Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 2

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 20 No. 2 2018 145 MATERIAL SCIENCE выстраивать так, чтобы сваривать низколегиро- ванные стали в отожженном состоянии, поэтому свариваемые стали не обеспечивают требуемой прочности. Химический состав низкоуглеро- дистых мартенситных сталей (НМС) подобран таким образом, чтобы исключить перлитное превращение, а высокая температура мартенсит- ного перехода и заданное соотношение между углеродом и легирующими элементами затруд- няют образование бейнита. Возможность получения сталей НМС с ком- плексом высоких механических и технологиче- ских характеристик впервые была рассмотрена профессором Р. И. Энтиным, а первые НМС соз- даны и внедрены под руководством профессора Л.М. Клейнера [1]. Содержание углерода в пер- вых НМС не превышало 0,1 %, структура – в ос- новном пакетно-реечный мартенсит с неметал- лическими включениями. При отношении Cr/C больше 35 в вес. % (8 ат. %) бейнитное превращение в низкоуглеро- дистых сталях (0,04…0,1 % С) не наблюдается, и такие стали относят к НМС. В работе изучены стали, обозначенные 07Х3ГНМ, 15Х2Г2НМФБ, 27Х2Г2НМФБ, для которых отношение Cr/C со- ставило 46, 14 и 9 соответственно. Влияние на структуру стали, кроме отношения Cr/C, оказы- вает легирование, присутствие карбидообразую- щих элементов, скорости охлаждения и темпера- туры аустенитизации. Неметаллические включения (НВ) часто яв- ляются опасным концентратором напряжений, поэтому обычно их количество стремятся свести к минимуму. В современных сталях контролиру- ют количество, размер и распределение включе- ний [5–7]. В тех случаях, когда НВ играют опре- деляющую роль в инициировании разрушения только за счет создания оптимальной формы включений, возможно резкое улучшение харак- теристик вязкости при комнатной и особенно при пониженных температурах [8]. Наиболь- шую опасность представляют примеси в виде сегрегаций, образующих полосчатую структуру, а в случае легирования сильными карбидообра- зующими элементами – карбиды и карбонитри- ды [9, 10]. Неметаллические включения не всегда явля- ются опасными концентраторами напряжения, важна также структура мартенсита. В тех случа- ях, когда включения и примеси не определяют характера разрушения, пакетно-реечная струк- тура мартенсита НМС обеспечивает при равной прочности вдвое более высокую вязкость по сравнению со структурой сорбита среднеугле- родистой стали [11]. Поэтому важно оценить влияние морфологии мартенсита на свойства низкоуглеродистых сталей, в тех случаях, когда неметаллические включения слабо влияют на вязкость. Цель работы. Определить состав, морфо- логию и механические свойства НМС с неме- таллическими включениями. Оценить влияние структуры мартенсита на механические свой- ства НМС с сильными карбидообразующими элементами после полной закалки и из МКИ. Для выполнения поставленных целей были решены следующие задачи. 1. Исследовать морфологию, химический состав неметаллических включений в НМС; рассмотреть основные модели, позволяющие оценить роль включений в разрушение каче- ственных низкоуглеродистых мартенситных ста- лей. 2. Определить характеристики прочности, пластичности, вязкости НМС с различной мор- фологией мартенсита; предложить модель, свя- зывающую морфологию мартенсита и вязкость стали. Методика исследований Химический состав сталей (табл. 1) выбран исходя из трех положений: широкий интервал варьирования содержания углерода; определе- ние морфологии мартенсита и свойств сталей при схожем легировании, но разном содержании углерода; НМС 07Х3ГНМ выбрана потому, что ее структура – пакетный мартенсит. Для иссле- дования микроструктуры применяли микроскоп «Olympus GX-51. Шлифы травили 5 %-м раство- ром азотной кислоты в этиловом спирте. Реечная структура изучена на сканирующем электрон- ном микроскопе Tescan MIRA3 с приставкой, позволяющей проводить энергодисперсионный анализ при ускоряющем напряжении до 100 кВ и увеличении до 40 000 крат. Для просвечиваю- щей микроскопии использовали фольги, полу- ченные методом электрополировки. Образцы предварительно нарезали электроэрозионным станком на пластины размером 10 × 4 мм толщи-