CC BY
10ОСОБЕННОСТИ ФАЗОВОГО СОСТАВА ПРОДУКТОВ ПРОМЕЖУТОЧНОГО
ПРЕВРАЩЕНИЯ СТАЛИ 24Х2НАч
В.В. Свищенко, Д.П. Чепрасов, А.А. Иванайский, Ю.А. Филатов
В исследованиях [1-5] обнаружено, что в стали 24Х2НАч может формироваться своеобразная промежуточная структура зернистой морфологии представляющая из себя механическую смесь бейнитной а-фазы и глобулярных карбидов. Данную структуру по антологии с зернистым перлитом наименовали зернистым бейнитом [5]. Установлено, что зернистый бейнит формируется в условиях непрерывного охлаждения при начале распаде аустенита в верхнем интервале промежуточной области. Предложен механизм формирования зернистого бейнита. Однако некоторые высказывания и положения сделаны на основе косвенных, а не прямых доказательств. Для их уточнения необходимы дополнительные тонкие исследования, и в частности исследование фазового состава зернистого бейнита.
Целью настоящей работы было комплексное исследование фазового состава зернистого бейнита стали 24Х2НАч методами:
1) оптической микроскопии
2) рентгеноструктурного анализа
3) просвечивающей электронной микроскопии реплик
4) просвечивающей электронной дифракционной микроскопии тонких фольг. Исследование последним (четвертым) методом проводилось под руководством профессора Козлова Э.В. в лаборатории кафедры физики Томского государственного архитектурно строительного университета.
Образцы для исследования изготавливали из прутка стали 24Х2НАч следующего химического состава (вес. %): С-0,31%; Сг-1,2%; N¡-2,5%; Мп-0,65%; Б1-0,37%; РЗМ-0,04%. Структуру зернистого бейнита получали методом торцевой закалки по методике изложенной в [4]. После торцевой закалки от 880оС на образце делали продольный шлиф, на котором для дальнейшего исследования выбирали участок с максимальной долей зернистого бейнита в структуре.
Микроструктура участка выбранного для исследования приведена на рисунок 1. Анализ полученной структуры и термокинетической диаграммы распада переохлажденного аустенита стали 24Х2НАч (рисунок 2 [3]) показывает, что ее формирование шло при ско-
рости охлаждения в пределах 2,0 - 2,5о С/с. Микроструктура выбранного участка состоит из 30-40% структурно-свободной а-фазы, и механической смеси. Основой последней является бейнитная а-фаза в которой присутствуют отличающиеся по размерам глобулярные включения. Включения в основном не имеют ориентировки в расположении, но распределены не равномерно. В отдельных участках видны скопления мелких включений. Часть мелких включений, по-видимому, являются карбидами, что, косвенно, подтверждается травлением щелочным раствором пикрата натрия. Основная доля структурно-свободной а-фазы состоят из доэвтектоидно-го феррита, образовавшегося при распаде определенного количества аустенита выше промежуточной области. Некоторая доля структурно-свободной а-фазы, по-видимому, состоит из мезоферрита образовавшимся на начальном безкарбидном этапе промежуточного превращения [5].
РТ Г W ЧГ^ЪТЯ А № е , е- гл-^.. 1, L.b 4
Рисунок 1 - Оптическая микрофотография
исследуемой структуры х 800
Рентгенограмма исследуемой структуры приведена на рисунке 3. Рентгеноструктурное исследование показало, что в структуре наряду с а-фазой присутствует и остаточный аустенит ^-фаза). Количество остаточного аустенита 10%, содержание углерода в остаточном аустените составляет 1,3%, то есть многократно превышает его среднее содержание в стали. Таким образом, часть видимых в промежуточной структуре включений должны быть остаточным аустенитом.
В.В. СВИЩЕНКО, Д.П. ЧЕПРАСОВ, А.А. ИВАНАЙСКИЙ, Ю.А. ФИЛАТОВ
а> Я
Рисунок 2 - Термокинетическая диаграмма распада переохлажденного аустенита стали 24Х2НАч
Электронная микроскопия реплик, снятых с исследуемой структуры (рисунок 4) подтверждает наличие механической смеси состоящей из матрицы и значительно отличающихся по размерам глобулярных включений.
Очевидно, предположить, что более крупные глобулярные включения являются остаточным аустенитом, а мелкие карбидами. Мелкие включения в основном присутствуют в виде обособленных скоплений. Эти участки и являются зернистым бейнитом - механической смесью бейнитной а-фазы и глобулярных карбидов.
Рисунок 3 - Рентгенограмма, снятая на РеКа излучении, с исследуемой структуры
Однако это предположение не бесспорно. Так литературные данные (кроме наших исследований) о возможности образования глобулярных карбидов в процессе промежуточного превращения отсутствуют, в то время как имеются данные об образовании безкар-бидных промежуточных структур. Это давало основание оппонентам говорить, что глобулярные карбиды на самом деле являются мелкодисперсными глобулами остаточного аустенита.
мШй ш'Ш
■■ I'■ _ «■ * ■._;:.■ -г сь-^.л "я. Г
а) х 5000
' ^'ШШШ
^ЩШтШ
' «ЭЙТ' Г?.* . 'яг* '
г. чгыъхт >
б) X 20000
Рисунок 4 - Электронная микроскопия реплик, снятых с исследуемой структуры
Проведенное исследование методом просвечивающей электронной дифракционной микроскопии тонких фольг однозначно доказало наличие карбидов в исследуемой структуре (рисунок 5).
Рисунок 5 - Электронная микроскопия фольги исследуемой структуры. Карбиды М2зС6 отмечены стрелками
ОСОБЕННОСТИ ФАЗОВОГО СОСТАВА ПРОДУКТОВ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ СТАЛИ 24Х2НАч
Обнаружено, что карбидная фаза в основном состоит из карбидов хрома (Ре,Сг)23С6 округлой формы (рисунок 5). Выявлено, что остаточный аустенит присутствует в основном в виде отдельных зерен. В структуре также присутствует некоторое количество высокоуглеродистого мартенсита.
Рисунок 6 - Изотермические сечения тройной диаграммы состояния
Результаты определения типа основного карбида присутствующего в структуре неожиданны и нуждаются в объяснении. По имеющимся на сегодняшний день представлениям карбиды хрома (Fe,Cr)23C6 не должны образовываться в исследуемой стали. Тип образующегося карбида зависит от содержания в стали хрома и углерода (никель не участвует в карбидообразовании). Анализ диаграммы состояния Fe - Cr - C (рисунок 6 [6]) показывает, что при имеющемся в исследуемой стали содержании углерода 0.31% для образования карбида хрома необходимо присутствие в аустените более 10 % хрома, в то время как в стали имеется только 1,2 %. Предположительно присутствие карбида (Fe,Cr)23C6 в исследуемой структуре можно объяснить тем, что на начальных стадиях промежуточного превращения наряду с перераспределением углерода происходит и перераспределение хрома. Углерод перераспределяется от фронта фазовой y - а перекристаллизации, а хром наоборот перераспределяется к фронту. В результате на фронте перекристаллизации аустенит оказывается обеднен углеродом и обогащен хромом. Из аустенита такого состава и происходит выделение глобулярных карбидов хрома.
В результате аустенит становится низкоуглеродистым и претерпевает Y- а превращение.
Выводы.
Исследованная структура представляет собой совокупность структурных составляющих образующихся последовательно из аустенита в процессе его непрерывного охлаждения. В структуре присутствует 30-35 % структурно-свободной а-фазы (феррит и ме-зоферрит), образовавшейся на начальной безкарбидной стадии распада. Остальная часть структуры является сложной механической смесью основой которой (матрицей) является бейнитная а-фаза. В матрице в виде включений различной дисперсности присутствует зернистый бейнит (обособленная механическая смесь бейнитной а-фазы и мелкодисперсных глобулярных карбидов). В матрице так же присутствуют включения мартенсита и остаточного аустенита.
Основную долю карбидной фазы составляет карбид хрома (Ре,Сг)23С6 .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Свищенко В.В. Строение и механизм формирования зернистого бейнита // Труды Алтайского Государственного Технического Университета им. И.И. Ползунова - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1995. - С. 44-50
2. Кремнев Л.С., Свищенко В.В., Чепра-сов Д.П. Строение и механизм формирования зернистого бейнита в стали 20Х2НАЧ // МиТОМ. 1997. №9. С.6-9.
3. Кремнев Л.С., Свищенко В.В., Чепра-сов Д.П. Скоростной диапазон образования зернистого бейнита при распаде аустенита стали 20Х2НАч // МиТОМ. 1998. № 5. С. 1719.
4. Кремнев Л.С., Свищенко В.В., Степанов А.В., Чепрасов Д.П. Влияние температуры аустенитизации стали 20Х2НАч на строение бейнита // МиТОМ. 1999. № 11. С. 15-17.
5. Свищенко В.В., Чепрасов Д.П., Анто-нюк О.В. Образование мезоферрита и зернистого бейнита в низкоуглеродистой низколегированной стали // МиТОМ. 12004. № 8. С. 711.
6. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990. 528 с.
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
