Вплив алюмінію та титану на структуру і властивості сталі типу ЗХ3М3
DOI:
https://doi.org/10.15407/mom2025.03.058Ключові слова:
сталь, титан, алюміній, карбіди, оксиди, руйнування, структура, механічні властивостіАнотація
Досліджено вплив алюмінію та титану на сталь типу 3Х3М3, яка виплавлена в лабораторних умовах за допомогою камерного електрошлакового переплаву (ЕШП) електроду отриманого вакуумно-індукційним переплавом.
Виявлено, що алюміній в структурі сталі з’єднується з киснем і утворює оксиди Al2O3. Картографічні дослідження на концентрацію алюмінію та кисню в області злому показали наявність цих оксидів.
З причини невеликої кількості кисню в сталі і рівномірного його розподілу переважно по високо- та низькокутових границях первинних та вторинних зерен, оксиди алюмінію розташовані саме по границях зерен та мають невеликі розміри, до 1-2 мкм. Але враховуючи кількість алюмінію (0,6 % мас.), зазначені включення мають значний негативний вплив на енергоємність руйнування.
Виявлено, що наявність титану в структурі сталей 3Х3М3 не сприяє утворенню сполук із шкідливими домішками (сіркою та фосфором), які потрібно виводити з металу в шлак під час процесу рафінування. Титан входить до складу великих (біля 4 мкм), комплексних карбідів, які утворюються з відтисненого в процесі перитектичного перетворення пересиченого розплаву сильних карбідоутворюючих елементів та вуглецю. Титан не міститься в матриці, а лише реагує з вуглецем, киснем та азотом. Він виступає зайвим баластом при утворенні первинних комплексних карбідів з рідини евтектичного складу. Його функція полягає лише у збільшенні їх розміру завдяки відносно низькій щільності.
Внаслідок невеликої кількості модифікаторів у складі сталі, що досліджувалася, о’бємний відсоток крупних (розміром до 4 мкм) комплексних карбідів, що містять титан, не є високим (не більше 0,25 %), але наявність зазначених крупних карбідів на фасетках квазісколу доводить, що руйнування починається саме з цих концентраторів напружень.
Таким чином, особливості розподілу сполук алюмінію негативно впливають на міжграничну адгезію та збільшують концентрації напружень під час руйнування сталі та, як наслідок, знижують енергію руйнування. Негативний вплив титану на структуру сталі типу 3Х3М3 зумовлено здатністю даного хімічного елементу сприяти збільшенню розміру евтектичних карбідів, які в якості концентраторів напружень знижують ударну в’язкість.
Посилання
Ai, X., Liu, Z., & Wu, D. (2020). Study on improvement of welding technology and toughening mechanism of Zr on weld metal of Q960 steel. Materials, 13(4), 892. https://doi.org/10.3390/ma13040892
ТУ 3-15551-88 [in Russian].
Kang, Y., & Jang, J. (2014). Influence of Ti on non-metallic inclusion formation and acicular ferrite nucleation in high-strength low-alloy steel weld metals. Metals and Materials International, 20, 119–127. https://doi.org/10.1007/s12540-014-1011-7
Lei, X., & Dong, S. (2018). Phase evolution and mechanical properties of coarse-grained heat-affected zone of a Cu-free high-strength low-alloy hull structure steel. Materials Science and Engineering A, 718, 437–448. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.02.020
Koseki, T., & Thewlis, G. (2005). Overview: Inclusion assisted microstructure control in C–Mn and low-alloy steel welds. Materials Science and Technology (London), 21, 867–879. https://doi.org/10.1179/174328405X49810
A-rong, Z. L. (2015). Influence of Ti on weld microstructure and mechanical properties in large heat input welding of high strength low alloy steels. Metallurgy and Metal Working, 22, 431–437.
Wang, M., Chen, B., Hao, X. C., et al. (2017). Secondary precipitation behavior of nitride in the electro-slag remelted structure of alloy 690. Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 30, 771–780. https://doi.org/10.1007/s40195-017-0541-3
Wen, D. H., Wang, Q., Jiang, B. B., Zhang, C., Li, X. N., Chen, G. Q., Tang, R., Zhang, R. Q., Dong, C., & Liaw, P. K. (2018). Developing fuel cladding Fe-25Cr-22Ni stainless steels with high microstructural stabilities via Mo/Nb/Ti/Ta/W alloying. Materials Science and Engineering A, 719, 27–42. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.02.020
Qin, M., Su, H., & Yan, M. (2020). Comparison of H₂S high-temperature corrosion characteristics of three kinds of low-alloy and heat-resistant-steel tubes. Corrosion Engineering, Science and Technology: The International Journal of Corrosion Processes and Corrosion Control, 56(8). https://doi.org/10.1080/1478422X.2020.1860730
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 G. A. Baglyuk, A. I. Trotsan, V. V. Kovalenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
