Файл: Металлургия Кировского завода сборник статей к 100-летию мартеновского производства на заводе (1874-1974)..pdf

тельное пребывание слитков при высокой температуре не устраняют полностью внутридендритную микроликвацию в отличие от межденд­

ритной ликвации.

Высокий нагрев кованой стали создает условия для выявления микроликвации. При охлаждении отдельные участки будут характери­ зоваться неодинаковой кинетикой распада аустенита, что вызывает

Стань марки 34ХМА

Сталь марки 12Х2Н4А

Междендритная трещина

Сталь марки 34ХМА

t-iic. 14. Схемы расположения внутренних тре­ щин и образования изломов в литой стали.

образование различных структурных составляющих. Образование флокенов в литой стали связано в основном с разрядкой внутренних напря­ жений, возникающих в процессе охлаждения слитков в наиболее хруп­ ких участках, которые располагаются внутри первичного зерна из-за наличия микроликвации. Повышенная флокеночувствительность поко­ вок, изготовленных из таких слитков, связана с тем, что микроликвация не устраняется полностью при ковочном нагреве.

Настоящие выводы относительно природы флокенов хромомолибде­ новой и хромоникельмолибденовой стали совпадают с некоторыми вы­

171

водами теории, выдвинутой проф. А. Л. Бабошиным. Исследуя дилато­ метрическим методом турбинные диски из хромоникельмолибденовой стали, он пришел к выводу о связи флокеночувствительности стали с дендритной ликвацией. Установленная связь флокеночувствительности стали с исходной структурой литой стали не противоречит современным взглядам на роль водорода в образовании флокенов.

Полученные данные указывают, что помимо водорода на образова­ ние флокенов большое влияние могут оказывать и другие факторы. В данном случае для хромистых и хромоникелевых сталей с содержа­ нием молибдена этим фактором является резкая микроликвация в пре­ делах первичного зерна, качественная характеристика которого улав­ ливается типом хрупкого излома литой стали, пересекающего оси дендритов.

2. ИЗУЧЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ БОРСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ

МАРКИ 20ХГНР

В связи с развитием на заводе массового производства мощного трактора К-700 была поставлена задача освоения борсодержащей стали марки 20ХГНР, обладающей высокой закаливаемостью и прокаливаемостью и приближающейся по своим свойствам к хромоникелевой стали марок 12Х2Н4 и 20Х2Н4.

Сталь марки 20ХГНР для изготовления тракторных деталей начала применяться на ряде уральских заводов, где по утвержденной техноло­ гии доставка слитков из сталеплавильного цеха в прокатный осущест­ вляется в горячем виде. Условия производства нашего завода создали трудности доставки слитков из мартеновского цеха в прокатный в горя­ чем виде, и поэтому режимы охлаждения их были установлены анало­ гичные, как для стали марки 20Х2Н4, т. е. замедленное охлаждение в колодцах ввиду опасности образования междендритных трещин. Однако такой режим охлаждения слитков в условиях массового произ­ водства также создал ряд производственных затруднений, и поэтому возникла проблема изучения кристаллического строения слитков для обоснования режимов охлаждения.

Разрезка слитков, выплавляемых по утвержденной технологии, дала возможность установить следующее: изломы литой стали марки 20ХГНР имеют мелкокристаллическое строение, соответствующее пер­ вому типу вышеуказанной классификации.

Междендритные пленки (участки междендритной ликвации) в ли­ той стали марки 20ХГНР имеют весьма слабое развитие. Для выясне­ ния относительной скорости диффузионных процессов по границам первичной кристаллизации при ковочных нагревах образцы литой стали были подвергнуты нормализации при температуре 1100° С с выдержкой 30 мин. и последующей закалке в масле при температуре 840° С с вы­

172

держкой 30 мин. Изломы литой стали после таких малых выдержек имеют мелкокристаллическое однородное строение без наличия следов литой структуры, что характеризует относительно большую скорость диффузионных процессов при ковочном нагреве для стали марки

20ХГНР.

Это положение имеет важное значение в производственных усло­ виях при установлении наиболее рациональных режимов нагрева слит­ ков. Кроме требуемого времени для прогрева слитков до ковочной температуры необходимо учитывать время для завершения диффузион­ ных процессов по границам первичной кристаллизации с целью устра­ нения трещин при горячей обработке.

Литая сталь марки 20ХГНР в исходном состоянии без термической обработки обладает относительно более высокой вязкостью по сравне­ нию с цементируемыми хромоникелевымп марками стали с более вы­ соким содержанием хрома и никеля (марки стали 12Х2Н4, 20Х2Н4, 18Х2Н4В). При испытании на излом разрушение стали марки 20ХГНР происходит с заметной деформацией внутри зерна с разламыванием на мелкие зерна, а хромоникелевые стали разрушаются по границам первичной кристаллизации. Микроструктура литой стали марки 20ХГНР характеризуется отсутствием видманштедтового строения и выраженной микроликвации.

Результаты исследования характера кристаллизации стали марки 20ХГНР, а именно установление факта более высокой прочности гра­ ниц первичной кристаллизации и отсутствие междендритной ликвации, дали основание утверждать отсутствие условий образования межденд­ ритных трещин независимо от режима охлаждения слитков. На осно­ вании анализа кристаллического строения литой стали установленный режим замедленного охлаждения слитков в колодцах был заменен охлаждением слитков на воздухе и без ограничений длительности их хранения.

Многолетний опыт подтвердил отсутствие образования трещин на слитках и на прокате и полную безопасность охлаждения слитков на воздухе.

3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАКРОШЛАКОВ В СЛИТКАХ

Многие изделия, имеющие цилиндрическую форму, должны помимо механических свойств характеризоваться отсутствием материальных дефектов на внутренних шлифовальных поверхностях при осмотре не­ вооруженным глазом или при незначительном увеличении (рис. 15).

Такие дефекты имеют незначительную глубину и по своей природе являются гнездами, из которых при шлифовке выкрашиваются неметал­ лические включения типа макрошлаков. Макрошлаки в отличие от микрошлаков могут встречаться по всему сечению, хотя они имеют тенденцию концентрироваться в средней зоне слитка. Чем меньше вы­

173

мера плавки и какой части слитка она соответствует; в) от каждой поковки с обоих концов отрезали поперечные диски,

которые после закалки и высокого отпуска исследовали методом излома. Исследование продольного излома производили невооруженным гла­ зом или с помощью лупы для выявления макрошлаков. Необходимо было обращать внимание на величину макрошлаков, их количество и характер расположения.

Изучение расположения включений по высоте слитка имеет важное значение. Когда слитки поражены макрошлаками по всей высоте, то плавка не может быть использована по прямому назначению. Если слиток поражен только в нижней трети, то две верхние части поковок используют, а нижнюю направляют по другому назначению. Практика показала, что степень и характер поражения макрошлаками не зависят от порядкового номера слитка.

Контроль стали на макрошлаки вышеуказанным методом для ма­ рок цементуемой стали не оправдал себя. Вследствие большой вязко­ сти металла происходит сминание излома, и макрошлаки не обнару­ живаются. В этом случае применяется другой, менее удобный метод. Из контрольных дисков поковок, соответствующих низу и верху слитка, изготовляют продольные макрошлифы, которые после цементации и закалки полируют перпендикулярно волокну. Тогда на твердой поверх­ ности выявляются макрошлаки. Можно для скорости вместо цемента­ ции образцов стали применять только закалку в воде, но это будет менее точный метод контроля.

4.ОБРАЗОВАНИЕ ЦЕМЕНТАЦИОННЫХ ТРЕЩИН

ВЗАВИСИМОСТИ ОТ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ СВОЙСТВ

ПЛАВОК

Трещины на готовых деталях из хромоннкелевой стали марки 12Х2Н4 обнаруживали обычно после окончательной термической обра­ ботки, т. е. после цементации в твердом карбюризаторе с последующим

176

нии. Шлицевые острые надрезы на валах, которые являются участками концентрации напряжения, способствуют растрескиванию стали при прочих равных условиях.

Возникновение трещин в цементованном слое происходит в опреде­ ленном интервале скоростей охлаждения. При очень медленном охлаждении (например, в течение 36 час.) трещины не образуются. Охлаждение в течение 10-—15 час., т. е. при обычной скорости, которая получается при цементации в твердом карбюризаторе, создает наиболее

ляются сжимающие напряжения в результате взаимодействия с сердеч­ ником.

Однотипные детали одной и той же плавки имели трещины после обычного медленного охлаждения в твердом карбюризаторе, и, наобо­ рот, эти трещины отсутствовали после газовой цементации, когда де­ тали относительно быстро охлаждаются путем переноса из цемента­ ционной печи в холодные колодцы. Было выяснено, что чем значитель­ нее деформация при горячей механической обработке, тем сталь менее

чувствительна к трещинам.

Из одной и той же плавки крупные детали более склонны к рас­ трескиванию, чем мелкие. На малых сечениях диаметром 20 мм цемен­ тационные трещины в практике не обнаруживаются. Каждая плавка стали марки 12Х2Н4 имеет различную склонность к растрескиванию при цементации. Замечено, что чем больше хрома и никеля в составе марки, тем более резко увеличивается чувствительность стали. Однако помимо химического состава стали важное значение имеет индивиду­ альность плавки, т. е. условия ее выплавки оказывают значительное влияние на трещиночувствительность стали.

Многочисленные исследования не обнаружили каких-либо следов трещин в сердечнике при наличии трещин в цементованном слое. Было установлено, что цементационные трещины образуются в процессе охлаждения при температуре ниже 150° С. Поэтому трещины могут быть устранены, если после достижения в процессе охлаждения температуры 150° С детали подвергнуть немедленному высокому отпуску.

Сталь марки 12Х2Н4 разных плавок, как уже указывалось, имеет различные склонности к растрескиванию при цементации. Сталь одних плавок характеризуется полной нечувствительностью к образованию трещин, цементованные детали таких плавок могут охлаждаться с лю­

цементации и охлаждения до температуры 150° С необходимо сразу сажать в отпускную печь при температуре 650° С.

Чувствительность к растрескиванию цементованных деталей из стали марки 12Х2Н4, как показали исследования, находится в прямой связи с кинетикой распада аустенита. Это подтверждается характером

178

дилатометрических кривых разных плавок, построенных при стандарт­ ных условиях охлаждения (с печью). Максимальной чувствительностью к растрескиванию отличаются стали, характеризующиеся отсутствием распада аустенита при температуре 650°С (рис. 18,а). Сталь, характе­ ризующаяся большим объемным эффектом раопада аустенита при тем­ пературе 650° С, совершенно не склонна к образованию трещин после цементации при любых скоростях охлаждения (рис. 18,6).

Объяснение этого явления заключается в следующем: при охлаж­ дении (медленном) цементованного слоя происходит выпадение кар-

бидов при высокой температуре, которые являются центрами кристал­ лизации, ускоряющими распад аустенита цементованного слоя при температуре 650° С.

В случае раопада аустенита сердечника при температуре 650° С (область перлитных превращений) происходит одновременное фазовое превращение в цементованном слое и в сердечнике и одновременное изменение объемов. Поэтому в наружном слое будут отсутствовать растягивающие напряжения и трещины. Наоборот, если распад аусте­ нита сердечника происходит при низких температурах, а распад аусте­ нита в цементованном слое в основном уже закончился при высоких

179