Пути повышения прочности судостроительной стали

Наряду с изменениями химического состава стали на ее структуру   большое   влияние оказывает технология обработки давлением. Как отмечалось ранее, горячая прокатка стали производится, когда металл находится в аустенитном состоянии (после начального нагрева до 1200—1250 °С), за несколько проходов с постепенным понижением температуры заготовки. В процессе горячего деформирования происходят сложные, накладывающиеся одно на другое структурные изменения, связанные с горячим наклепом, динамической и статической полигонизацией и рекристаллизацией металла.

Процесс структурообразования стали при прокатке можно регулировать путем регламентации температурных и скоростных условий деформирования и режима последеформационного охлаждения. Такую обработку называют контролируемой прокаткой. Можно отметить следующие факторы, способствующие получению однородной мелкозернистой структуры горячекатаной стали: понижение конечной температуры деформирования; увеличение степени деформации; введение в сталь нитридо- или карбидообразующих элементов (ниобия и ванадия). Важно подчеркнуть, что деформирование должно заканчиваться при однофазном аустенитном состоянии металла. Прокатка стали при двухфазном аустенитно-ферритном состоянии ведет к образованию неоднородной полосчатой структуры, так как эти фазы имеют различную способность к деформационному упрочнению и разупрочнению. При охлаждении стали начиная от температуры конца прокатки избыточный феррит сохраняет зерна вытянутой формы, а остальной объем занимает перлитная структура, образовавшаяся при эвтектоидном распаде аустенита. Сталь с такой полосчатой структурой отличается анизотропией механических свойств. Кроме того, из рис. 5.18 видно, что слишком низкая температура конца прокатки (ниже 800 °С) приводит к повышению порога хладноломкости.

Рис. 5.18. Влияние температуры конца прокатки на порог хладноломкости низкоуглеродистых сталей 1 — 1.5 %Mn; 2— 0,5% Mn; t1—температурный порог хрупкости; t2 — температура конца прокатки

Одним из перспективных способов упрочнения низкоуглеродистой стали является использование эффекта вторичного твердения. Используют комплексное легирование никелем, медью, хромом, молибденом и ванадием. Например, широко применяются стали типа 15ХН2МФ, которые после термического улучшения обладают высокими значениями прочностных характеристик (σ0,2≥400 МПа), пластичности (δ>25%; ψ>55 %) и вязкости. Комплексное легирование позволяет также повысить коррозионную стойкость стали, причем медь, кремний и молибден особенно эффективно действуют в условиях периодического смачивания морской водой, а хром, алюминий и ниобий — в условиях постоянного погружения в воду.

Взаимосвязь между структурой и механическими свойствами судокорпусных сталей наглядно иллюстрирует рис. 5.19. Мелкозернистая ферритно-перлитная структура, получаемая непосредственно после прокатки, уступает в прочности и по сопротивлению хрупкому разрушению структуре, образованной закалкой и высоким отпуском или после нормализации. Поэтому все стали повышенной прочности подвергаются термической обработке.

Рис. 5.19. Влияние микроструктуры на предел текучести и порог хладноломкости марганцовистых и низколегированных сталей
t—интервал температур порога хладноломкости (KCV ≥30 Дж/м²); I — мелкозернистая ферритно-перлитная структура; I' — ферритно-перлитная структура после регулирования при прокатке; II — бейнит; II' — бейнит после регулирования при прокатке; III — структура после закалки с последующим отпуском