высокопрочная низколегированная сталь для магистральных трубопроводов

По сравнению с неметаллами серой и фосфором, склон­ность к центральной сегрегации исследованных элементов, от­носящихся к металлам, значительно ниже и убывает по мере снижения разницы в величине атомных радиусов Fe и соответ­ствующих химических элементов (табл. 22). Тем не менее, по­вышение концентрации рассматриваемых элементов в узкой центральной полосе в 1,5...3 раза по сравнению с плавочным анализом приводит к существенному изменению структуры и физико-механических свойств этой зоны листа, что влечет за собой значительные последствия в отношении ряда важных технологических и эксплуатационных свойств, например, склонности к растрескиванию в Н2S-содержащих средах, сва­риваемости и др.

Обогащение центральной сегрегационной зоны .элемента­ми, оказывающими влияние на кинетику распада аустенита при охлаждении после горячей деформации, приводит к фор­мированию структуры в центре листа, отличающейся по своим параметрам от структуры основного металла. На рис. 78 пока­зана микроструктура основного металла и центральной сегре­гационной зоны листов из опытных сталей, выявленная путем химического травления в 4% -ном спиртовом, растворе HNO3.

Для количественной оценки степени структурной неодно­родности металла, обусловленной центральной сегрегацией химических элементов, введен показатель dН, характеризую­щий разницу между микротвердостью в зоне сегрегации H^л и в основном металле H^| готового листа (dН = Н^пл - Н"^м), а также коэффициент К(Н), характеризующий отношение мик­ротвердости в зоне сегрегации к микротвердости основного ме­талла (К (Н) = Нц/Нн). Микротвердость сегрегационной зоны была существенно выше, чем у основного металла вследствие образования бейнитообразных продуктов распада аустенита. Установлено, что с понижением содержания углерода в иссле­дованных пределах от 0,19% С (сталь 17Г1С-У) до 0,03% С (сталь 03Г1Б) уменьшается разница между величиной средних значе­ний микротвердости структурных составляющих основного ме­талла (Нн 1,96) и зоны центральной сегрегации (Нц 1,96) от I 160 до 100 (табл. 23), а также соответственно снижается коэффици­ент сегрегационной структурной неоднородности К(Н) со зна­чений 1,79 до 1,06, что свидетельствует о весьма существенном росте однородности структуры металла по толщине проката.

Положительное влияние уменьшения содержания углерода на центральную сегрегацию исследованных сталей можно объя

Таблица 23.  Количественные характеристики микроструктуры основного металла и осевой зоны опытных сталей

яснить по 8 -ферритному углу диаграммы состояния Fe-С (рис. 79) [114]. Нанесем на эту часть диаграммы вертикальные линии, соответствующие содержанию углерода в исследован­ных сталях. При охлаждении из области L (из жидкого состоя­ния) сплавов, содержащих менее 0,10% С, первичная кристал­лизация происходит путем превращения жидкости L в 5- фер­рит и заканчивается при температурах линии солидус А-Н. Для низколегированных сталей это содержание углерода составля­ет не более 0,08 - 0,09% [115], для исследуемых сталей 03Г2Фб и 08Г2ФБ - 0,03%С и 0,08% С соответственно. При последующем охлаждении 8-феррит превращается в фазу у (аустенит) в ин­тервале температур, ограничиваемом линиями NH и HJ (нача­ло и окончание 5 -» у превращения). Чем меньше содержание углерода, тем шире температурный диапазон существования 8-феррита и больше продолжительность пребывания металла в этой области (рис. 80). С учетом того, что диффузионная по­движность атомов углерода и примесей в 5-феррите на несколь­ко порядков превышает скорость их диффузии в аустените [116], увеличение продолжительности пребывания металла в области 5-феррита приводит к более гомогенному перераспре­делению атомов примесей из зон их сегрегации (из межденд­ритных областей) по всему объему. Таким представляется меха­низм положительного влияния уменьшения содержания угле­рода на снижение центральной сегрегации в непрерывнолитых листовых заготовках и изготовленных из них листах.

Рис. 79. Верхний 5 -ферритный участок диаграммы Fe-C. Вертикальные штриховые линии соответствуют содержанию углерода в исследованных сталях

При концентрациях углерода больших, чем в точке Н (>0,10%С) в условиях охлаждения из жидкого состояния при 1499 °С (в низ­колегированных сталях при 1495 - 1510 °С [115]) протекает изотер­мическая перитектическая реакция L + 5 -» у с образованием аустенита, концентрация которого соответствует точке J. При содержании углерода в пределах 0,10 - 0,16% (сталь 10Г2ФБ) избыточная фаза 5 превращается в фазу у в интервале темпера­тур ниже 1499 °С до температур, ограничиваемых линией JN.

При большем содержании углерода (>0,16%, сталь 17Г1С-У) после окончания перитектической реакции избыточная жид­кая фаза превращается в фазу в интервале температур ниже 1499 °С до температур, ограничиваемых линией JC. Отсутствие в последнем случае фазы    во всем температурном интервале

Рис. 80. Зависимость температурного интервала пребывания металла в 5 -ферритной области от содержания углерода в исследованных сталях

ниже линии перитектического превращения (1499 °С) особо негативно отражается на однородности литого металла и гото­вого проката, что видно на примере данных, полученных для стали 17Г1С-У.

Таким образом, на основании изложенного можно сделать вывод о том, что снижение содержания углерода в низколеги­рованных непрерывнолитых сталях различных систем легиро­вания приводит к значительному ослаблению центральной сег­регации в НЛЗ и листах. Балл осевой ликвации в НЛЗ из иссле­дованных сталей снижается от 4 до 1 при оценке по ОСТ 14-4 - 73 и от 5 до <2 при оценке по методике Mannesmann при уменьшении содержания углерода с 0,19% до 0,03%. При переходе от стали 17Г1С-У с 0,19% С к стали 03Г1Б с 0,03% С коэф­фициенты сегрегации отдельных химических элементов в НЛЗ уменьшились: K(S) - в 3 раза, К(Р) - в 2 раза, K(Nb), K(C), К(Мп) - в 1,5 раза.

Показано, что по возрастанию склонности к центральной сегрегации химические элементы в низколегированных сталях располагаются в последовательности: Mn->V-»C->Nb-»P-»S.

Структурная неоднородность, выраженная с помощью ко­эффициента К(Н), равного отношению средних микротвердостей осевой зоны и основного металла в исследованных сталях, снижается по мере уменьшения содержания углерода от 1,79 (сталь 17Г1С-У) до 1,06 (сталь 03Г1Б), что обусловлено измене­нием типа микроструктуры в осевой зоне.

Ослабление интенсивности сегрегации химических элемен­тов в непрерывнолитой металле по мере уменьшения содержа­ния углерода (особенно <0,08%) связано с расширением тем­пературной области существования 8 -феррита на диаграмме превращения Fe-С при охлаждении после первичной крис­таллизации и с усилением благодаря этому процессов гомоге­низации, протекающих в 5 -феррите со скоростями, на не­сколько порядков большими, чем в аустените.