Влияние параметров термической обработки и исходного состояния на структуру и твердость высокоуглеродистой хромоникелевой стали

Шут Г.А., Марчук С.И.
Донецкий национальный технический университет

Источник: Вісник науковця - 2009 / Збірник матеріалів всеукраїнської науково-практичної конференції. Миколаїв: НУК- 2009.

Одной из широко применяемых высокоуглеродистых хромоникелевых сталей в производстве прокатных валков является 150Х15Н5 (1,5% С; 14%Cr; 5% Ni; 0,4% Mn; 0,3% Si). Она отличается высоким содержанием остаточного аустенита и ее свойства зависят от вида термической обработки. Целью работы является выяснение влияния не только параметров термической обработки, но и исходного состояния на структуру и твердость стали. Исследования проводились на образцах в литом состоянии, образцах из валка после термообработки и после деформации на 90%. Образцы нагревали до температур 950°С, 1000°С, 1050°С, 1100°С и охлаждали с разной скоростью (в масле, на воздухе и в печи). Анализ микроструктуры показал отличие деформированных образцов от литых в раздробленности эвтектических карбидов и в матрице, представленной γ- или α-фазой( рисунок 1).

     

          а)                                  б)                           в)

Рисунок 1 – Микроструктуры образцов из стали 150Х15Н5(×500): а) литой; б) деформированный на 90%(Тн = 1000°С, охлаждение на воздухе); в) квазилитой (Тн = 1000°С, охлаждение на воздухе)

В качестве количественной характеристики микроструктуры оценивали содержание остаточного аустенита с помощью рентгеноструктурного анализа, сравнивая интенсивности линий (110)α фазы и (111)γ фазы. Анализ показал, что в литом состоянии матрица представлена только γ фазой; твердость образцов составила 22-24HRC; феромагнитные свойства не проявлялись, следовательно, литой образец соответствует стали аустенитного класса. Результаты исследования представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Влияние температуры нагрева и среды охлаждения на твердость  и количество аустенита остаточного образцов литой стали 150Х15Н5

Из таблицы видно, что влияние скорости охлаждения на твердость стали имеет аномальный характер (снижение скорости охлаждения приводит в целом к повышению твердости). Чем выше температура нагрева, тем разница в твердости меньше. Количество остаточного аустенита в структуре литых образцов после термообработки коррелирует с изменением твердости. Данные о влиянии параметров термообработкина твердость и количество остаточного аустенита образцов из стали, деформированной на 90%, приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Влияние температуры нагрева и среды охлаждения на твердость и количество остаточного аустенита стали 150Х15Н5(ε=90%)

Характер влияния скорости охлаждения в деформированных образцах является неоднозначным. Снижение скорости охлаждения либо незначительно понижает твердость, либо практически не изменяет. Количество остаточного аустенита от среды охлаждения меняется монотонно. Исключением является температура 1100°С.
Результаты исследований образцов из валка после термообработки из стали 150Х15Н5 представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Влияние температуры нагрева и среды охлаждения на твердость и количество остаточного аустенита образцов из валка после термообработки

Из приведенных данных видно, что с увеличением температуры нагрева количество остаточного аустенита растет, а её влияние на твердость аналогично влиянию в деформированных образцах. Таким образом, исследования показали, что на структуру и твердость стали 150Х15Н5 влияют не только параметры термической обработки, но и исходное состояние. Так, термическая обработка образцов литого металла меняет структурный класс стали и наблюдается аномальное влияние скорости охлаждения на твердость. Пластическая деформация, предшествующая термообработке, резко снижает влияние скорости охлаждения и температуры нагрева на твердость исследуемой стали.