12.02.2018

Аустенито-ферритные системы легирования: ранние диаграммы и соотношения эквивалентов


Наибольший интерес в прогнозировании структуры металла швов нержавеющих сталей имели аустенитные и аустенито-ферритные системы легирования. Интерес этот зародился в 1920 г., когда Strauss и Maurer представили хромоникелевую диаграмму, которая позволяла прогнозировать различные фазы микроструктуры, вызванные медленным охлаждением сталей. Диаграмма включала только линии фазовой стабильности для аустенита, мартенсита, троостосорбита (архаичный термин, относящийся к умеренному мартенситу и бейниту) и перлита. Вид диаграммы послужил моделью для многих следующих диаграмм. По осям у их откладывалось процентное содержание никеля и хрома. Соответственно диаграмма иллюстрировала эффект от влияния каждого элемента на микроструктуру сплава.

В 1939 г. диаграмма Strauss-Maurer была изменена авторами, которые добавили феррито-аустенитные линии стабильности. Эта преобразованная диаграмма показана на рис. 3.1. На диаграмме используются оси Strauss-Maurer, которые представляют действительное содержание хрома и никеля.
Левая сторона диаграммы (где линии изображены вогнутыми вверх) содержит линии, предложенные авторами; правая сторона диаграммы является вкладом авторов. Использование кривых линий существенно. Оно стало образцом для исследований в течение последующих 30 лет. На этой диаграмме содержание никеля находится в пределах от 0 до 28 %, хрома - от 0 до 26 %. Диаграмма использовалась для прогнозирования содержания различных фаз в верхних пределах номинального состава по углероду, кремнию и марганцу в листовом прокате нержавеющей стали и в сварных швах. Авторы включили в диаграмму области фаз для аустенита, феррита, мартенсита, перлита, троостосорбита и смесей этих фаз. Хотя диаграмма была разработана для катаного металла, отношения аустенит-феррит также точны и для сварных швов, потому что масштаб диаграммы относительно груб и эффект охлаждения (обрабатывающей процедуры) замаскирован неопределенностью диаграммы.

Авторы работы вывели уравнение для определения стабильности аустенита на предыдущей диаграмме, основанное на химическом составе сплавов. Они считали, что другие элементы наравне с хромом и никелем также имеют влияние на микроструктуру. Их формула была разработана для того, чтобы определить, действительно ли конкретные хромоникелевые стали могли быть применены для производства бесшовных труб. Чтобы позволить инструменту успешно проникнуть в заготовку, необходимо было выполнить условия, при которых сплав был бы свободен от ферритных образований. Уравнение Newell-Fleischman для границы аустенит-аустенит + феррит имеет вид
В уравнении (3.1) и уравнениях, приведенных далее, химические символы указывают в процентах по массе соответствующего элемента. Согласно уравнению, хром является вдвое более слабым ферритообразователем, чем молибден, а аустенизирующая способность углерода в 30 раз выше, марганца — вдвое ниже, чем никеля. Многие исследования по усовершенствованию структурных диаграмм по прогнозированию микроструктуры металла швов были сосредоточены на определении коэффициентов для подобных формул, которые были названы уравнениями хром-эквивалент и никель-эквивалент.

Во время Второй мировой войны главной темой исследований стал вопрос об использовании электродов из нержавеющей стали для сварки брони. В 1943 г. авторы работы в исследовании по сварке брони определили, что уравнение Newell-Fleischman не может применяться непосредственно для наплавки сварных соединений. Чтобы учесть более высокие скорости охлаждения при сварке по сравнению со скоростями охлаждения при прокатке, слагаемое 8 было заменено на 11:
При этом преимущественно в аустенитном металле шва в состоянии непосредственно после сварки было обнаружено определенное количество феррита, несмотря на более высокое содержание никеля. Чтобы отделить ферритообразующие элементы (справа) от аустенитообразующих, уравнение (3.2) было представлено в виде
Другие исследователи тоже пришли в выводу, что различные легирующие элементы могут группироваться вместе в эквивалентных соотношениях. В исследовании металла швов 25Сr—20Ni авторы работы показали, как комбинация хрома, молибдена и ниобия влияет на микроструктуру и свойства сплавов. Они представили соотношение
Основываясь на диаграммах равновесия, автор работы показал отличие влияния различных легирующих элементов по сравнению с хромом на расширение гамма-области. Он утверждал, что это удобно для выражения влияния различных легирующих элементов по отношению к хрому, обычно присутствующему практически во всех сталях, работающих при повышенных температурах, а также он наименее эффективен среди легирующих элементов сплава в устранении аустенитной фазы (т. е. способствует образованию феррита) в железе. Согласно работе, значения хром-эквивалент приведены в табл. 3.1. Изучая влияние легирующих элементов на межкристаллитную коррозию в низкоуглеродистых аустенитных хрооникелевых сталях, авторы работы представили уравнение для определения границы стабильного аустенита и дельта-феррита:
С этой же целью автор работы представил линейное уравнение, которое включило выражение для дополнительных элементов:
Эти линейные уравнения стали предшественниками линейных диаграмм, которые используются и в настоящее время.





Яндекс.Метрика