Диссертация (1025479), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Расчет долевого участия легирующего элемента в углеродномэквиваленте проводился по зависимостям 1.1 – 1.10.Первая группа сталей включала в себя малоуглеродистые стали сконцентрацией углерода до 0,05% включительно. Для этих сталей основнойвклад с эквивалент углерода дают углерод, марганец и кремний (Рис. 2.1).54а)б)Рис. 2.1. Долевое участие в Сэкв легирующих элементов для сталей сконцентрацией углерода до 0,05% включительно Сэкв (а) и Рcm (б)Согласно зависимости (1.1) по мере увеличения значения Сэкв наблюдаетсяпостепенноезамещениедолевогоучастияуглеродаэквивалентнойконцентрацией марганца. При достижении величины С экв равной 0,05% долевоеучастие этих двух элементов примерно одинаково.

Дальнейшее повышение Сэкв55приводит к резкому снижению вклада углерода, долевое участие которого падаетдо 15% и ниже, и замещению марганцем.Расчет долевого вклада легирующих элементов в эквивалент углерода поформуле (1.10), при сохранении общей тенденции к замещению доли углеродадругими элементами, при росте значения Рcm не имеет такой однозначнойзависимости. Наряду с марганцем существенный вклад в значение Рcm даеткремний, долевое участие которого колеблется в широких пределах от 5% до65%. В целом по группе малоуглеродистых сталей можно отметить тот факт, чтонезависимо от метода расчета ни один из химических составов не превысилкритическое значение эквивалента углерода.В группе сталей с содержанием углерода от 0,05% до 0,1% включительнопри расчете долевого участия легирующих элементов по формулам (1.1) и (1.10)наблюдаются более общие тенденции.

На гистограммах, представленных на Рис.2.2, хорошо прослеживается постепенное снижение доли углерода в углеродномэквиваленте.а)Рис. 2.2. Долевое участие в Сэкв легирующих элементов для сталей сконцентрацией углерода 0,06% – 0,1% включительно Сэкв (а) и Рcm (б)56б)Продолжение Рис. 2.2. Долевое участие в Сэкв легирующихэлементов для сталей с концентрацией углерода 0,06% - 0,1%включительно Сэкв (а) и Рcm (б)На гистограмме 2.2 а) вклад углерода падает ниже 35% при достижениизначений Сэкв 0,20 % и выше.

За обеспечение прочностных свойств и ростзначения Сэкв преимущественно отвечает марганец, долевое участие которогооценивается в диапазоне от 30% до 60%, и комплекс легирующих элементов(Cr+Mo+V). Следует отметить, что при превышении критического значения Сэкв,равного0,45рольмарганцазаметноснижается,замещаясьдругимилегирующими элементами. Аналогичным образом проявляется влияниелегирующих элементов при расчете эквивалента углерода по формуле (1.10).Разница в подходе проявляется в том, что долевой вклад углерода оцениваетсяболее значительно по отношению к остальным элементам. Марганец сохраняетсущественное долевое участие до достижения критического значения Рcmравного 0,23, но затем вытесняется Cr, Ni, Mo и др.57Для сталей третьей группы с содержанием углерода от 0,1% и до 0,15%сохраняется тенденция аналогичная сталям предыдущей группы.

По мере ростаСэкв и Рcm долевой вклад углерода снижается, вытесняясь сначала марганцем, азатем хромом (Рис. 2.3).а)б)Рис. 2.3. Долевое участие в Сэкв легирующих элементов для сталей сконцентрацией углерода 0,1% - 0,15% включительно Сэкв (а) и Рcm (б)58Долевое участие углерода по мере увеличения значения эквивалентауглерода снижается более значительно при расчете по формуле (1.1), чем поформуле (1.10). В то же время вклад марганца оценивается более существенно.Для сталей четвертой группы с содержанием углерода от 0,16% до 0,2%можно отметить возрастание долевого участия углерода в формированииэквивалента углерода.

Его вклад составляет около 40% при расчете по формуле(1.1) и примерно 60% при расчете по формуле (1.10) (Рис. 2.4).а)б)Рис. 2.4. Долевое участие в Сэкв легирующих элементов для сталей сконцентрацией углерода 0,16% – 0,20% включительно Сэкв (а) и Рcm (б)59Для докритического диапазона эквивалента углерода в первом вариантерасчета характерен существенный вклад марганца, который при превышениикритического значения постепенно замещается хромом.

По формуле для расчетаРcm эта тенденция проявляется менее явно.Пятая группа объединила среднеуглеродистые стали, относящиеся к плохосвариваемым сталям. Оценка эквивалента углерода для этих сталей в обоихвариантах расчета мало информативна, так как подавляющий долевой вклад вего значение вносит углерод (Рис. 2.5).а)б)Рис. 2.5. Долевое участие в Сэкв легирующих элементов для сталей сконцентрацией углерода 0,21% – 0,45% включительно Сэкв (а) и Рcm (б)60Анализ зависимостей (1.1) и (1.10) по расчету эквивалента углеродапоказывает, что в формуле по определению Pсм, воздействие легирующихэлементов на показатели свариваемости по сравнению с влиянием углеродаоценивается существенно ниже, чем при расчете по формуле МИС (Рис.

2.6).а)б)Рис. 2.6. Соотношение вклада углерода и легирующих элементов в эквивалентуглерода по зависимостям для определения Сэкв (а) и Рcm (б)Обобщение данных по пяти рассмотренным группам сталей приопределении Сэкв показывает, что долевой вклад легирующих элементов вэквивалент углерода для малоуглеродистых сталей (С=0,05%) составляет 9095%. Расчет эквивалента углерода по Рсm также дает высокие значения долевогоучастия легирующих элементов на уровне 80% - 90% (Рис. 2.7).61Рис.

2.7. Сопоставление долевого вклада легирующих элементов в эквивалентуглерода при расчете Сэкв и РсmДальнейшее увеличение углерода в сталях до 0,1% приводит кзначительному расхождению в оценке влияния легирующих элементов напоказатели, определяющие свариваемость. Для Сэкв вклад легирующихэлементов снижается примерно до 75%, в то время как для Рсm – до 55%.Такая разница в определении вклада легирующих элементов в оценкусвариваемости указывает на необходимость установления границ применимостипредставленных выше зависимостей, что особенно актуально применительно кновым малоуглеродистым сталям.В Таблице 2.2 приведены химические составы ряда высокопрочныхмалоуглеродистых трубных сталей. Они также как и традиционные трубныестали относятся по системе легирования к Si-Mn сталям. Их отличительнойособенностью является наличие в составе сильных карбидоообразцющихэлементов таких как V, Nb, Ti.62Таблица 2.2.КласспрочностисталиХимический состав высокопрочных трубных сталей К60 –К80 (Х70-Х120)Химический состав, %СSiMnPSNiMoCrCuAlVTiNbNCaWZrBПрочиеК60(Х70)0,060,371,4750,0040,0010,410,0970,1240,1640,0330,040,0190,0370,00340,0017--0,003-К60(Х70)0,060,171,380,0080,0010,250,0090,20,130,0330,0010,0190,0750,0030,13--0,0002-К60(Х70)0,07 0,1151,650,0090,0060,2310,030,0290,208-0,003-0,0380,004-----К60(Х70)0,075 0,141,33--0,20,004 0,1630,1130,0320,0020,0180,063--0,0250,006-Co0,002К60(Х70)0,075 0,141,38--0,210,004 0,1650,110,0240,002 0,0190,068--0,0250,007-Co0,002К60(Х70)0,085 0,171,4--0,1950,135 0,0050,0880,0410,050,0120,046--0,05--К60(Х70)0,087 0,221,7--0,160,16<0,0030,0930,0290,0430,0120,044--0,025--К60(Х70)0,090,160,371,650,0130,0060,4-0,4-0,020,050,090,050,070,009-----<0,0003Co0,0031Pb <0,003--К60(Х70)К60(Х70)0,076 0,250,10,311,60,007<0,00070,1710,183 0,0070,1050,0320,0460,0180,0551,44--0,360,110,1390,0270,030,0160,030,1<0,005-0,003<0,007--0,009Co0,005Co0,002Pb0,059Класспрочностистали63Химический состав, %СSiMnPSNiMoCrCuAlVTiNbК60(Х70)0,10,251,70,0110,0010,170,0010,030,02-0,0560,010,059К60(Х70)0,110,261,730,0130,0050,024-0,030,0260,040,10,021К60(Х70)0,120,451,750,0150,005-0,5---0,1К65(Х80)0,04- 0,290,06 0,311,651,690,0070,0030,0040,210,22--0,0360,038К65(Х80)0,050,061,870,0060,002-----К65(Х80)0,05- 0,120,06 0,191,811,840,006-0070,0030,004----0,0360,038К65(Х80)0,06- 0,270,0081,85-1,90,07 0,320,0150,0020,030,050,010,030,020,10,0310,05К65(Х80)0,066- 0,3730,011,86-1,90,075 0,3980,0150,00030,00080,2070,2160,2040,223-0,20,190,240,252- 0,40,258 0,560,0530,0530,050,060,002CaWZrBПрочие0,003---0,0004-0,0460,002----0,030,10,01-----0,0130,0140,080,007------0,04------0,0130,0140,080,007-----0,020,050,060,0030,005---0,0005-0,0170,0190,0510,0540,000270,00043---0,0004-NК65(Х80)0,040,291,780,010,0020,110,160,030,180,030,02-0,040,005-----К65(Х80)0,050,081,940,0050,00040,650,010,270,470,0350,010,0150,0220,00028------Co0,002Pb0,059--К65(Х80)0,060,131,75--0,40,0250,020,230,030,0020,0140,024--0,025К65(Х80)0,060,331,80,0110,0010,290,190,040,240,370,0020,0130,0390,0060,001-К65(Х80)0,060,31,90,0090,0050,030,160,050,030,010,040,007Класспрочностистали64Химический состав, %СSiMnPSNiMoCrCuAlVTiNbNCaWZrBПрочиеК65(Х80)0,064 0,131,71--0,390,0280,0230,230,0280,0020,0130,023--0,0250,007-К65(Х80)0,065 0,241,76--0,220,230,0590,0350,0320,020,0190,056--0,0250,007-К65(Х80)0,068 0,281,78--0,240,1970,0150,240,0270,0020,0110,031--0,0250,059-К65(Х80)0,069 0,261,77--0,190,240,0650,0220,0170,0210,0180,055--0,0250,007-К65(Х80)0,072 0,271,78--0,2330,190,0150,230,0270,0020,0110,031--0,0250,059-5(Х80)0,078 0,151,90,008<0,00070,440,020,0380,240,0340,0010,0190,0340,020,0040,0080,009 0,0003К65(Х80)0,0780,21,80,005<0,00080,230,240,0850,060,0430,0220,0240,0640,019--0,009 0,0003К65(Х80)0,079 0,181,69--0,170,230,0650,050,0320,020,0180,054--0,0250,006-Co0,008К65(Х80)0,080,751,140,0150,0050,620,260,04-----------К65(Х80)0,084 0,221,90,012< 0,0020,210,250,0620,050,0440,0050,0180,048------Co0,0024Co0,006Pb0,064Co0,003Pb0,059Co0,006Pb0,064Co0,003Pb0,059-Класспрочностистали65Химический состав, %СSiMnPSNiMoCrCuAlVTiNbNCaWZrBПрочиеCo0,006Pb0,064Co0,004Pb0,064К65(Х80)0,085 0,231,75--0,210,260,0460,070,0210,020,0150,055--0,0250,007-К65(Х80)0,088 0,191,86--0,270,190,0220,250,0380,0020,0220,026--0,0250,008-0,451,850,0150,004-0,5---0,1-0,10,008-----K70(Х90)0,062 0,251,710,007<0,0030,240,270,0170,240,0320,050,0150,051----As0,002K70(Х90)0,066 0,251,810,005<0,00070,240,2550,230,020,0460,0180,0530,0050,0050,0080,004 0,0003-K70(Х90)0,067 0,221,65--0,220,270,240,0250,0430,0130,045--0,0250,007--К75(Х100)0,03-1,950,0150,002-0,4---0,060,010,04------К75(Х100)0,030,21,960,0050,0020,480,420,430,47-0,060,010,04------К75(Х100)0,060,221,960,0070,0020,30,18-0,21--0,010,04------К80(Х120)0,04-1,950,0150,001-0,32---0,060,010,02------К65(Х80)0,10,008<0,00366Следует отметить, что применяемые для расчета эквивалента углеродазависимости (1.1 – 1.10) в основном не учитывают вклад карбидообразующихэлементов в реакцию стали на термический цикл сварки.

Вместе с тем, известно,что сильные карбидообразующие элементы оказывают существенное влияние наустойчивость распада аустенита и формирование закалочных структур [8].Особую роль при этом имеет процесс перераспределения углерода междувыделяющейся специальной карбидной фазой и аустенитом в процессеохлаждения.Наличие в высокопрочных трубных сталях сильных карбидообразующихэлементов (Zr, Nb, Ti, V) приводит к выделению специальной карбидной фазы,которая формируется в высокотемпературной области при охлаждении иприводит к изменению химического состава аустенита на момент его распада.

Взависимости от количества и строения образовавшейся карбидной фазысодержание углерода в оставшемся твердом растворе существенно снижается. Врезультате этого последующий распад аустенита протекает по механизму,соответствующему более низкому содержанию углерода, чем его фактическоесодержание в стали.Количество углерода в составе карбидной фазы в целом ряде работ [9, 11,13, 14] связывалось с его соотношением с количеством карбидообразующегометалла и может быть определено на основе следующего выражения:МеkС(2.4)где Ме, С – содержание карбидообразующего металла и углерода, ат.%;k – коэффициент карбидообразования.При достижении некоторого критического значения коэффициентакарбидообразованияпроисходитполныйпереходкарбидообразующегоэлемента и углерода в карбид данного типа. В работе [15] величину k связывалис уровнем карбидообразующей способности различных металлов.67В зависимости от значения критического коэффициента, свойственногоданному типу карбида, можно приближенно оценить количество углерода илегирующего элемента, перешедших в карбидную фазу и оставшихся в твердомрастворе.

Характеристики

Список файлов диссертации