Меню

Закалка 09г2с режимы стали

Закалка 09г2с режимы стали

Получение ультрамелкозернистого (УМЗ) и нанокристаллического (НК) состояния с высоким комплексом механических свойств в промышленных масштабах является актуальной задачей современного металловедения. В связи с этим в последнее время активно развиваются подходы к получению таких материалов [1].

Одним из методов диспергирования структуры материалов является механо-термическая обработка, которая включает холодную радиальную ковку и последующий отжиг. Радиальная ковка обеспечивает высокие степени деформации в промышленных условиях для высокоточных длинномерных поковок, при этом достигается высокая дробность деформации благодаря использованию вырезных фасонных бойков [2]. Во время ковки происходит многократное перекрытие очагов деформации с накоплением высоких степеней деформации. Последующий отжиг вызывает развитие рекристаллизационных процессов с формированием дисперсной структуры [3, 4].

Таким образом, целью данной статьи является исследование закономерностей формирования структуры и свойств конструкционной стали на разных этапах механо-термической обработки.

Материалы и методики эксперимента

В качестве материала исследования выбрана конструкционная низкоуглеродистая сталь 09Г2С следующего химического состава, % (масс.): 0,11 С; 0,50 Si; 1,26 Mn; 0,22 Cr; 0,14Ni; 0,14 Mo; 0,005S; 0,017P.

Предварительная термическая обработка трубных заготовок из исследуемой стали заключалась в термическом улучшении: закалка в воде от температуры 920°С, время выдержки 30 минут с последующим отпуском при температуре 570°С в течение 1 часа с охлаждением в воде.

Холодную пластическую деформацию трубных заготовок проводили в три прохода на радиально-ковочной машине SXP-16 с частотой 1000 ударов в минуту, заготовку при этом вращали вокруг своей оси со скоростью 25 оборотов в минуту с суммарной степенью деформации 55%.

Микроструктуру исследуемых сталей исследовали на микрошлифах с использованием светового микроскопа Olympus GX51. Для выявления микроструктуры поверхность микрошлифов подвергали травлению в 4%-ном спиртовом растворе азотной кислоты. Тонкую структуру сталей изучали на просвечивающем электронном микроскопе FEI Tecnai 20 G2 TWIN при ускоряющем напряжении 200 кВ.

Характеристики прочности и пластичности определяли на цилиндрических образцах с начальным диаметром 5 мм, в соответствии с требованиями ГОСТ 1497-73, на универсальной гидравлической системе для статических испытаний «INSTRON-SATEC 300 LX».

Испытания на ударную вязкость проводили на образцах типа 3 и типа 17 по ГОСТ 9454-78 на маятниковом копре КМ-30 при комнатной температуре. Трещину наносили на вибраторе Дроздовского.

Результаты и их обсуждение

Для исследования формирования структуры и свойств при механо-термической обработке выбрана низколегированная конструкционная низкоуглеродистая сталь 09Г2С в исходно термоулучшенном состоянии. Структура трубной заготовки исследуемой стали на наружной и внутренней поверхности после термического улучшения и холодной пластической деформации методом радиальной ковки со степенью 55% представлена на рисунке 1, а и б.

После термического улучшения в стали 09Г2С реализуется структура сорбита отпуска с избыточной ферритной фазой. Причем вблизи наружной и внутренней поверхностей трубы структура отличается количеством избыточной ферритной фазы, что можно объяснить низкой прокаливаемостью исследуемой стали. Количество структурно свободной ферритной фазы на внешней поверхности составляет порядка 20% (рис. 1, а), а на внутренней – порядка 50% (рис. 1, б).

Холодная пластическая деформация методом радиальной ковки со степенью 55% нивелирует структурные отличия в строении внешней и внутренней поверхности исходно термоулучшенной трубной заготовки (рис. 1, в и г) за счет образования большого количества границ зерен/субзерен в структурно свободного феррита стали 09Г2С. Другими словами, холодная РК позволяет исправлять дефекты термического улучшения низколегированных сталей (таких как структурно свободный феррит) за счет их диспергирования. Такой эффект вызван измельчением элементов структуры и субструктуры исследуемой стали в результате развития процессов фрагментации структуры при холодной пластической деформации [5].

а б

в г

Читайте также:  Сталь 25л к20 расшифровка

Рисунок 1. Микроструктура конструкционной низкоуглеродистой стали 09Г2С в термоулучшенном состоянии (а, б) и после радиальной ковки со степенью ε = 55% (в, г) вблизи наружной (а, в) и внутренней (б, г) поверхности.

Микроструктура стали 09Г2С, подвергнутой последеформационному нагреву до температур 500 и 600°С, приведена на рисунке 2. При рекристаллизационном отжиге в интервале температур 500…600°С холоднодеформированной стали получают развитие процессы рекристаллизации, и структура становится однородной по всему сечению стенки трубной заготовки, при этом участки структурно свободного феррита методом световой микроскопии практически не выявляются.

а б

в г

Рисунок 2. Микроструктура конструкционной низкоуглеродистой стали 09Г2С вблизи наружной (а, в) и внутренней (б, г) поверхностей трубной заготовки, подвергнутой последеформационному отжигу: а, б – при 500˚С; в, г – при 600˚С.

Для изучения тонкой структуры стали 09Г2С после холодной пластической деформации методом радиальной ковки со степенью 55% и последующего отжига при температуре 500°С была использована просвечивающая электронная микроскопия (рис. 3, а). В структуре исследуемой стали после такого режима обработки сохраняются объемы деформированного металла, в которых процессы рекристаллизации сдерживаются мелкодисперсными карбидами. Характер распределения зерен и субзерен по размерам для исследуемых сталей также имеет левую асимметрию и носит логнормальный характер (рис. 3, б). Средний размер субзерна α-фазы после отжига при 500 °С составляет 555 нм, т.е. в данных условиях в стали 09Г2С формируется ультрамелкозернистая структура.

а 400 нм

б

Рисунок 3. Тонкая структура (а) и гистограмма распределения субзерен α-фазы по размерам (б) стали 09Г2С после холодной пластической деформации методом радиальной ковки со степенью 55% и последеформационного отжига при температуре 500 °С.

Результаты испытания характеристик механических свойств конструкционной низкоуглеродистой стали 09Г2С на разных этапах механо-термической обработки приведены в таблице 1.

При холодной радиальной ковке стали 09Г2С происходит упрочнение: после деформации со степенью 55% наблюдается рост предела текучести на 50%, а предел прочности повышается практически на 30%. Характеристики пластичности после холодной пластической деформации существенно снижаются: относительное удлинение уменьшается практически в 2 раза по сравнению с исходным термоулучшенным состоянием.

Характеристики ударной вязкости образцов исследуемой стали в результате холодной пластической деформации снижаются в среднем на 15%, но по-прежнему остаются на достаточно высоком уровне (таблица 1).

Последеформационный нагрев на 300˚С стали 09Г2С не приводит к существенному изменению характеристик механических свойств, однако при этом снижается уровень относительного удлинения на 25%. Изменение относительного сужения и ударной вязкости образцов с U-образным концентратором и с трещиной не превышает 10% по сравнению с исходным термоулучшенным состоянием.

Таблица 1. Значения механических свойств стали 09Г2С после различных режимов обработки.

Источник

Сталь 09Г2С

Изделия из низколегированной конструкционной стали 09Г2С востребованы во многих отраслях производства, что подкрепляется широким предложением сортамента продукции этой марки. Благодаря своим физическим свойствам, сталь 09Г2С заслуженно заняла свою позицию на рынках современного спроса и предложений. Характеристики стали 09Г2С предоставляют возможность применять её в качестве основного материала при изготовлении деталей, которые предназначены для работы в температурном диапазоне рабочей среды от -70 ºС до + 425 ºС, что при проектировании изделий привлекает к себе внимание ещё большего числа конструкторов.

Химический состав стали 09Г2С

Перед тем, как перейти к подробному рассмотрению химического состава, нужно понять, что означает расшифровка стали 09Г2С. Буквы «С» и «Г» сообщают о том, что в составе сплава имеется марганец и кремний. Но в каком количестве? Давайте разберёмся.

Первая цифра, стоящая в начале названия марки, сообщает о количестве углерода, содержащегося в сплаве, и отображаемая в сотых долях. Соответственно, процент углерода в сплаве 09Г2С составляет примерно 0,09. Следующие цифры показывают содержание легирующих элементов: марганца в этом сплаве содержится около 2% и менее 1% кремния.

Читайте также:  Сухие кончики волос чем увлажнять чтоб стали живыми какие маски

Химический состав стали 09Г2С

Помимо основных легирующих элементов, химический состав стали 09Г2С содержит в себе нижеследующие составляющие периодической таблицы:

Хим.элемент Содержание в стали, %
C Менее 0,12
Si 0,5…0,8
Mn 1,3…1,7
Ni Менее 0.3
S Менее 0.035
P Менее 0.03
Cr Менее 0.3
V Менее 0.12
N Менее 0.008
Cu Менее 0.3
As Менее 0.08

Суммарное количество легирующих компонентов в низколегированных сплавах не превышает значения 2,5%. Удельный вес стали 09Г2С равен 7850 кг/м 3 , но нужно заметить, что плотность стали непостоянна и может иметь небольшой разброс значений, которые находятся в прямой зависимости от количества легирующих элементов. Но в любом случае, относительно небольшой вес готового изделия, в котором при изготовлении деталей прибегли к использованию стали этой марки, имеет большое преимущество по сравнению с другими более тяжеловесными сплавами.

Физические свойства

Конструкционная сталь 09Г2С обладает высокой способностью сохранять свои характеристики при работе под давлением в широком температурном интервале, долговечна, устойчива к нагрузкам с переменным вектором силы, а также подвергается термической обработке, которая оказывает значительное влияние на показатели механических показателей.

Коэффициент линейного расширения (КЛР), который описывает способность сплавов сохранять свой объём при увеличении температуры при постоянном показателе давления, изменяется всего на 2,4×10-6 единицы при изменении температуры со 100 ºС до 500 ºС (1,14×10-5 при 100 ºС против 1,38×10-5 при 500 ºС). Наглядное описание характеристик линейного расширения приведено ниже:

Температура апробирования, ºС 100 200 300 400 500
Значение КЛР, 10-5 1/ ºС 1,14 1,22 1,26 1,32 1,38

Несмотря на то, что сталь 09Г2С является низколегированной, она не проявляет такое свойство, как флокеночувствительность. Малое присутствие углерода в сплаве обеспечивает удовлетворительный показатель свариваемости деталей из стали этой марки. Нужно отметить, что высокое содержание углерода в сплавах при его выгорании приводит к возникновению дополнительных микропор, а также к образованию закалочной структуры, что отрицательно сказывается на качестве сварного шва, а в стали 09Г2С этого не наблюдается.

Изменение микроструктуры стали 09Г2С в зависимости от температуры

Сварка стали 09Г2С не требовательна к типу электродов и может проходить с использованием таких способов сварки, как ручная дуговая, электрошлаковая, автоматическая дуговая сварка под флюсом и с газовой защитой. Сплав марки 09Г2С не имеет ограничений по свариваемости материала, а детали из листового проката с сечением до 40 мм могут подвергаться сварке без предварительной разделки кромок. Детали, подготовленные к сварке, не нуждаются в дополнительной химической или термической обработке. Миграция легирующих элементов по всему сечению сварного шва обеспечивает его высокие прочностные характеристики и одновременно хорошие технические показатели ударной вязкости.

Для уменьшения признаков возникновения закалочной структуры, неизбежно формирующейся при сварке, сварное изделие следует подвергнуть высокотемпературному отпуску с температурой нагрева от 600 до 660 ºС. Охлаждение изделия должно быть медленным, с печью, что поможет избежать коробления его отдельных частей. Допускается не проводить термическую обработку деталей, прошедших сварку, и имеющих толщину поперечного сечения до 36 мм.

Механические свойства

Механические свойства стали 09Г2С описывают следующие характеристики для сортового и фасонного проката сечением до 10 мм:

Вид механических характеристик Температура апробирования, ºС Значение
Временное сопротивление Ϭ 0,2 , МПа +20 (комнатная) 345
Предел прочности Ϭ В , МПа 490
Удлинение δ 5 , % 21
Ударная вязкость КСU 64
КСU -40 -40 39
КСU -60 -60 34
Читайте также:  Сталь к340 или элмакс

Для того, чтобы определить класс прочности (КП) испытываемого образца, следует обратиться к ГОСТу 19281-2014, в котором подробно показаны все ключевые характеристики, на которые следует опираться при проведении испытаний или оценке готового протокола на категорию прочности.

Стоит не забывать, что этот механический показатель напрямую зависит от химического набора соответствующих компонентов, и присутствие в большем процентном содержании какого-либо элемента может сыграть ключевую роль при формировании показателей прочности при обработке этой стали.

Механические свойства стали 09Г2С

В зависимости от класса прочности, изменяется и такой показатель механических характеристик, как твёрдость. Зависимость этих двух показателей прямая: чем выше категория прочности материала, тем выше и значение твёрдости. Обычно твёрдость низколегированных сплавов измеряется по методу Бринелля, и показатель твёрдости обозначается в единицах НВW, но в зависимости от требований, предъявляемых к изделию, и месту контроля (основной материал или материал сварного шва), может изменяться и метод измерения твёрдости. В таком случае, твердость материала может быть выражена в единицах по шкале Роквелла, Виккерса и т.д.

Режим термообработки стали назначается согласно критическим точкам:

Критическая точка Ас1 Ас3 Аr3 Аr1
ºС 725 860 780 625

В зависимости от требуемых показателей механических свойств, назначается режим термической обработки. Нормализация и закалка стали 09Г2С проходит при высокотемпературном нагреве от 930 до 950 ºС. Зависимость мехсвойств от температурного режима отпуска приведена ниже:

Температура отпуска, °С Предел текучести,

δ5, %

Относительное сужение,

ψ, %

20 295×106 405×106 30 66
100 270×106 415×106 29 68
200 265×106 430×106
300 220×106 435×106
400 205×106 410×106 27 63
500 185×106 315×106 63

Как следует из таблицы, чем выше температурный режим сопутствующего отпуска, тем ниже у сплава сопротивление разрыву.

Термическая обработка способствует образованию сплава с двухфазной структурой, дисперсность зерна которого и определяет основные показатели механических свойств материала.

Применение сплава

Высокая прочность материала, удовлетворительные показатели механических свойств в широком диапазоне температур, а также способность к изменению свойств сплава после проведения термической обработки, неизбежно приводит к тому, что детали и изделия из стали 09Г2С находят своё применение практически во всех сферах производства и машиностроения. Из стали 09Г2С изготавливаются строительные конструкции, трубы для транспортировки различных жидкостей (воды, нефти и др.) и газов, резервуары различного назначения, паровые котлы, нефтепромысловое оборудование и различные детали машин, в т. ч. сельскохозяйственного направления.

Богатый выбор различных сортаментов, разнообразие толщин приводят к тому, что к использованию этого сплава обращаются всё большее число производителей различных металлоизделий.

При механизированной сварке и в частном использовании находит своё применение и сварочная проволока марки 09Г2С. Такая проволока может иметь медное напыление, а может быть и вовсе без покрытия. Большим плюсом такой проволоки является относительно малое количество легирующих компонентов.

Производство стали 09Г2С

Основным сырьём при производстве марки стали 09Г2С служит чугун, который оптимизируют, повышая количество углерода и улучшая свойства сплава за счёт внедрения легирующих составляющих. В основе изготовления стали этой марки лежит ряд направлений:

  • мартеновский;
  • электротермический;
  • конверторный.

Пример применения стали 09Г2С

Сталь 09Г2С проявляется отличным материалом при проектировании деталей и конструкций, которые будут работать в условиях низких температур, с одновременным сохранением своих высоких прочностных и пластичных характеристик, а низкие затраты при проведении монтажных работ, лишь в очередной раз подкрепляют позиции этой марки на рынке современного спроса и предложений.

Источник

Adblock
detector