Сталь жаропрочная 12ХМ
Сталь жаропрочная 12ХМ
Марка: 12ХМ
Класс: Сталь жаропрочная низколегированная
Использование в промышленности: сортовые заготовки, поковки, котельные трубы для длительной службы при температурах до 500 град.
Свойства и полезная информация:
Термообработка: Нормализация 910 - 930oC, Отпуск 670 - 690oC, Охлаждение воздух,
Температура критических точек: Ac1 = 720 , Ac3(Acm) = 880 , Ar3(Arcm) = 790 , Ar1 = 695
Электрошлаковая сварка стали 12ХМ и близких по свойствам: целесообразно применять стали с низкой склонностью к росту зерна при высоких температурах. Наиболее активно препятствуют росту зерна тугоплавкие соединения типа окислов, нитридов и карбидов. Стали с нитридами могут оказаться мало чувствительными к перегреву при электрошлаковой сварке, если в результате легирования, прокатки и термообработки они содержат большое количество мелкодисперсных (размером менее 500 А) частиц при наиболее полном связывании азота в нитриды. Хорошего результата можно достичь, подвергая стали перед сваркой термообработке в температурных интервалах наиболее интенсивного выделения мелкодисперсных и тугоплавких нитридов (И. Гривняк). Для выделения нитридов алюминия эта температурная область составляет 740-770° С и 640-660° С, карбонитридов титана - 900-920°С и 650-680° С, карбонитридов ниобия -770-780° С, карбонитридов ванадия - 700-750° С и 640-700° С, гексагональных нитридов ванадия - 700-780° С. Полученные таким образом мелкодисперсные нитриды (карбонитриды) не успевают полностью раствориться под воздействием термического цикла электрошлаковой сварки и активно препятствуют росту зерна по всей ширине зоны термического влияния вплоть до границы сплавления (рис. 9.3-9.5). Склонность стали к росту зерна при электрошлаковой сварке могут уменьшить не только специально получаемые мелкодисперсные нитриды. Активные нитридо- и карбидообразующие элементы титан, цирконий и ванадий существенно влияют на процессы роста зерна и в сталях с обычным содержанием азота (рис. 9.6).
Однако не всегда сталь, мало склонная к росту зерна, обладает высокой стойкостью против хрупкого разрушения в зоне термического влияния.
Следует избегать использования сталей, микролегированных, например, 0,05-0,12% циркония или титана. При электрошлаковой сварке такие стали резко охрупчиваются (рис. 9.7.) вследствие понижения ударной вязкости феррита, обогащенного азотом, титаном или цирконием после частичного растворения нитридов, а также загрязнения границ зерен перегретого металла скоплениями сложных оксикарбонитридных выделений и пленками и строчками сульфидных включений. Наиболее высокими свойствами после перегрева обладают стали с нитридами алюминия. В качестве примера укажем, что на хромо-молибденовой стали с нитридами алюминия требуемые значения ударной вязкости металла участка перегрева сохраняются при температурах на 30-40° С более низких, чем на стали без нитридов (рис. 9.8).
Механические свойства сталей с нитридами заметно зависят от толщины металла и тепловых условий сварки.
Некоторое тормозящее действие на рост зерна могут оказать горофильные и уменьшающие скорость самодиффузии железа элементы, например, никель и марганец в хромомолибденовой стали.
Высокая ударная вязкость металла вблизи границы сплавления может быть получена и при крупном бывшем аустенитном зерне. Это происходит в тех случаях, когда сталь содержит элементы, благоприятно влияющие на другие последствия перегрева. Необходимо учитывать, что хладостойкость низколегированной ферритно-перлитной стали зависит от химического состава и размера зерна феррита и возрастает с увеличения дисперсности перлита и уменьшением его доли в структуре.
Измельчение перлита происходит в тем большей степени, чем более сталь легирована элементами, повышающими устойчивость аустенита и смещающими его распад в область более низких температур, - марганцем и сильными карбидообразующими элементами - ванадием, молибденом, хромом и др. Важно то, что повышение температуры аустенитизации снижает критическую скорость охлаждения, благоприятствует появлению промежуточной структуры и увеличивает скорость промежуточного превращения аустенита. Поэтому вблизи границы сплавления можно получить мелкодисперсные структуры перлита или бейнита при меньшем легировании, чем в нормализованной стали. Высокая же дисперсность частиц второй фазы, характерная, например, для нижнего бейнита, заметно увеличивает хладостойкость металла.
Легирующие элементы сужают температурно-концентрационную область существования видманштеттовой структуры и ослабляют образование ее в участке перегрева. Этому же содействует ограничение количества углерода в стали (менее 0,1%). Полному устранению видманштеттовой структуры в соединениях, например, из сталей типа 12ХМ способствует дополнительное легирование марганцем, хромом или никелем до содержаний ~2%, ванадием >0,18%, титаном или цирконием >0,05%, вольфрамом >1,1 %. Подобные количества марганца, никеля, ванадия и циркония, а также 0,12% титана, понижая температуру превращения аустенита, подавляют выделение доэвтектоидного феррита по границам бывших аустенитных зерен.
Марка: 12ХМ
Класс: Сталь жаропрочная низколегированная
Использование в промышленности: сортовые заготовки, поковки, котельные трубы для длительной службы при температурах до 500 град.
| Химический состав в % стали 12ХМ | ||
| C | 0,09 - 0,15 |
 |
| Si | 0,15 - 0,3 | |
| Mn | 0,4 - 0,7 | |
| Ni | до 0,25 | |
| S | до 0,025 | |
| P | до 0,03 | |
| Cr | 0,4 - 0,6 | |
| Mo | 0,4 - 0,6 | |
| Cu | до 0,2 | |
| Fe | ~97 | |
Свойства и полезная информация:
Термообработка: Нормализация 910 - 930oC, Отпуск 670 - 690oC, Охлаждение воздух,
Температура критических точек: Ac1 = 720 , Ac3(Acm) = 880 , Ar3(Arcm) = 790 , Ar1 = 695
| Механические свойства стали 12ХМ при Т=20oС | |||||||
| Прокат | Размер | Напр. | σв(МПа) | sT (МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (кДж / м2) |
| Трубы | Ж 273 x 28 | Прод. | 455 | 284 | 31,5 | 66.5 | 1930 |
| Физические свойства стали 12ХМ | ||||||
| T (Град) | E 10- 5 (МПа) | a 10 6 (1/Град) | l (Вт/(м·град)) | r (кг/м3) | C (Дж/(кг·град)) | R 10 9 (Ом·м) |
| 20 | 2,16 |
|
|
7850 | 498 |
|
| 100 | 2,1 | 11,2 | 50.24 |
|
|
240 |
| 200 | 2,04 | 12,5 | 50.24 |
|
519 | 330 |
| 300 | 1,99 | 12,7 | 50.24 |
|
569 | 410 |
| 400 | 1,93 | 12,9 | 48.56 |
|
595 | 540 |
| 500 | 1,82 | 13,2 | 46.89 |
|
653 | 640 |
| 600 | 1,73 | 13,5 | 46.05 |
|
733 | 740 |
| 700 |
|
13,8 | 43.96 |
|
888 | 900 |
Электрошлаковая сварка стали 12ХМ и близких по свойствам: целесообразно применять стали с низкой склонностью к росту зерна при высоких температурах. Наиболее активно препятствуют росту зерна тугоплавкие соединения типа окислов, нитридов и карбидов. Стали с нитридами могут оказаться мало чувствительными к перегреву при электрошлаковой сварке, если в результате легирования, прокатки и термообработки они содержат большое количество мелкодисперсных (размером менее 500 А) частиц при наиболее полном связывании азота в нитриды. Хорошего результата можно достичь, подвергая стали перед сваркой термообработке в температурных интервалах наиболее интенсивного выделения мелкодисперсных и тугоплавких нитридов (И. Гривняк). Для выделения нитридов алюминия эта температурная область составляет 740-770° С и 640-660° С, карбонитридов титана - 900-920°С и 650-680° С, карбонитридов ниобия -770-780° С, карбонитридов ванадия - 700-750° С и 640-700° С, гексагональных нитридов ванадия - 700-780° С. Полученные таким образом мелкодисперсные нитриды (карбонитриды) не успевают полностью раствориться под воздействием термического цикла электрошлаковой сварки и активно препятствуют росту зерна по всей ширине зоны термического влияния вплоть до границы сплавления (рис. 9.3-9.5). Склонность стали к росту зерна при электрошлаковой сварке могут уменьшить не только специально получаемые мелкодисперсные нитриды. Активные нитридо- и карбидообразующие элементы титан, цирконий и ванадий существенно влияют на процессы роста зерна и в сталях с обычным содержанием азота (рис. 9.6).
Однако не всегда сталь, мало склонная к росту зерна, обладает высокой стойкостью против хрупкого разрушения в зоне термического влияния.
Следует избегать использования сталей, микролегированных, например, 0,05-0,12% циркония или титана. При электрошлаковой сварке такие стали резко охрупчиваются (рис. 9.7.) вследствие понижения ударной вязкости феррита, обогащенного азотом, титаном или цирконием после частичного растворения нитридов, а также загрязнения границ зерен перегретого металла скоплениями сложных оксикарбонитридных выделений и пленками и строчками сульфидных включений. Наиболее высокими свойствами после перегрева обладают стали с нитридами алюминия. В качестве примера укажем, что на хромо-молибденовой стали с нитридами алюминия требуемые значения ударной вязкости металла участка перегрева сохраняются при температурах на 30-40° С более низких, чем на стали без нитридов (рис. 9.8).
Механические свойства сталей с нитридами заметно зависят от толщины металла и тепловых условий сварки.
Некоторое тормозящее действие на рост зерна могут оказать горофильные и уменьшающие скорость самодиффузии железа элементы, например, никель и марганец в хромомолибденовой стали.
Высокая ударная вязкость металла вблизи границы сплавления может быть получена и при крупном бывшем аустенитном зерне. Это происходит в тех случаях, когда сталь содержит элементы, благоприятно влияющие на другие последствия перегрева. Необходимо учитывать, что хладостойкость низколегированной ферритно-перлитной стали зависит от химического состава и размера зерна феррита и возрастает с увеличения дисперсности перлита и уменьшением его доли в структуре.
Измельчение перлита происходит в тем большей степени, чем более сталь легирована элементами, повышающими устойчивость аустенита и смещающими его распад в область более низких температур, - марганцем и сильными карбидообразующими элементами - ванадием, молибденом, хромом и др. Важно то, что повышение температуры аустенитизации снижает критическую скорость охлаждения, благоприятствует появлению промежуточной структуры и увеличивает скорость промежуточного превращения аустенита. Поэтому вблизи границы сплавления можно получить мелкодисперсные структуры перлита или бейнита при меньшем легировании, чем в нормализованной стали. Высокая же дисперсность частиц второй фазы, характерная, например, для нижнего бейнита, заметно увеличивает хладостойкость металла.
Легирующие элементы сужают температурно-концентрационную область существования видманштеттовой структуры и ослабляют образование ее в участке перегрева. Этому же содействует ограничение количества углерода в стали (менее 0,1%). Полному устранению видманштеттовой структуры в соединениях, например, из сталей типа 12ХМ способствует дополнительное легирование марганцем, хромом или никелем до содержаний ~2%, ванадием >0,18%, титаном или цирконием >0,05%, вольфрамом >1,1 %. Подобные количества марганца, никеля, ванадия и циркония, а также 0,12% титана, понижая температуру превращения аустенита, подавляют выделение доэвтектоидного феррита по границам бывших аустенитных зерен.