Файл: Пути улучшения качества сталей и сплавов..pdf

ластями, уменьшает степень локализации ликвируюших — углерода, азота, серы, кислорода. Энергетиче­ ски выгодное, высокотемпературное формирование церийсодержащих кислородных и сульфидных вклю­ чений также влияет на снижение количества неметал­ лических включений в межосных участках и на грани­ цах зерен.

Наличие церия в твердом растворе в пределах ука­ занных концентраций влияет на диффузионные про­ цессы, протекающие в стали при ее кристаллизации, уменьшая дендритную неоднородность. Эта роль церия и ранее отмечалась некоторыми авторами.

Применение угольных реплик для исследования характера микроструктуры образцов не дало какихлибо сведений о различии структуры стали с церием и без него.

Тонкие фольги для исследования под электронным микроскопом изготовляли методом электрополировки с массивных образцов толщиной 1— 1,5 мм. Известно, что при механической доводке образцов до 0,1—0,2 мм

на поверхности последних образуется значительный наклеп. Метод изготовления фольг из массивных об­ разцов электрополировкой разработан на ЗМЗ и позволяет получать образцы со структурой, соответст­ вующей исходному состоянию.

Исследование тонких фольг позволило установить, что в образцах без церия вся матрица зерен усеяна

О

мелкодисперсными частицами размером 100—200 А, частично когерентных с матрицей, о чем свидетельст­ вует наличие дифракционных контрастов около этих включений. Вместе с тем встречаются участки с ма­ лым содержанием включений.

Выявленная дислокационная структура образцов свидетельствует о том, что они имеют тенденцию об­ разовывать стенки, то есть субструктуру с очень ма­ лым углом дезориентации блоков. Подобная дислока­ ционная картина выявлена на плоскостях (III).

В образцах с церием не было обнаружено такого

54

крупных размеров и хрупких. Имеется значительное количество чистых полей. Дислокационная структура образцов подобна структуре образцов без церия.

Таким образом, электронномикроскопическое ис­ следование образцов подтвердило ранее полученные данные, что присадка церия уменьшает количество субмикроскопических включений и способствует их более равномерному распределению.

Определение параметра решетки аустенита прово­ дилось на образцах лабораторных плавок с различ­ ными концентрациями церия и на трех промышлен­ ных плавках.

Наблюдалось аномальное падение параметра ре­ шетки и ширины линии при содержании церия 0,2 процента. Несколько меньше падение этих характе­ ристик происходит при концентрации церия 0,4 про­ цента.

Как известно, ширина линии характеризует откло­ нение кристаллической решетки от своего равновесно­ го состояния. Сталь 0Х23Н18 крупнозернистая, и сте­ пень деформации образцов сравнительно небольшая. В этих условиях из эффектов II рода наиболее силь­ ным фактором являются микронапряжения. Относи­ тельное уменьшение параметра решетки аустенита и ширины его линии говорит об уменьшении взаимной напряженности микрообъемов металла.

Таким образом, увеличение концентрации церия способствует (при всех значениях, взятых в экспери­ менте) уменьшению искажений II рода и приведению решетки аустенита в более равновесное состояние.

Полученные результаты хорошо согласуются с по­ казателями технологической пластичности этих же плавок (за исключением плавки с добавками церия на 0,5 процента). При 0,5 процента церия по расчету пластичность резко ухудшается, несмотря на сниже­ ние искажений II рода и более благоприятный пара­ метр решетки. Анализ микроструктуры этой плавки показал наличие большого количества цериевых включений, загрязняющих границы зерен и их внут­ ренние объемы. При такой концентрации церия этот фактор преобладающий, и он определяет пластич­ ность металла при температурах горячей деформа­ ции.

55

Итак, с точки зрения равновесного состояния твер­ дого раствора аустенита и взаимной напряженности микрообъемов металла наиболее оптимальными рас­ четными добавками церия следует считать 0,2 и 0,3 процента i[60].

Полученные результаты подтвердились при иссле­ довании образцов деформированного металла промыш­ ленных плавок. Плавки с добавками церия также характеризуются более равновесной кристаллической решеткой аустенита, что благоприятно сказывается на их пластичности.

В последнее время много внимания уделяется изу­ чению действия РЗМ как модификаторов и легирую­ щих элементов. Современные методы исследований показывают, что РЗМ нельзя рассматривать только как раскислители и десульфураторы; механизм их действия значительно сложнее: добавка уже 0,01 про­ цента мишметалла вызывает эффект модифицирова­ ния, что связывается авторами с локализацией РЗМ

,[61].

Как указывалось выше, РЗМ — поверхностно-ак­ тивные элементы. Многие авторы отмечают повыше­ ние жидкотекучести сталей (особенно нержавеющих) под действием церия и других РЗМ.

При исследовании влияния добавок церия на свой­ ства стали 1Х13Н16Б предполагается, что повышение длительной прочности указанной стали связано не только с раскислением церием, но и с его способно­

ный элемент, он легирует границы зерен и тем самым повышает их межкристаллитную прочность [62].

Высказывались предположения, что РЗМ благо­ приятно действуют на очищение границ зерен от не­ металлических включений и вторичных фаз: раство­ римые в металле РЗМ должны преимущественно рас­ полагаться по границам зерен—поверхностям раздела, вследствие их поверхностной активности и большой величины атома. Однако, исследуя границы зерна микрозондом, не удалось подтвердить это предполо­ жение из-за недостаточной чувствительности метода. Т. В. Свистунова |[63], используя более чувствитель­ ные методы (внутреннего трения, авторадиографии и

56

за 6—-10 минут до выпуска плавки в количестве 0,8— 1,2 кг/т повышают пластичность стали Х18Н9Т, уве­

личивая выход годного при производстве труб, позво­ ляют снизить содержание никеля в стали на 0,6—0,8% [57, 65].

На заводе «Красный Октябрь» для улучшения пластичности стали Х18Н9Т с пониженным содержа­ нием никеля вводили в металл ферроцерий или миш­ металл в количестве 0,8—2,0 кг/т (в печь перед вы­

пуском плавки, на струю при сливе металла или в центровый литник). Добавка РЗМ позволила снизить содержание никеля в стали Х18Н9Т на 1 процент (без ухудшения пластичности), что дало значительный экономический эффект.

Улучшение пластичности указанной стали объяс­ няют уменьшением общего содержания неметалличе­ ских включений, изменением их формы и распределе­ ния, очищением границ зерна.

Большая работа проведена по улучшению плас­ тичности марок сталей 10Х16Н25М6, 08Х20Н10ГС, 07Х25Н13 [66] с помощью присадки в печь ферроце­ рия в количестве на 0,15—0,2 процента по расчету. Стали, имеющие в структуре избыточные карбидные и карбонитридные выделения, становятся намного пластичнее,— выход годного повышается.

Повышение пластичности объясняется не только изменением состава и количества неметаллических включений и очищением границ зерна, но и уменьше­ нием неоднородности стали, затруднением диффузии углерода (так как церий поверхностно-активен), чтс приводит к снижению температуры рекристаллиза­ ции в граничных участках.

Высказаны предположения, что РЗМ в твердом раст­ воре благоприятно влияет на распределение дислока­ ций в сталях и сплавах, улучшая тем самым деформи­ руемость последних [59].

Путям улучшения пластичности сталей типа Х23Н18 при температурах горячей деформации по­ священ ряд работ [41, 51, 67—71]. Во всех работах, связанных с применением РЗМ при производстве ста­ лей и сплавов, большое внимание уделяется опти­ мальному количеству, времени и способу присадки РЗМ. Обобщая эти данные, можно считать оптималь­

58

ными (применительно к нержавеющим сталям) усло­ виями технологии присадки РЗМ следующие:

—присадка в печь перед выпуском плавки 1,5— 2,0 кг/т;

—присадка в металл с низким содержанием кис­ лорода, то есть раскисленный кремнием, алюминием (иногда силикокальцием);

—после присадки РЗМ присадка силикокальция (в ковш), для лучшего всплывания включений РЗМ,

обладающих большим удельным весом (последние в этом случае обволакиваются силикатными оболоч­ ками).

При введении РЗМ в ковш или центровый литник ухудшается макроструктура металла, поэтому необ­ ходимо уменьшить количество РЗМ.

В качестве показателей горячей пластичности рас­ пространены работа удара при разрушении и число оборотов до разрушения образца при кручении. Нами применялись оба метода.

Результаты испытаний на горячее кручение образ­

59