Легирование 12%-ных хромистых сталей
Большинство 12%-ных хромистых сталей имеет комплексное легирование с присадкой карбидообразующих элементов W, V, Mo, Nb и Ni в различных сочетаниях. Упрочнение этих сталей связано с образованием дисперсных выделений карбидных.
Влияние легирования на свойства стали
Активно изучалось влияние легирования на свойства и фазовый состав сложнолегированной 12%-ной хромистой стали. Наиболее эффективное влияние на повышение сопротивления ползучести при 600°С оказывает вольфрам.
Фазовым и рентгеноструктурным анализами установлено, что, кроме карбидов типа Me23C6, в этой стали образуются дисперсные выделения интерметаллидной фазы Лавеса типа FeaW продолговатой формы, с которой связывается упрочнение стали при высоких температурах.
С повышением содержания вольфрама в стали увеличивается его содержание в осадке при постоянном достаточно высоком содержании хрома и железа. После длительного старения этой стали при 600°С в течение 6000 ч содержание связанного вольфрама и железа изменяется по отношению к исходному.
Влияние старения на ударную вязкость
Во время старения при 600°С в течение первых 1000—4000 ч наблюдается уменьшение ударной вязкости стали. Оно тем больше, чем выше содержание вольфрама в стали. Это охрупчивание связано с образованием в стали фазы.
Жаропрочность 12%-ных хромистых сталей
Легирование только ниобием или в сочетании с молибденом, либо с молибденом и ванадием, повышает жаропрочность 12%-ных хромистых сталей. Это широко используется в зарубежной практике (стали марок Н-46, Rex448 и др.).
Однако доказано, что при некоторых операциях горячей обработки (ковке), вероятнее всего при осадке, в поковках могут возникнуть трещины вследствие возможности образования двухфазной структуры.
Наибольший интерес представляет 12%-ная хромистая сталь с 11,3% Cr, 0,80% Mo, 0,2% V и 0,6% Nb, обладающая очень высокой длительной прочностью при 600°С (σ1000 = 24-32 кГ/мм²).
Роль ниобия в жаропрочности
Ниобий также положительно влияет на повышение сопротивления ползучести 12%-ной хромистой стали. В течение первых 1000 ч он уменьшает ударную вязкость, но затем она несколько повышается. В стали при старении образуются карбиды Me23C6, NbC, VC. С повышением содержания ниобия количество ниобия, связанного в карбиде типа NbC, увеличивается, а количество карбидов хрома и ванадия уменьшается. После длительного старения количество карбида ниобия практически не изменяется.
Влияние ванадия на жаропрочность
Ванадий повышает жаропрочность 12%-ных хромистых сталей, но только в определенном сочетании с другими легирующими элементами (Mo, W, Nb и C). В 12%-ной хромистой стали с 0,6% Mo и 0,10% C наибольший эффект упрочнения при 500°С достигается при введении ~0,3% V.
Согласно исследованиям, избыток ванадия в твердом растворе уменьшает прочность связей атомов в кристаллической решетке, что и является причиной снижения жаропрочности сталей, легированных большим количеством ванадия. Эффективность влияния ванадия связана с образованием дисперсных выделений карбидов ванадия типа VC.
Фазовый анализ показал, что при отпуске образуются два вида карбидов: (Cr, V, Fe, Mo)23C6 и небольшое количество карбида ванадия типа VC.
Стали, содержащие ванадий, не склонны к охрупчиванию, и при длительном старении ударная вязкость изменяется незначительно.
Влияние титана и никеля
Титан применяется для легирования и практически не оказывает влияния на сопротивление ползучести, а в ряде случаев действует отрицательно. Никель в количестве 1—3% также отрицательно влияет на жаропрочность.