12.02.2018

Мартенситные дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали


Авторы работы показали, что три мартенситные дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали марок 13-8Мо, 15-5РН, Custom 450 кристаллизуются в 100%-ный феррит. При охлаждении феррит почти полностью трансформируется в аустенит. При этом феррит сохранится до комнатных температур практически без каких-либо превращений. Автор работы утверждает, что ферритные пластинки находятся практически всегда в катаной стали марок 17-4РН, иногда в 15-5РН и Custom 455 и не содержатся в сталях марок 13-8Мо и Custom 455. С другой стороны, авторы работы нашли феррит в литой стали 13-8Мо. Автор работы показал наличие ферритных пластинок в стали 17-4РН (рис. 8.2) как в отожженном, так и в полностью упрочненном состоянии. Данный факт свидетельствует о том, что феррит может присутствовать в мартенситных дисперсионно-твердеющих сталях и при температуре окружающей среды. В катаной стали феррит будет вытянут вдоль направления прокатки (параллельно поверхности). Авторы работы предположили, что такое распределение феррита, если имеет место, может привести к заметно более низкой прочности и пластичности в направлении толщины металла, по сравнению с аналогичными свойствами в направлении прокатки.
При нахождении стали в аустенитном состоянии может быть применена гомогенизация как часть процесса отжига. Подобная гомогенизация, выполняемая выдержкой при температуре свыше 850 °С (1560 °F), инициирует тенденцию к снижению содержания феррита. Аустенит последовательно превращается в мартенсит по мере охлаждения до температуры окружающей среды. Известно, что температура начала мар-тенситного превращения для обеих сталей 17-4РН и 15-5РН равна примерно 132 °С (270 °F), а температура конца мартенситного превращения Mf составляет 32 °C (90 °F). Однако небольшое количество аустенита может сохраниться при температуре окружающей среды или даже при более низкой температуре. Авторы работы использовали спектроскопию Mossbauer для идентификации и определения количества остаточного аустенита в стали 13-8Мо. Они нашли аустенита примерно 1 % или менее в твердом растворе отожженного металла, а охлаждение до температуры минус 78 °C (минус 108 °F) существенно снижает содержание аустенита путем превращения в мартенсит. Итак, хотя обычно считают, что мартенситные дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали подвергаются единственной термической обработке, обработка холодом может быть также полезна.

После превращения основной части структуры дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали в мартенсит можно проводить старение для обеспечения дисперсионных выделений упрочняющей фазы и повысить прочность выше прочности образовавшегося мартенсита. Температура старения для получения максимальной прочности зависит от природы образовавшихся дисперсионных выделений. Факт старения обозначают буквой “Н”, которая следует за значением температуры в градусах Фаренгейта, при которой проводили старение (например, H900 или H1150). В табл. 8.3 приведены механические свойства дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталей в зависимости от конкретного вида термической обработки.
Природа дисперсных выделений, упрочняющих указанные стали, зависит от присутствующих легирующих элементов. По поводу характера конкретных дисперсных выделений проводилась дискуссия. Выделения, богатые медью, образуются в сталях 17-4РН и 15-5РН. Автор работы сообщил также о нахождении богатого хромом феррита (альфа-прим) и карбидов в стали 17-4РН. Авторы работы идентифицировали P-NiAl как основную упрочняющую дисперсную фазу в стали 13-8Мо, хотя в указанной стали также присутствовали карбиды и фазы Лавеса. Интерметаллид Ni3Ti (также известный как гамма-прим-фаза) является основной упрочняющей фазой в сталях Custom 455 и марки 635, содержащих титан. Фазы Лавеса, содержащие железо, молибден и ниобий, рассматривают как упрочняющие дисперсные выделения в стали Custom 450.

При старении некоторых сталей, по крайней мере, может иметь место повторное появление аустенита. Авторы работы отмечали, что такое появление имело место при старении стали 13-8Мо. Увеличение содержания аустенита примерно на 1 % происходило при старении при температуре 565 °C (1050 °F) и ниже. Однако старение при температуре 595 °C (1100 °F) или 621 °C (1150 °F) привело к образованию примерно 15 % аустенита после охлаждения до комнатной температуры. Как было установлено, повторный аустенит отличается от остаточного повышенным содержанием никеля и марганца и крайне устойчив к мартенситному превращению. Подобным образом в работе установлено увеличение содержания аустенита с 1,5 % в нержавеющей стали 17-4РН в состоянии после отжига твердого раствора или старения при температуре 480 °C (900 °F) до 5,5 % после старения при температуре 595 °C (1100 °F). Последующая длительная выдержка при низких температурах от 425 до 480 °C (от 800 до 900 °F) в течение нескольких тысяч часов дает сформироваться 18 % аустенита. Также отмечалось, что появление альфа-прим-фазы при длительном старении связано с охрупчиванием при температуре 475 °C (885 °F), что рассмотрено ранее.

Данные табл. 8.3 характеризуют влияние излишне длительного старения на механические свойства мартенситных дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталей. Согласно этой таблице максимальная прочность достигается при минимальной температуре старения. Более высокие температуры обеспечивают упрочнение по сравнению с условиями отжига твердого раствора. Однако более высокие температуры отжига обеспечивают повышение пластичности. Считали, что снижение прочности с ростом температуры старения происходит благодаря огрублению дисперсионных выделений и потере когерентности выделений с матрицей. В то же время авторы работы опровергают это, установив, что выделения P-NiAl в стали 13-8Мо остаются когерентными даже после отжига при температуре 620 °C (1150 °F). При этом снижение прочности связано с образованием повторного аустенита в стали. Аустенит имеет значительно более низкую прочность, чем мартенсит.





Яндекс.Метрика