Введение сильных карбидообразующих элементов — титана и ниобия—в 5%-ные хромистые стали понижает способность этих сталей к закалке (табл. 13—15).
Титан и ниобий, соединяясь с углеродом, понижают содержание его в твердом растворе, переводя углерод в устойчивые карбиды. По всей вероятности, температура полного растворения карбидов титана и ниобия в этих сталях значительно выше, чем карбидов хрома, поэтому они при обычных режимах термической обработки в реакции не участвуют.
Механические свойства сталей относятся к случаю свободного охлаждения их на воздухе. Стали с титаном и ниобием не закаливаются на воздухе, в то время как 5%-ная хромистая сталь при этих же условиях горячей обработки закаливается в значительной степени. Эта особенность сталей с титаном и ниобием послужила основанием к применению их в качестве присадочного материала при сварке 5%-хромистых сталей. Особенно рекомендуется использовать в качестве присадочного материала сталь с ниобием, так как последний в противоположность титану при сварке не выгорает.
Можно рассмотреть влияние присадок титана и ниобия к 3—5%-ным хромистым сталям на их закаливаемость и изменение ударной вязкости после нагревов в интервале отпускной хрупкости. Показано влияние двухчасового отпуска при различных температурах на ударную вязкость сталей с добавкой молибдена и титана и без них, предварительно нагретых до 900° С и охлаждённых на воздухе. 5%-ная хромистая сталь без добавок после охлаждения с 900° С на воздухе вследствие частичной закалки имела сравнительно невысокую ударную вязкость, которая после отпуска при 550° С ещё больше снизилась. Сталь с титаном в исходном состоянии имела очень высокую ударную вязкость, но после отпуска при 450—550° С значения её сильно понизились. При дальнейшем повышении температуры отпуска увеличение ударной вязкости стали с титаном происходит медленно. 5%-ная хромистая сталь с молибденом после нагрева до 900° С и охлаждения на воздухе имела сравнительно низкие значения ударной вязкости, но снижения ударной вязкости, характеризующего её отпускную хрупкость, не наблюдалось.
Одновременное присутствие титана и молибдена в 5%-ной хромистой стали устраняло отпускную хрупкость при комнатной температуре стали, подвергнутой отжигу и нормализации. Однако при —40° С нормализованная сталь оставалась склонной к отпускной хрупкости.
Наилучшие результаты были получены у 5%-ных хромистых сталей с ниобием в присутствии молибдена. 5%-ные хромистые стали с добавкой 0,53% Nb и стали с 0,50% Мо и 0,54% Nb имели высокую ударную вязкость после охлаждения на воздухе и сохраняли её после нагрева при отпуске независимо от длительности нагрева.
Отпуск отожжённой стали с ниобием в интервале 400—650° С в течение 700 ч не вызывал больших изменений ударной вязкости при 20 и —40° С. Способность ниобия при отсутствии молибдена устранять отпускную хрупкость 5%-ных хромистых сталей указывает на возможность замены молибдена в этих сталях.
Френке отмечает, что хорошие результаты достигаются при сварке 5%-ной хромистой стали с ниобием с использованием в качестве сварочного материала хромоникелевой стали типа 24-12.
Кроме того, присадка ниобия повышает стойкость сталей против окисления при повышенных температурах.
Присадка ниобия к 5%-ным хромистым сталям не оказывает существенного влияния на ползучесть сталей; в тех случаях, когда требуются более высокие жаропрочные свойства, рекомендуется совместное легирование ниобием и молибденом.
При шести- и восьмикратном содержании ниобия также могут быть получены хорошие результаты для деталей, подвергаемых кратковременному нагреву при умеренных температурах, как например при сварке тонких листов. Однако в этом случае перед сваркой рекомендуется провести стабилизирующий отжиг, состоящий из двухчасового нагрева при 850—900° С с последующим охлаждением на воздухе.
Отмечается, что присадка титана к 5%-ным хромистым сталям улучшает их жаростойкость.
Уменьшение склонности к закалке при введении титана в 5%-ные хромистые стали сказывается и на литье.
Следует отметить, что присадка титана или ниобия к 5%-ным хромистым сталям полностью не предохраняет их от закалки на воздухе при сварке. Это связано с тем, что очень высокий нагрев при сварке переводит часть карбидов в твёрдый раствор и поэтому при последующем охлаждении пересыщенный твёрдый раствор распадается, повышая твёрдость. Однако это повышение твёрдости в результате закалки хромистой стали в присутствии титана или ниобия не так сильно.