Металлургическое качество судостроительной стали
Микроскопический анализ стали. Микроскопический анализ заключается в исследовании строения металлов с помощью оптических микроскопов при больших увеличениях. Микроанализ позволяет установить величину и форму зерен; количество, размеры и взаимное расположение отдельных фаз; обнаружить мельчайшие пороки металла и т. д. Металлы непрозрачны, поэтому изучение их строения может быть осуществлено лишь в отраженном свете. В связи с этим исследуемый образец подвергают обработке, обеспечивающей достаточно интенсивное отражение световых лучей от одной из его поверхностей (шлифа). Процесс изготовления металлографических образцов включает их вырезку и подготовку поверхности для исследования, шлифование, полирование и травление этой поверхности.
Место вырезки образца и выбор плоскости шлифа определяются задачами металлографического исследования.
Одна из важнейших задач металлографии заключается в выявлении зернистого строения металлических сплавов, от которого во многом зависят их механические и физические свойства. Известно, что металл с крупнозернистой структурой (или структурой, включающей одновременно крупные и мелкие зерна) имеет пониженные значения характеристик пластичности и ударной вязкости по сравнению с металлом мелкозернистого строения. Поэтому для большинства конструкционных материалов крупнозернистая структура недопустима. Однако можно привести и обратные примеры, когда крупнозернистая структура полезна. Например, технически чистое железо и электротехнические стали, которые используются для изготовления сердечников трансформаторов, реле и электромагнитов, магнитопроводов электрических машин и других деталей из магнитных сплавов, отличаются крупнозернистым строением, способствующим уменьшению напряженности магнитного поля (коэрцитивной силы).
Методы выявления и определения величины зерна сталей и сплавов устанавливаются ГОСТ 5639—82. В соответствии с этим стандартом для выявления границ зерен могут быть использованы травление поверхности шлифов реактивами, цементация (науглероживание) низкоуглеродистых сталей (содержащих до 0,25% С) при 930±10 °С с последующим определением зерен по сетке цементита на их границах, окисление границ зерен на полированных шлифах при заданных температурах нагрева. Установив границы зерен, находят величину последних и, если необходимо, их равноосность. Под величиной зерна понимают среднее значение случайных сечений зерен, видимых в плоскости металлографического шлифа. Она может быть определена следующими металлографическими методами:
визуальным сравнением видимых под микроскопом (при стократном увеличении) зерен с эталонами, прилагаемыми к стандарту. Эталон представляет собой схематизированное изображение зерен (рис. 5.9). Каждому эталонному изображению присвоен номер от —3 до 14. Чем меньше размер зерна, тем больше номер эталона;
подсчетом количества зерен, приходящихся на единицу поверхности шлифа, с определением среднего диаметра и средней площади зерна;
подсчетом пересечений границ зерен отрезками прямых с определением среднего условного диаметра зерна в случае равноосных зерен или количества зерен в 1 мм3 в случае неравноосных зерен;
измерением длин хорд зерен с подсчетом относительной доли зерен определенного размера.
Рис. 5.9. Эталоны изображения шлифов для определения величины зерен по ГОСТ 5639—82 Цифрами обозначен номер шкалы эталона
Мелкозернистое строение является важнейшим требованием к судокорпусным сталям. Как уже отмечалось, измельчение зерна понижает вероятность хрупкого разрушения стали, сдвигая порог хладноломкости к более низким температурам (см. рис. 5.6). Способы получения мелкозернистой структуры судо-корпусной стали путем рационального микролегирования, совершенствования режимов горячей обработки давлением и термической обработки рассмотрены ниже.