Экономнолегированные мартенситностареющие стали

Высокая стоимость мартенситностареющих сталей привела к созданию целого ряда экономнолегированных сталей.

Особенностью этих сталей является то, что они: 1) содержат больше углерода (01 % С), чем высоконикелевые мартенситностареющие стали; 2) в них нет кобальта и существенно снижено количество никеля, молибдена.

Некоторые марки этих сталей, разработанных Л.С. Малиновым и И.К. Коротич, таковы: 08Х2Н(3-5)МФЮ, 08Х2Н(3-5)МФДЮ, 08ХЗГ(5-6)МФД2.

После закалки эти стали имеют 25-30 HRC, также как и классические мартенситностареющие стали. После старения при температуре 500-550С их твердость составляетHRC45-50.

Такого уровня прочности, какой достигается в классических сталях, у экономнолегированных получить нельзя (_в = 1200-1300МПа,_т = 1000 МПа,=12-14 %, =50-60 %,KCU= 0,4-0,5 МДж/м²). Хотя уровень прочности экономнолегированных сталей незначительно превышает уровень прочности улучшенных сталей, но они обладают рядом технологических преимуществ: хорошей свариваемостью, высокой размерной стабильностью в процессе термообработки и эксплуатации, простотой и малой трудоемкостью механической обработки, отсутствием обезуглероживания и коробления при термообработке и др.

Малоникелевые мартенситностареющие стали (04Х2Н5МФЮ, 04Х2Н5МФДЮ) после закалки или нормализации имеют высокий комплекс механических свойств. При прочности_в = 970-1030 МПа,_0,2 =880-940 МПа, они обладают хорошей пластичностью= 12-16 %,= 60-65 % и ударной вязкостьюKCU⁺²⁰ = 1,1-1,2 МДж/м²иKCU^–60 = 0,7 МДж/м². После старения при 450-550 °С в начальный период выдержки (до 0,5 ч) наблюдается интенсивное повышение прочностных характеристик и уменьшение ударной вязкости. Пластические свойства изменяются незначительно. После старения при 600-650 °С происходит уменьшение прочностных характеристик, повышение пластичности и ударной вязкости. Лучшее сочетание твердости, прочностных, пластических свойств и ударной вязкости для исследуемых сталей наблюдается после старения при 550 °С в течение 1-3 ч. Для стали 04Х2Н5МФДЮ при твердостиHRC41-42 –_в = 1300-1330 МПа,_0,2 = 1260-1280 МПа,=10-11 %,= 52-54 %; для стали 04Х2Н5МФЮ при твердостиHRC39-40 –_в= 1260-1280 МПа,_0,2 =1220-1240 МПа,= 10-11 %,= 55-66 %.

Исследования ХТО экономнолегированных мартенситностареющих сталей показали, что приблизительно в 1,5-2 раза сокращается время цементации и азотирования, эти стали хорошо борируются.

Механические испытания стали 05Х2Н5МФДЮ после старения при 500°С 2ч показали, что предварительная высокотемпературная деформация при 900°С на 30 % по сравнению с недеформированным состоянием обеспечивает весьма небольшое повышение _в и_0,2(не более, чем на 100-150 МПа соответственно). Но после такой обработки наблюдается тенденция к повышению пластичности, а также некоторое повышение ударной вязкости. Благоприятное влияние ВТМО на ударную вязкость реализуется лишь после старения в интервале 450-600 °С, в котором имеет место охрупчивание стали, связанное с развитием процессов дисперсионного твердения. Изменение при ВТМО температуры деформации в интервале 900-850 °С, а также степени обжатия от 30-45 % существенно не сказывается на получаемый комплекс свойств, при понижении степени обжатия до 15 % эффект ВТМО уменьшается. ВТМО обеспечивает снижение склонности исследованной стали к хрупкому разрушению в состаренном состоянии.

ВТМО благоприятно сказывается и на сопротивлении мартенситностареющих сталей усталостному разрушению. Деформация при 900° на 30 % обеспечила после отпуска 500 °С увеличение предела циклической прочности, определенного на базе 10⁷циклов, на 10 % и в 1,5-4 раза повысила количество циклов до разрушения в области ограниченной выносливости. Так как этот эффект наблюдается при весьма небольшом увеличении статической прочности, можно предполагать, что ВТМО заметно затрудняет развитие трещин при усталостном разрушении.

В монографии С.Р. Бирмана 6приводятся результаты исследования экономнолегированных мартенситностареющих сталей общего назначения и нержавеющих сталей.