Карбонитридное упрочнение стали

    В связи с этим в последние годы широко проводят исследования по выяснению возможности создания сталей повышенной прочности путем комплексного легирования их азотом и нитридообразующими элементами.

    Было  изучено влияние содержания азота на механические свойства нормализованной малоуглеродистой марганцевованадиевой стали. С увеличением содержания азота в стали предел прочности и предел текучести возрастают. Повышение содержания азота в изученных пределах влияет на предел прочности примерно в два раза сильнее, чем на предел текучести. Так, увеличение концентрации азота от 0,007 – 0,045% привело к повышению предела текучести на 180Мн/м² (18 кГ/мм²), в то время как предел прочности увеличился только на 90Мн/м² (9 кГ/мм²). Характеристика пластичности при увеличении содержания азота практически не изменялись и находились на достаточно высоком уровне.

    При рассматривании зависимости ударной  вязкости от содержания азота при постоянной концентрации основного нитридообразующего элемента ванадия (0,1%), то видно, что с повышением содержания азота ударная вязкость стали несколько понижается как при комнатной, так и при отрицательных температурах. Однако если одновременно с повышением содержания азота увеличивать и содержание нитридообразующего элемента то можно получить значения ударной вязкости выше значений ее для сталей с нормальным содержанием азота Последнее обстоятельство показывает, что связывание азота в высокодисперсные нитриды ванадия не оказывает отрицательного влияния на ударную вязкость стали и даже, наоборот, уменьшение содержания азота, находящегося в твердом растворе за счет связывания его в нитриды, заметно повышает ударную вязкость при отрицательных температурах.

    Алюминий  вводимый при легировании реагирует  с азотом при наличии пластических деформаций образуя мелко дисперсные нитриды AlN.

    Особый  интерес представляет формирование нитрида алюминия в промышленных сплавах на основе железа, куда алюминий попадает как раскислитель. Азот попадает в сплав из атмосферы либо вводится в сталь преднамеренно.

    Алюминий  вводят в сталь при раскислении для связывания кислорода и азота. Его ориентировочное содержание может быть от 0,01% в спокойной стали до 0,15% в стальном литье.

    Изучение  условий образования A1N в жидком железе показало, что нитрид алюминия может выделиться из стали при  ее кристаллизации только в случае высокого содержания алюминия (более 1—2%) и азота. Во всех остальных случаях A1N образуется только в твердом металле по мере понижения температуры. Горячая прокатка ускоряет начало выделения нитрида алюминия. Установлена глубокая связь между термообработкой стали и количеством образующегося в ней нитрида алюминия.[85]

    В последние годы выяснилась связь  между нитридообразованием в  стали и такими явлениями, как  рост зерен, стойкость против старения, коррозионная стойкость, чувствительность к коррозии под напряжением и к перегреву, закаливаемость, горячая деформируемость, способность к глубокой вытяжке и т.д.

    Доказана  различная роль в структурообразовании частиц A1N различной дисперсности. Так  известно, что мелкие частицы A1N, при  малых расстояниях между ними, предотвращают миграцию границ зерен и обеспечивают упрочнение стали.

    Знание  закономерностей образования нитрида  алюминия в сталях помогает организовать технологический процесс таким  образом, чтобы обеспечить оптимальное содержание AlN.

    Нитрид алюминия высокой чистоты более устойчив против воздействия различных реагентов. Известно также, что в результате высокотемпературного отжига в среде азота при 1600 °С химическая стойкость нитрида алюминия возрастает. Это объясняют упорядочением решетки и ликвидацией структурных дефектов.[85]

    Предметом же данных исследований являются низколегированные конструкционные стали, растворимость азота в которых не превышает сотых долей процента, что с ростом его концентрации приводит к образованию избыточных нитридных и карбонитридных фаз, определяющих комплекс свойств готовых металлоизделий. В настоящей главе на основе литературных  
 

    Рис 2.2 – Рост глубины азотированного слоя во время насыщения при 520° и 620° С 

данных  и результатов собственных исследований рассматриваются вопросы взаимодействия азота с жидкой низколегированной сталью, его влияние на формирование структуры литого металла при кристаллизации и фазового состава металла при последующих термической обработке или горячей деформации.[86]

    Рис 2.3 – Микроструктура азотированного слоя железа (при 650° C с медленным охлаждением) ×500