скачать PDF

Аннотация

Статья посвящена изучению возможности использования корозионностойкой и жаропрочной стали 13Х12Н2В2МФ для изготовления запорной арматуры и деталей нефтяных насосов. Технические условия для сталей этого класса сводятся к требованию стойкости по отношению к коррозии и уровней ударной вязкости KCV при –60°С более 24,6 Дж/см2, а также пределов текучести и прочности более 650 и 800 МПа соответственно. Сложность ситуации заключается в том, что изготавливаемые детали могут иметь разную массу, поэтому для них скорость охлаждения от температур высокого отпуска после закалки изменяется в довольно широких пределах. При замедленном охлаждении массивных деталей из высокохромистых сталей может возникнуть обратимая отпускная хрупкость, усиленная выделениями карбидной фазы, что резко понижает ударную вязкость. В первой части исследования была поставлена цель выяснить влияние температуры отпуска на механические свойства стали при комнатной температуре. Анализ полученных данных позволил заключить, что ни при одной температуре двухчасового отпуска не удаётся достигнуть требуемого сочетания механических свойств, хотя результаты для отпуска при 750 °C максимально близки к нему. Попытки использовать двукратный отпуск при 750°C оказывались успешными только в отдельных случаях, что произошло, вероятно, в силу следующих причин. Как показала дилатометрия, при 750°C начинается образование аустенита, которое идет по изотермическому варианту, то есть количество образующегося аустенита возрастает по мере повышения длительности выдержки. Если прекратить выдержку и провести охлаждение, то возникшая порция аустенита превращается в мартенсит. Следовательно, первый отпуск фактически является межкритической закалкой. Поэтому во второй части исследования была сознательно реализована межкритическая закалка образцов при температурах первого отпуска от 750 до 800°C, причем температура второго отпуска была снижена до 700°C (выдержка 2 ч, воздух), чтобы убрать упрочняющий эффект от свежего мартенсита. Результаты экспериментов показали, что с повышением температуры межкритической закалки величина δ (пластичность) непрерывно возрастает, а прочностные свойства снижаются. Значения KCV–60 оказываются очень высокими, причём увеличиваются с повышением температуры в межкритическом интервале. Этот эффект в основном связан с продолжающимся высоким отпуском не превратившегося в аустенит мартенсита, хотя выделение и коагуляция карбидных частиц могут оказать некоторое влияние. Однако требуемого сочетания механических свойств и в этих опытах достигнуто не было. Стало очевидным, что температура второго отпуска 680–700°C оказалась завышенной, но теперь по причине очень сильного снижения пределов прочности и текучести у той доли исходного мартенсита, которая в ходе первого отпуска превращается сначала в аустенит, а после охлаждения последнего ниже точки Мs – в свежий мартенсит. Его прочность при любой температуре отпуска выше, чем у исходного мартенсита, отпущенного при температурах межкритического интервала. Итак, повышение температуры первого отпуска повышает конечную ударную вязкость, тогда как снижение температуры второго отпуска увеличивает свойства прочности. Выбор температур первого и второго отпуска является многовариантным поиском, требующим обширных исследований. Мы ограничились одним дополнительным режимом, согласно которому температура первого отпуска была принята равной 765, а второго 635°C. Достигнутые величины механических свойств удовлетворяют требованиям к изделиям, причём имеется запас по ударной вязкости, который важен для массивных деталей.

Ключевые слова

Сталь 13Х12Н2В2МФ; межкритическая закалка; отпуск; прочность; ударная вязкость.