2.1 Характеристика исследуемых сталей

Исследования выполнены на фрагментах труб из сталей контролируемой прокатки, химический состав и механические свойства которых приведены в таблицах 2.1 и 2.2.

Как видно из представленных данных все стали относятся к низколегированным Si - Mn сталям.

как марганец, никель, хром, а в некоторых составах медь и молибден, способствует торможению распада аустенита в перлитной области. Указанные элементы снижают скорость диффузии углерода из твердого раствора в зону образования цементита, обеспечивая его сохранение в матрице сплава до более низких температур.

Как видно, сталь категории прочности К65 относятся к низколегированным сталям системы легирования Si - Мп. Отличительной особенностью ее химического состава от традиционных кремне-марганцевых трубных сталей является пониженное содержание углерода и дополнительное микролегирование сильными карбидообразующими элементами. В частности, содержание углерода в сталях категории прочности К65 находится на уровне 0,04-0,06 %.

Отличительной особенностью химического состава стали 10Г2ФБЮ от традиционных кремне-марганцевых трубных сталей является дополнительное микролегирование сильными карбидообразующими элементами. Основу микролегирования рассматриваемой стали составляет ванадий. Его содержание колеблется в пределах 0,05-0,12%. А также ниобием Nb около 0,05 %. Суммарное содержание карбидообразующих элементов (Nb+V+Ti) в исследованной плавке составляет 0,167 %. Модифицирование остающихся в структуре стали сульфидов за счет обработки кальцием (при соотношении l,50,14) обеспечивает их коагуляцию и более равномерное распределение по объему металла.

Все указанные карбидообразующие элементы образуют близкие по стехиометрическому составу карбиды типа Ме2С и МеС, сохраняющиеся в составе стали при последующем нагреве до температур в районе 1100- 1200 °С. При наличии температурно-временных условий для протекания

процесса карбидообразования указанные элементы могут вывести из

твердого раствора и связать в стойкие карбиды около 0,01-0,02 % углерода.

На рисунках 2.1-2.3 представлены фотографии микроструктуры исследуемых сталей.

а) х200              б)х500

Рисунок 2.1 - Микроструктура стали 17ГС

а) х200              б) х500

Рисунок 2.2 - Микроструктура стали 10Г2ФБЮ

а) х200              б) х500

Рисунок 2.3 - Микроструктура стали Х80

Как видно из рисунка 2.1, сталь 17ГС имеет ферритно-перлитную микроструктуру, где перлит имеет строчечное распределение. Содержание ферритной фазы около 60-65 %.

В исходном состоянии структура стали 10Г2ФБЮ состоит преимущественно из мелкодисперсного феррита и незначительной, около 20 %, доли бейнита. Обращает внимание разнозернистость феррита (диаметр зерна колеблется от 5-7 микрон до 30 микрон), что характерно для сталей контролируемой прокатки. Структура имеет незначительную строчечность.

Для того чтобы обеспечить категорию прочности К65, требуется переход от ферритно-перлитной микроструктуры, характерной для стали категории прочности К60, к ферритно-бейнитной (К65) (рисунки 2.2 и 2.3).

Принятый комплекс механических характеристик высокопрочных сталей определяет требования к их структурно-фазовому составу. В частности, по данным ряда исследований, сталь с а0)2 ^ 550 МПа должна иметь структуру, состоящую из смеси не менее 50% бейнита и мелкозернистого феррита с размером зерна 4-5 мкм с дисперсионным упрочнением частицами карбонитридных фаз [11, 52, 58]. Для обеспечения предела текучести на уровне 690 МПа в структуре стали должно содержаться не менее 80 % бейнита. Более высокие значения ст0,2, порядка 740 МПа обеспечиваются при практически полностью бейнитной структуре или смеси бейнита с небольшим (до 20 %) количеством мартенсита [15].

Таблица 2.1 - Содержание химических элементов в сталях Х80, 10Г2ФБЮ и 17ГС

Таблица 2.2 - Механические свойства сталей Х80, 10Г2ФБЮ и 17ГС