Диссертация (1025479), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Карбиды металлов не являются строгостехиометрическимисоединениями. Ряд из них характеризуется достаточно широкой областьюгомогенного существования. Диапазон растворимости углерода в них можетбытьвесьмашироким.Содержаниеметалла-карбидообразователянапротяжении всей этой области отвечает стехиометрическому составу карбида, аколичество углерода может колебаться в значительных пределах [16]. Такимобразом, область гомогенного существования карбида данного типа будетхарактеризоваться двумя предельными значениями kкр (Рис. 2.8).kmax МеnCМеnCМеnC + MeCМеCkmin МеnCkmax МеnCkmin МеCМеC + Fe3CРис.
2.8. Схема выделения карбидных фаз в железоуглеродистых наплавленныхслоях с однокомпонентным легированиемМинимальное значение kmin определяется из стехиометрического составакарбида и определяет границу между областью его гомогенного существованияи областью образования нескольких карбидных фаз. При достижении этогосоотношения карбидообразующего элемента и углерода в стали, содержащей68наряду с железом более сильный карбидообразователь (Nb, Ti или V), углеродбудет связан в специальный карбид типа MeC или МеnС. Аустенит при этомбудет практически полностью обезуглерожен, что существенно повлияет на егодальнейший распад.Максимальноезначениеkmaxопределяетпротяженностьобластигомогенного существования данного карбида и зависит от его предельногосостава с дефицитом по углероду.
Для стали, состав которой превышает позначению kmax для карбида типа МеС, будет характерно появление карбидадругого типа, например МеnС, с более низким содержанием углерода.Для определения диапазона значений коэффициента карбидообразованиябыли обобщены данные об областях гомогенности нестехиометрическихкарбидов по двухкомпонентным диаграммамсостояния и рассчитаныпредельные значения kкр (Таблица 2.3) [17].Таблица 2.3.Диапазоны изменения критических коэффициентов карбидообразования дляразных карбидных фазСтехиометрическийсоставTiCVCV2 CNbCNb2CTaCTa2CИспользуязначениеОбласть гомогенности [22]TiC – TiC0,48VC0,87 – VC0,65VC0,50 – VC0,42NbC – NbC0,70NbC0,50 – NbC0,35TaC – TaC0,74TaC0,50 – TaC0,38критическогоkкрkmin1,001,152,001,002,001,002,00коэффициентаkmax2,081,542,381,432,861,352,63можнооценитьколичество углерода и элемента-карбидообразователя, не только связанных вкарбид данного типа, но и оставшихся в аустените после полного протеканияпроцесса выделения карбидной фазы.69Наличие нескольких металлов разных групп в стали приводит кпоследовательному выделению карбидов на их основе.
Устойчивость ипоследовательность появления карбидных фаз можно оценить по изменениюсвободной энергии их образования [18-21]. В первую очередь в области высокихтемператур образуются карбиды металлов 4 группы (Ti), обладающиеминимальными значениями изменения свободной энергии. Затем происходитвыделение карбидов 5 группы (Nb, V), также являющихся активнымикарбидообразователями.
Металлы 6 группы менее активны (Cr, Mo). Ихвыделение происходит в областях температур близких к температурамперекристаллизации стали. В последнюю очередь выделяется цементит. Разнаякарбидообразующая способность металлов хорошо подтверждается присопоставлении изменения свободной энергии образования карбидов (Рис. 2.9).IVVVIVIIРис. 2.9. Зависимость изменения свободной энергии образования карбидовразного типа при 1000 0С от положения металла в периодической системе [23]Применительно к системе легирования высокопрочных трубных сталей изаустенита в первую очередь будут выделяться карбиды на основе Ti и Nb, а затемна основе V.
Определение величины коэффициента карбидообразованияпроводят в соответствии с последовательностью их выделения из аустенита ввысокотемпературной области по следующей зависимости:70k Ti , Nb ,V Ме k МеС kC ,(2.5)где: Ме, С - содержание карбидообразующего металла и углерода в стали,%;kМе, kС – коэффициенты перевода весового содержания легирующегоэлемента в сплаве на железной основе в атомарные проценты (Таблица 2.3);kTi,Nb,V – коэффициент карбидообразования карбидов указанных элементов.Таблица 2.4.Значения переводных коэффициентов для различных металловЭлементkiМетодикаС4,65расчетаСr1,07Mo0,58распределенияV1,10Nb0,59углеродамеждуTa0,31Ti1,17аустенитомиспециальной карбидной фазой состоит из следующих этапов:1. Для стали, в химическом составе которой отношение Ti или Nb к углеродухарактеризуется kmin < 1 (Таблица 2.3) часть углерода будет связана в карбидыэтих элементов, а часть останется в твердом растворе.
Определить содержаниеуглерода связанного в карбиды (Ск) этих элементов можно следующим образом:k k min :Cк Ti kTi Nb k Nb,k min k cMeк Ti Nb,(2.6)где: kC, kTi и др. - значения переводных коэффициентов (ki)соответствующих элементов из Таблицы 2.4При этом следует отметить, что весь Nb и Ti (Мек) будут связаны в карбидытипа МеС, а общее весовое количество выделившейся карбидной фазы будетопределяться следующим образом:71К TiC , NbC C к Мек(2.7)Углерод, оставшийся после выделения этих карбидных фаз в твердомрастворе, может быть определен как:Сост С Ск(2.8)Если в стали содержится V, то следует провести расчет выделения карбидаванадия по величине коэффициента карбидообразования для этого элемента.2.
Если при расчете коэффициента карбидообразования его величинаполучается больше kmin, то это означает, что весь углерод, содержащийся в сталибудет связан в специальную карбидную фазу. Аустенит при этом практическиполностью обезуглероживается, а содержание карбидообразующего элемента,перешедшего в карбид можно рассчитать следующим образом:kmin k kmax :Meк k C kc,k Me(2.9)Ск СС использованием предложенной методики был проведен расчетколичества углерода, связанного в специальную карбидную фазу и оставшегосяв твердом растворе на момент его перекристаллизации, для высокопрочныхтрубных сталей, химические составы которых представлены в Таблице 2.5.Сопоставление данных расчета эквивалента углерода по формуле МИСпоказало, что учет углерода и легирующих элементов, связанных в карбиднуюфазу, приводит к понижению Сэкв в зависимости от класса стали до 8 % отзначений, полученных при расчете традиционным методом (Рис.
2.10 а).72Таблица 2.5.Результаты расчета распределения углерода и легирующих элементов ввысокопрочных трубных сталях№11Сталь2К60(Х70)Значенияэквивалентауглерода похимическомусоставу, %C экв ,PcmСодержаниеуглерода ваустенитепослевыделениякарбиднойфазы,%3450,060,40Содержаниеуглерода встали, %Значенияэквивалентауглерода с учетомвыделениякарбидной фазы,%C эквPcm6780,190,040,380,172К60(Х70)0,060,360,160,050,340,143К60(Х70)0,070,390,170,060,380,174К60(Х70)0,0750,350,160,060,340,155К60(Х70)0,0750,360,170,060,350,156К60(Х70)0,0850,380,180,070,360,167К60(Х70)0,0870,430,200,070,410,188К60(Х70)0,090,490,220,050,450,189К60(Х70)0,0760,410,190,050,390,1710К60(Х70)0,10,420,210,090,410,2011К60(Х70)0,10,410,200,080,390,1812К60(Х70)0,110,430,220,080,400,1813К60(Х70)0,120,530,260,080,490,2214К65(Х80)0,050,40,160,010,420,1573№115Сталь2К65(Х80)Значенияэквивалентауглерода похимическомусоставу, %C экв ,PcmСодержаниеуглерода ваустенитепослевыделениякарбиднойфазы,%3450,060,38Содержаниеуглерода встали, %Значенияэквивалентауглерода с учетомвыделениякарбидной фазы,%C эквPcm6780,160,040,350,1416К65(Х80)0,060,370,160,050,370,1617К65(Х80)0,060,410,180,040,390,1518К65(Х80)0,070,460,200,050,440,1819К65(Х80)0,040,400,160,030,390,1520К65(Х80)0,050,510,200,040,500,1921К65(Х80)0,060,400,170,050,400,1722К65(Х80)0,060,440,190,050,430,1823К65(Х80)0,060,420,180,050,420,1724К65(Х80)0,0640,400,170,060,390,1725К65(Х80)0,0650,440,190,050,420,1726К65(Х80)0,0680,440,200,050,420,1827К65(Х80)0,0690,440,190,050,430,1728К65(Х80)0,0720,440,200,060,430,1829К65(Х80)0,0780,450,200,070,440,1930К65(Х80)0,0780,470,200,060,450,1974№131Сталь2К65(Х80)Значенияэквивалентауглерода похимическомусоставу, %C экв ,PcmСодержаниеуглерода ваустенитепослевыделениякарбиднойфазы,%3450,0790,44Содержаниеуглерода встали, %Значенияэквивалентауглерода с учетомвыделениякарбидной фазы,%C эквPcm6780,190,060,420,1832К65(Х80)0,080,370,190,080,370,1933К65(Х80)0,0840,480,210,070,470,2034К65(Х80)0,0850,460,210,070,440,1935К65(Х80)0,0880,480,220,080,470,2136К65(Х80)0,10,530,250,070,500,2137К70(Х90)0,0620,450,190,040,430,1738К70(Х90)0,0660,460,200,050,440,1839К70(Х90)0,0670,440,190,050,420,1740К75(Х100)0,030,450,160,010,430,1441К75(Х100)0,030,600,220,010,580,2042К75(Х100)0,060,460,190,050,450,1943К80(Х120)0,040,440,160,020,420,1575а)б)Рис.
2.10. Изменение значения эквивалента углерода рассчитанного позависимостям –для Сэкв (формула МИС) (а) и для Рсм (б)При расчете Рсм снижение эквивалента углерода более значительно идостигает 18%.Следует обратить внимание на то, что количество углерода в аустените поотношению к его содержанию в химическом составе стали может отличаться до2 раз.
При этом, чем меньше углерода в стали, тем больше указанная разница.При распаде аустенита в процессе сварки, в случае образованиязакалочных структур, этот фактор будет влиять на количество углерода вмартенситнойфазе.Понижениеконцентрацииуглеродавмартенситеспособствует уменьшению степени тетрагональности его решетки, снижению76уровня напряжений, а, следовательно, склонности к образованию холодныхтрещин.При диффузионном распаде снижение количества углерода в аустенитнойфазе будет способствовать уменьшению или предотвращению образованияперлита.Выводы по Главе 2Проведенный анализ долевого участия легирующих элементов вформировании значения эквивалента углерода показывает, что:- для всех групп свариваемых сталей наблюдается тенденция по снижениювклада углерода в величину эквивалента углерода по мере прироста егозначения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
