Склад, властивості і особливості легування

Високоміцні низьколеговані конструкційні сталі мають високу міцність, гарну пластичність, достатній опір крихкому руйнуванню і задовільну зварю-ваність. Необхідний комплекс технологічних властивостей сталей з σ_0,2 = 580 ... …780 МПа забезпечується структурою, що формується в процесі мартенсит- ного або бейнітного перетворень і визначається легуванням і термообробкою.

Структура металу бейнітно – мартенситна. Особливістю цих сталей – низький вміст вуглецю (до 0,2%), що сприяє підвищеної пластичності і покра-щенню зварюваності. Легування виконується в малих кількостях Mn, Cr, Mo, V та Ni, що забезпечують гарну прогартовуваність. Mo і V підвищують темпера-туру рекристалізації і затримують розміцнення при відпуску. Мікродобавки бо-ру (B) – 0,001…0,006% у сукупності з 0,15…0,5 % Mo забезпечують стійкість до розміцнення бейнітно – мартенситної структури металу ЗТВ в широкому діа-пазоні режимів зварювання.

Гарне сполучення властивостей мають сталі, що містять 0,4...0,6 % Мо й 0,002 ... 0,006 % В з добавкою інших легуючих елементів забезпечують одер-жання стабільної бейнітної або мартенситної структури. Застосовуються також безнікелеві стал(12Г2СМФАЮ), що містять 0,15...0,3 % Мо й 0,002 ...0,006 %В, які уступають сталям типу 14Х2ГМРБ по холодостійкості. Ефективне введення у сталь невеликої кількості азоту (0,02...0,03 %) і нітридоутворюючих елементів (Al, V, Nb і Zr), що приводять до утворення дрібнодисперсних нітридів і здріб-ненню структури сталі, зменшенню росту аустенітного зерна при тривалих вит-римках при високих температурах.

Особливістю розглянутих сталей є низький вміст вуглеця (до 0,2 %), що сприяє одержанню необхідних показників пластичности, в'язкості й зварюва-ності. При цьому значно зростає роль легуючих елементів у формуванні влас-тивостей високоміцної сталі й зварного з'єднання.

Легування повинне забезпечити необхідну прогартованість і достатню опірність сталі розміцненню при відпуску і зварювальному нагріванні. Необхід-на прогартованість низьковуглецевої сталі досягається при незначному легу-ванні марганцем, хромом, молібденом і нікелем. Із використовуваних легуючих елементів лише молібден і ванадій ефективно затримують розміцненню загар-тованої сталі при відпуску.

З погляду підвищення прогартованості сталі при порівняно низькому вмісту вуглецю й легуючих елементів ефективні мікродобавки бору в кількос-ті 0,001...0,006 %. Це відкриває можливості зменьшения вмісту легуючих еле-ментів у сталі. У сполученні з 0,15...0,5 % Мо бор забезпечує одержання стійкої до розміцнення бейнітно-мартенситної структури металу зони термічного впли-ву в широкому диапазоні режимів зварювання.

Оптимальні механічні властивості й високу опірність крихкому руйнуванню при негативній температурі вони одержують після загартування при Т = 900…950^оС та відпустку 600…680 ^оС. Для виробництва відповідальних конструкцій широке застосування знаходять сталі 14Х2ГМРБ, 14Х2ГМ, 12ГН2МАЮ з σ_в >686 МПа. Висока холодостійкість високоміцних сталей за-безпечується дрібнодисперсною структурою. Механічні властивості цих сталей наведені в табл. 1.2.

Таблиця 1.2. Механічні властивості деяких марок сталей (не менш)

Марка стали	Толщина, мм	0,2» МПа	МПа	б5, %	KCU, Дж/см?
-40 °С	-70о('
13ХГМРБ	10 ...50
14Х2ГМРБ	10...50					—
14Х2ГМРЛ	>40					-
14Х2ГМ	3...30					-
12Г2СМФАЮ	10...32					-
12ГН2МФАЮ	16...40				-
12ХГН2МФБАЮ	16...40				—
12ХГН2МФБДАЮ	20 ...40				-
12ХГН2МФДРА	4... 20					-
14ХГН2МДАФБ	3 ... 50				39*	-
14ХГ2САФД	16...40					__
12ГНЗМФАЮДР-СШ	4...40				78*	59*
1 2ХГНЗМАФД-СШ	3 ... 50				-
14ХГНМДАФБРТ	6... 20

КСV

Основні марки низьковуглецевих бейнітно-мартенситних сталей: 13ХГМРБ, 14Х2ГМ, 14ХГН2МДАФБ, 12Г2СМФАЮ. 12ХГН2МФБДАЮ,

12 ХГНЗМАФД-СШ і інш.(табл..10.1)

По механічним властивостямі хладостійкі нітридовміщуючі високоміцні сталі перевершують сталі такого ж хімічного складу, виготовлені за звичайною технологією. Наявність дрібнодісперсних нітридів у сталі сприяє зменшенню їхньої схильності до росту аустенітного зерна в умовах тривалої витримки при високих температурах і до старіння після механічної деформації, що особливо важливо для сталей, що зварюються. Тому нітридовміщуючі сталі досить перспективні для зварних конструкцій. На практиці добре зарекомендовала себе нітридовміщуюча високоміцна сталь 12ГН2МФАЮ.

При виготовленні відповідальних зварних конструкцій найбільш широке застосування знаходять високоміцні сталі14Х2ГМРБ,14Х2ГМРЛ,14Х2ГМ і 12ГН2МФАЮ (табл. 3). Ці сталі забезпечують практично однаковий рівень ме-ханічних властивостей _т > 588 МПа, _в> 686 МПа. Однак в залежності від товщини металу вони трохи відрізняються по показниках хладостійкості. Най-менш леговану безнікелеву листову сталь 14Х2ГМ виготовляють товщиною 3...30 мм. Додаткове легування ніобієм і бором дозволяє виготовляти сталь (марки 14Х2ГМРБ) товщиною до 50 мм. У стані поставки обидві сталі мають високі показники міцності й хладостійкості. Сталь 14Х2ГМ товщиною до 20 мм застосовують у металоконструкціях платформ автомобілів вантажопідйомністю 75т і більше. Сталі14Х2ГМРБ, 14Х2ГМРЛ, 12ГН2МФАЮ, 13ХГНМФ і 14ХГН2МФ застосовують у будівельних металоконструкціях, вузлах екскава-торів, платформах залізничних транспортерів, напірних водоводах і ін.

Таблиця 3-Характерні властивості сталей у стані поставки

Примітка. Сталі поставляють після загартування й високого відпустка.

Виробництво литих деталей зі сталі 14Х2ГМРЛ освоєно для виготовле- ння значної кількості деталей робочого устаткування кар'єрних і шагаючих екскаваторів і інших машин і механізмів.

Висока холодостійкість високоміцних сталей визначається технологієй їх виготовлення, що забезпечує одержання дрібнодісперсної структури. Критична температура крихкості сталей 14Х2ГМР, 12ГН2МФАЮ, 13ХГНМФ, оцінювана за умовами KCU > 35 і KCV > > 25 Дж/см² (де KCU - зразки з напівкруглим на-дрізом, KCV - зразки з гострим V- образним надрізом), нижче - 60°С. Ці сталі володіють також підвищеною опірностю абразивному зношуванню. Для підви-щення опірності цьому виду зношування високоміцні сталі поставляють після спеціальної термообрабки (загартування й низький відпуск), що забезпечує твердість HV = 350...400. Для багатьох конструкцій важливим показником є утомлена міцність сталі. Границя витривалості їх становить 55...60% тим часо-вого опору.