Низкоуглеродистые мартенситные стали

Возможность получения мартенситной структуры в низкоуглеродистых строительных сталях при охлаждении на воздухе связана с увеличением устойчивости переохлажденного аустенита при определенном соотношении углерода и легирующих элементов. При концентрации в стали 0,04–0,12 % С в сочетании с легированием Cr,Mn,Ni,Mo(суммарное содержание легирующих элементов 3–5 %) обеспечивается высокая устойчивость аустенита в области перлитного превращения. При этом бейнитное превращение практически отсутствует (кривые начала и конца бейнитного превращения на термокинетической диаграмме значительно сдвинуты вправо и вниз), а мартенситная точка остается на уровне 400 ºС. Высокая устойчивость переохлажденного аустенита и сравнительно высокая температура М_нобусловливает малую величину остаточных напряжений после охлаждения. Это вызвано малой скоростью охлаждения на воздухе, минимальным объемным эффектом при мартенситном γ→α превращении, возможностью релаксации напряжений при высокой температуре М_н. После охлаждения на воздухе (нормализации) в низкоуглеродистых мартенситных сталях (НМС) формируется структура реечного мартенсита с высокой плотностью дислокаций и малыми поперечными размерами мартенситных кристаллов, что обеспечивает повышенную прочность σ_в= 800–1000 МПа. В то же время из-за низкого содержания углерода подвижность дислокаций достаточно высока, поэтому наблюдается высокая пластичность (δ = 15–20 %; ψ = 65–70 %) и ударная вязкость (KCU= 1,0–1,5 МДж/м²). Введение в сталь карбидообразующих и нитридообразующих элементов (V,Nb,Al) и азота обеспечивает дисперсионное упрочнение и мелкозернистость. Кроме того, образование карбонитридов уменьшает содержание углерода в мартенсите, что повышает сопротивление хрупкому разрушению. Структура реечного мартенсита, получаемая в результате закалки НМС, сохраняется до температур отпуска 500–550 ºС. Следует отметить лишь некоторое снижение плотности дислокаций и появление чрезвычайно дисперсных карбидных выделений. В связи с этим после отпуска при 500–550 ºС характеристики прочности и пластичности НМС практически не изменяются. Процессы полигонизации и рекристаллизации в НМС и связанное с ними снижение характеристик прочности наблюдается при температурах отпуска 600 ºС и выше.

Высокая прокаливаемость, низкое содержание углерода и особенности структуры пакетного мартенсита является причиной того, что НМС обладают целым рядом технологических преимуществ перед среднеуглеродистыми конструкционными сталями:

1) формирование мартенситной структуры происходит в процессе последеформационного охлаждения на воздухе, т.е. исключается закалка как отдельная операция;

2) в сталях формируется низкий уровень закалочных напряжений вследствие низкой скорости охлаждения, что вместе с более высокой релаксационной способностью низкоуглеродистого мартенсита, образующегося при высокой М_н, обеспечивает малое коробление и деформацию в результате закалки. За счет этого отпадает необходимость в проведении правки закаленных изделий;

3) НМС обладают хорошей свариваемостью.

Указанные технологические преимущества позволяют применять НМС для изготовления термоупрочненного проката различного сортамента.

Примерами низкоуглеродистых мартенситных сталей могут служить: 14Х3МФАДЮ, 14Х3Г2МФАДЮ, 08Х2Н5МФБ.