Карбидное превращение

В [19] показано, что холодная пластическая деформация не меняет качественной картины развития разрушения в стали, т.е. в эксплуатационных условиях разрушение происходит порообразованием. Однако количественные характеристики поврежденное™ исходного и деформированного металла заметно отличаются друг от друга. Так, в металле с феррито-карбидной структурой при ползучести в области температур 560—600 °С в деформированном состоянии первые поры появляются при меньшей деформации ползучести, чем в недеформированном металле.

Минимальной жаропрочностью и соответственно максимальной пластичностью обладают отливки из стали 15Х1М1Ф с фер-рито-карбидной структурой. Следует отметить, что формирующийся при малых скоростях охлаждения феррит в стали 15Х1М1Ф неоднороден. В различных зернах феррита количество карбидов различается в несколько раз. Предполагается, что первые порции феррита при охлаждении из аустенитного состояния образуются в областях металла, обедненных углеродом. При этом образуется равновесный феррит. По мере понижений

Рис. 1.17. Длительная прочность и пластичность стали 15Х1М1ФЛ с феррито-карбидной структурой при 565 °С [25]:

Анализ приведенных экспериментальных данных показывает, что с точки зрения жаропрочности целесообразно разделить паропроводные трубы из стали 12Х1МФ на три структурные группы: трубы с феррито-сорбитной структурой, трубы с фер-рито-карбидной структурой и трубы со структурой сорбита отпуска.

Для материала с феррито-карбидной структурой (балл 7 шкалы ТУ) и структурой игольчатого сорбита отпуска (балл 1 шкалы)' применение значений длительной прочности по кривой 1 дает погрешность +35 %. Поэтому наряду со структурной группой I в стали 12X1МФ выделяются еще две структурные группы: группа II труб с феррито-карбидной структурой (балл 6, 7) и группа III со структурой игольчатого сорбита отпуска (балл 4).

На рис. 2.1, а длительная прочность этих групп описывается кривыми 2 и 3 соответственно. Использование значений длительной прочности для труб с феррито-карбидной структурой по кривой 2 уменьшает погрешность в оценке длительной прочности до ±15 %. Для труб со структурой игольчатого сорбита отпуска применение значений предела длительной прочности по кривой 3 уменьшает погрешность до ±10 %.

пушенного бейнита (балл 1-5 шкалы), разброс значений длительной прочности по отношению к расчетным значениям по [43] (кривая 7 на рис. 2.1, б) составляет ±20%. Для материала II группы с феррито-карбидной структурой разброс свойств жаропрочности при использовании кривой 2 лежит в пределах ±10%.

Таким образом, обособление труб с феррито-карбидной структурой в отдельную группу позволяет более надежно оценивать остаточную долговечность стали 12Х1МФ и 15Х1М1Ф и своевременно предупреждать возможные повреждения. Для труб со структурой игольчатого сорбита отпуска в стали 12X1 МФ уменьшение погрешности в определении остаточного ресурса позволяет значительно увеличить срок эксплуатации.

Рис. 2.2. Кривая длительной прочности гибов паропроводов с феррито-карбидной структурой, разрушенных в процессе эксплуатации

щим феррито-карбидную структуру, а следовательно, заниженные по сравнению с РТМ свойства жаропрочности. С другой стороны, расчет долговечности гибов, исходя из значений длительной прочности, для образцов из стали 12Х1МФ с феррито-карбидной структурой (рис. 2.1, а, кривая 2) показывает, что в эксплуатации работают без разрушения отдельные гибы с расчетными значениями коэффициента запаса прочности меньше единицы.

В связи с этим представляет интерес проведение оценки фактической длительной прочности такой конструкции, как гибы паропроводов, с использованием в качестве экспериментальных точек данных, полученные по гибам, разрушенным в процессе эксплуатации. Были рассмотрены разрушенные гибы с ферри-то-карбидной структурой. Расчет эквивалентных напряжений в гибах при работе под внутренним давлением проводится по [36].

Высокоуглеродистой фазой, выделяющейся из раствора, являются чрезвычайно тонкие (толщиной в несколько атомных слоев) пластинки карбида, когерентно связанные с твердым раствором. Рентгенографически и магнитотермически установлено, что при низких температурах отпуска образуется мета-стабильный карбид, отличающийся от цементита. В литературе он обозначен как е-карбид, имеет гексагональную решетку и формулу, близкую к Fe2C. При высоких температурах отпуска (300—400°С) происходит карбидное превращение е-»-РезС (иногда через промежуточный карбид е->->«-><РезС)*.

Это связано с тем, что процессы при отпуске имеют диффузионный характер и большинство легирующих элементов замедляет карбидное превращение, в особенности на стадии коагуляции.

Снятие внутренних напряжений и карбидное превращение (тре-

„ .. ,0 о карбидное превращение. Это вызывает

Это позволило выделить четыре цикла термодинамической самоорганизации структур и определить длительность каждого цикла, отвечающих: спонтанному образованию зародышей карбидов цементитного типа и увеличению их числа (цикл I); росту пластинок карбида с сохранением когерентности решеток цементита и потери когерентности (цикл II); коагуляции частиц цементита и потери когерентности (цикл III); карбидному превращению, при котором в пределах цикла IV сосуществует два типа карбидов (РеСг)зС и (РеСг)7Сз-Точка 5 на рисунке 3.34 отвечает длительности отпуска 3754 мин, при достижении которой завершается карбидное превращение (содержание Сг в карбиде увеличивается до 48,4%). Этот результат согласуется с диаграммой равновесия и экспериментальными данными.

Новая карбидная фаза, согласно данным электронномикро-скопичйжогр анализа, образуется в периферийных зонах зерен, в которых .на этой стадий отпуска концентрируются карбиды. Карбидное превращение с образованием Ме28Св происходит в процессе коагуляции карбидов цементитного типа. В стали 5ХГСВФ карбидное превращение MesC-*Me28Ge не наблюдалось.

-Другим фактором, тормозящим карбидное превращение Ме8С—Ме28Св, является предшествующий закалке высокотемпературный нагрев.,

Сопоставление приведенных экспериментальных данных свидетельствует о том, что карбидное превращение Ме3С—»Ме23Св обусловливает заметное снижение теплостойкости стали.

3. Превращение „кубического" мартенсита в троостит отпуска (полное выделение углерода из ос-раствора и карбидное превращение) по схеме

Снятие внутренних напряжений и карбидное превращение (третье превращение при отпуске). При температуре 850—400 "С полностью завершается процесс выделения углерода из га-раствора (мартенсита), происходит нарушение когерентности и обособление решеток феррита и карбида, связанное с одновременным протеканием карбидного превращения, в результате которого образуется цементит Fe2C -> Fe8C.

Высокоуглеродистой фазой, выделяющейся из раствора, являются чрезвычайно тонкие (толщиной в несколько атомных слоев) пластинки карбида, когерентно связанные с твердым раствором. Рентгенографически и магнитотермически установлено, что при низких температурах отпуска образуется мета-стабильный карбид, отличающийся от цементита. В литературе он обозначен как е-карбид, имеет гексагональную решетку и формулу, близкую к Fe2C. При высоких температурах отпуска (300—400°С) происходит карбидное превращение e-*Fe3C (иногда через промежуточный карбид е-»-х—^Ре3С) *.