспериментов для проектирования материалов с использованием вычислительных методов на практике. Сообщалось, что Ni 3 Ti является упрочняющей фазой в некоторых аустенитных сталях. механические свойства благодаря эффекту упрочнения, достигаемому дисперсионным твердением.Кроме того, из Таблицы 5 видно, что существует заметная разница между расчетными и экспериментально измеренными долями и составами составляющих фаз для сплава Д3. Также можно заметить, что измеренный состав Fe в преципитатах Ni 3 Ti высок, как и в преципитатах Fe 2 SiTi в сплавах D1 и D2, что связано с большим диаметром электронного пучка по сравнению с размером преципитата. . Отсюда высокое содержание Fe, хотя соотношение измеренных составов Ni и Ti близко к стехиометрии Ni 3 Ti.

    Прогнозируемые равновесные фазы для стали HSLA-115 (рис. 5d) при 600 °C: феррит, аустенит, Cu, Mo 2 C и M 23 C 6 (M: Cr, Fe) . Микрофотография SEM/BSE (рис. 6d) показывает наличие очень мелких выделений Mo 2 C, диспергированных в мартенситной матрице после длительной термообработки при 600 °C. Поскольку фазовая доля выделений Cu и NbC невелика, для обнаружения этих фаз требуются другие сложные методы характеризации.[39,41] Расчетная движущая сила с использованием программного обеспечения Thermo-Calc для образования Mo 2 C, M 23 C 6 и аустенита составила 24378, 7313 и 2631 Дж/моль соответственно. Отсюда ясно видно, что образование Мо 2 С более благоприятно по сравнению с М 23 С 6 и аустенита, что соответствует микроструктуре, полученной после длительной термообработки при 600 °С. (рис. 6г). Следовательно, существует хорошая корреляция между экспериментально наблюдаемым и предсказанным фазовым развитием для стали HSLA-115.Кроме того, для стали HSLA-115 наблюдается достаточно хорошее совпадение экспериментальных и прогнозируемых фазовых фракций и состава отдельных фаз, как это видно из таблицы 5.

    доли и состава составляющих фаз для литейных и длительно термообработанных сплавов очевидна необходимость совершенствования многокомпонентной термодинамической базы данных и, таким образом, получения надежных прогнозов для сталей, разработанных с нетрадиционными упрочняющими выделениями.Точный прогноз с помощью равновесных термодинамических расчетов и неравновесного моделирования Шейла поможет сократить усилия, связанные с проектированием сплава и оптимизацией процесса. Кроме того, это повысит эффективность скрининга составов с использованием высокопроизводительных расчетов для проектирования новых сплавов. Это будет полезно для достижения желаемой микроструктуры с меньшим количеством экспериментальных попыток, что приведет к снижению затрат.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *