12.02.2018

Другие диаграммы легирования нержавеющих сталей


Существует ряд других структурных диаграмм, отличных по форме, которые были предложены разными исследователями. Диаграмма авторов для оценки содержания феррита в литых аустенитных сталях была получена из диаграммы Шеффлера, однако ее конечный вид совсем другой. Schoefer модифицировал эквиваленты Шеффлера для использования их в своей диаграмме:
Эти преобразования должны были трансформировать координаты диаграммы Шеффлера так, чтобы их началом стала точка, в которой сходятся изоферритные линии. Таким образом, отношение преобразованного хром-эквивалент к преобразованному никель-эквивалент является обратной величиной наклона изоферритных линий. Обратная величина была выбрана так, чтобы отношение состава увеличивалось непосредственно с ростом содержания феррита. Поэтому связь отношения состава и содержания феррита представлена на диаграмме Schoefer отдельной кривой, что и показано на рис. 3.9. Первоначальная диаграмма Schoefer сосчитана относительно процентного содержания феррита и затем была обновлена так, чтобы включить значения FN.
Авторы работы предложили новую форму структурной диаграммы для литых нержавеющих сталей и металла шва. Она содержит ферритообразующий хром-эквивалент (CrжF), который расположен на графике вдоль горизонтальной оси (рис. 3.10). Мартенситообразующий хром-эквивалент (CrэкМ) расположен вдоль вертикальной оси. Эти два эквивалента позволяют подсчитать эффект от влияния всех легирующих (относительно хрома) элементов на формирование дельтаферрита и мартенсита, соответственно, и эффективны при рассмотрении потенциала легирующих добавок:
Диаграмма сложная и требует определения значений Kf и Km с использованием графика, включенного в состав диаграммы. К диаграмме также было приложено несколько примечаний:

1) допустимо содержание азота приблизительно 0,02 % для сталей, не легированных азотом (за исключением марок, легированных титаном или алюминием);

2) для сталей, содержащих более 5 % никеля, эквивалент формирования феррита для никеля вычисляется по выражению 2,5 + % Ni;

3) для сталей, легированных титаном или ниобием, в расчеты необходимо включать элемент, присутствующий в твердом растворе (приблизительно 80 % от его содержания), а количество углерода должно быть снижено на 1/4 и 1/7,5 относительно содержания карбидов титана или ниобия, соответственно (для сталей, содержащих приблизительно 0,1 % углерода). Отмечалось, что диаграмма авторов более точно прогнозировала микроструктуру в области существования тройной микроструктуры: мартенсит—феррит-аустенит.

Другая форма структурной диаграммы для металла швов сталей системы Fe-Mn-Ni-Al была предложена авторами работы. В этой диаграмме (рис. 3.11) по оси х отложено процентное содержание алюминия, а по оси у - никель-эквивалент, рассчитываемый по формуле
Авторы отмечают, что в этой системе а- и е-мартенсит может формироваться из аустенита и что микроструктура, спрогнозированная верхним правым углом диаграммы, является очень схожей с микроструктурой металла шва нержавеющей стали марки 308, которая характеризуется аустенитной матрицей и структурой дельта-феррита, богатой алюминием. Диаграмма подобна диаграмме Шеффлера, однако имеет большое отличие в значении коэффициента марганца. Возможно, это явилось следствием того, что авторы работы сконцентрировали свое внимание на стабильности аустенита относительно формирования мартенсита при низкой температуре, а не на стабильности аустенита относительно формирования феррита при высокой температуре.
На протяжении многих лет диаграмма DeLon-WRC широко использовалась и являлась основой для определения FN при сварке аустенитной нержавеющей стали, о чем свидетельствует ее включение в стандарт ASME "Boiler и Pressure Vessel Code" ("Котлы и сосуды давления") и в другие стандарты. Однако исследователи продолжали изучать влияние определенных элементов и предлагать модификации коэффициентов, уравнений и диаграмм для улучшения прогнозирования FN. Определение коэффициента для марганца было предметом многочисленных исследований со времен разработки Шеффлером диаграммы.
Автор работы использовал литье в кокиль нержавеющей стали с высоким содержанием марганца для моделирования металла сварного шва с целью переработки части диаграммы Шеффлера, которая показывает границу: аустенит—дельта-феррит (рис. 3.12). Формулы включали большое количество потенциальных легирующих элементов для нержавеющих сталей. Эквивалент никеля содержит квадратичный член для марганца (0,11 Mn — 0,0086 Mn2), который показывает, что марганец по мере роста его концентрации ослабляет свое влияние как аустенизатор, а при очень высоких концентрациях способствует образованию феррита. Автор работы изучил аустенитные нержавеющие стали, упрочненные азотом, в которых содержание марганца было до 15 %, и обнаружил, что наличие марганца как аустенитообразующего элемента незначительно влияет на микроструктуру. Он пришел к выводу, что аустенизирующая способность марганца может быть представлена в виде постоянной величины, равной 0,87, что предпочтительнее числового коэффициента при концентрации марганца.

Авторы работы выявили, что диаграмма Делонга недостаточно отражает значение ферритного числа металла шва при содержании марганца более 2,5 %. Они также определили, что аустенизирующая способность марганца может быть представлена в виде постоянной, но ее значение, равное 0,35, было меньше, чем предложено автором работы. Лучшее совпадение между измеренными и прогнозируемыми значениями FN для широкого диапазона содержания марганца вплоть до 12,5 % было найдено при использовании измененной формулы никель-эквивалент:
Автор работы определил эквиваленты для возможности использования диаграммы Шеффлера:
где kn — переменный коэффициент, равный при содержании азота от 0 до 0,2 % — 30; от 0,21 до 0,25 % — 22 и от 0,26 до 0,35 % — 20.

Это указывает на то, что азот менее эффективен как аустенитообразующий элемент с увеличением его содержания в стали.

Авторы работы изучили нержавеющие стали типа 18Cr-9Ni с высоким содержанием уровня марганца и азота и пришли к выводу, что процесс взаимодействия марганца и азота достаточно сложен:
Это модифицированное выражение никель-эквивалент было предназначено, чтобы использовать диаграмму Делонга. Фактор активности азота был центром многих исследований. Постоянные коэффициенты для азота: 13,4; 14,2; 18,4 и 20 были определены разными исследователями. Авторы работы определили значение коэффициента, равное 30 для прогнозирования FN, но для прогнозирования эффекта влияния азота на характер затвердевания коэффициент должен быть равен 18. Авторы работы установили, что коэффициент для азота в формуле никель-эквивалент в большей степени зависит от состава металла. В их исследованиях значение коэффициента для азота менялось от 8 до 45.

Авторы работы также определили, что при содержании молибдена значение коэффициента должно быть равным 1,5. Это согласуется с большинством опубликованных значений коэффициента, которые менялись от 1 до 2. В 1983 г. автор работы вновь исследовал эффект влияния молибдена при определении содержания феррита. Он показал, что диаграмма Делонга завышает значение ферритного числа, если в хром-эквивалент ферритообразующая способность молибдена равна таковой для хрома. Для того чтобы исправить это превышение, он предложил заменить коэффициент у молибдена на 0,7 в уравнении хром-эквивалент.

Автор работы также исследовал коэффициент для кремния в уравнении хром-эквивалент и нашел, что его значение, равное 1,5, используемое и в диаграмме Шеффлера и в диаграмме Делонга, завышает влияние кремния. При исследовании сварных швов, содержащих кремния от 0,4 до 1,38 %, он определил, что коэффициент 0,1 для кремния был более правильным. Авторы работы сообщили о нелинейном влиянии кремния на формирование феррита. Они пришли к выводу, что при наличии кремния менее 2 % влияние его очень мало, но оно возрастает при более высоком содержании кремния.





Яндекс.Метрика