4. Влияние металлургических факторов на реальную прочность конструкционной стали


Важное влияние на свойства стали и, в том числе, на значения ее усталостной выносливости и чувствительности к надрезам ока­зывают условия выплавки. Именно особенности выплавки, раскис­ления и разливки стали предопределяют чистоту стали, степень ее газонасыщенности, величину зерна (первичного и вторичного), наличие и характер распределения многих вредных примесей (S, Sn, Sb, Pb и др.).
Не имея возможности останавливаться на всех этих вопросах, рассмотрим только некоторые из них и, прежде всего, влияние спо­соба выплавки на свойства высокопрочной конструкционной стали. Ранее (в гл. II), уже отмечалось влияние степени чистоты стали на ее свойства и, в том числе, на склонность к необратимой отпуск­ной хрупкости. Резкое снижение чувствительности к необратимой отпускной хрупкости у высокочистых легированных сталей, вы­плавленных в вакуумных печах, подтверждается работами многих исследователей, например [184].
Вакуумирование конструкционной стали в большинстве случаев приводит также к повышению пластических свойств и значений ударной вязкости стали, отпущенной при температурах, лежащих вне интервала отпускной хрупкости. Так, по данным Левиса [220], относительное сужение вакуумированной стали SАЕ 4340, опреде­лявшееся на продольных образцах, в два раза превосходило отно­сительное сужение невакуумированной стали.
Еще более отчетливо положительное влияние вакуумирования проявляется при испытании поперечных образцов. Так, у стали с пределом прочности в 200 кГ/мм2 величина относительного суже­ния поперечных образцов составляла: у невакуумированной стали 6 % и у вакуумированной 18%. Предел выносливости этой стали отвечал следующим значениям: при испытании продольных образ­цов у невакуумированной стали 63 кГ/мм2; у вакуумированной стали 80 кГ/мм2; у вакуумированной стали на поперечных образ­цах 74 кГ/мм2.
Исследование свойств стали 300М (С=0,4%; Mn=0,75%; Si = 1,5%; Ni=2,0% ; Cr=1,0% ; Мо=0,4%) привело [185] к выводу о малом влиянии способа выплавки стали на механические свойства продольных образцов. Значительно больше способ выплавки по­влиял на пластические свойства и чувствительность к надрезам (при испытании на усталость) у поперечных образцов. Максималь­ная величина отношения σb(н)/σb(г) - оказалась у стали индукционной вакуумной плавки (буква н обозначает надрезанный образец, г — гладкий).
Электрошлаковый метод производства стали, разработанный в Институте электросварки им. Е. О. Патона, представляет собой сварочный процесс переплава стали («расходуемого электрода») в специальных кристаллизаторах под слоем расплавленного шлака. Плавление электрода и кристаллизация расплава осуществляются параллельно в одном плавильном пространстве, в отсутствии огне­упорных материалов в зоне плавки. В течение всего процесса пе­реплава существуют и затвердевшая часть слитка и чашеобразная ванна жидкой стали, покрытая толстым слоем расплавленного шлака. Поскольку процесс кристаллизации протекает направлен­но — снизу вверх — процесс ликвации не получает здесь разви­тия, а неметаллические включения в значительной мере успевают всплыть и удалиться в шлак.
Электрошлаковый метод переплава исключает процесс разлив­ки, как самостоятельную технологическую операцию, устраняет такие дефекты слитка, как образование усадочной раковины, осе­вой рыхлости, зональной ликвации, подкорковых пузырей и др.
Трехлетний опыт электрощлакового переплава — выплавки нес­кольких тысяч тонн стали более чем 45 марок на заводе «Днепросталь» характеризуется получением металла плотной структуры, лишенного каких-либо дефектов [125].
При электрошлаковом переплаве ликвидируются подкорковые пузыри и другие источники образования волосовин (включения глинозема, силикатов и др.), что позволяет рекомендовать приме­нение этого процесса для производства сталей, склонных к таким порокам. Сталь марки 15Х2ГН2ТРА, по данным ее авторов [50], склонна к образованию волосовин. Применением электрошлакового переплава этот недостаток был полностью устранен.
Электрошлаковый переплав заметно повышает пластичность и ударную вязкость конструкционных сталей, повышая однород­ность ее механических свойств в продольном и поперечном напра­влениях. Все это позволяет рассчитывать на значительное расши­рение этого метода производства конструкционной стали ответст­венного назначения, в настоящее время сдерживаемого малым количеством специализированных установок и повышеннбй стои­мостью такой стали.