способ определения причины пониженной ударной вязкости низкоуглеродистых сталей

Формула изобретения

Способ определения причины пониженной ударной вязкости низкоуглеродистых сталей, включающий испытание образцов при отрицательной температуре, анализ результатов и оценку их значений ниже заданной нормы, определение дефектов на изломе испытанных образцов и исключение результатов по образцам с дефектами, отличающийся тем, что для применяемой марки стали определяют величину зерна общей микроструктуры и наличие сетки феррита, строят график зависимости ударной вязкости от данных параметров микроструктуры, определяют максимальную ширину и глубину отпечатков на опорных гранях испытанных образцов, строят график зависимости ударной вязкости от ширины и глубины отпечатков, по которым находят рекомендуемые значения данных параметров микроструктуры и отпечатков и оценивают их соответствие показателям образцов с пониженной ударной вязкостью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при анализе причины пониженной ударной вязкости сварных соединений, испытанных при отрицательной температуре, в частности, из стали 09Г2С при ремонте шаровых газовых кранов. При норме KCV^-60 (ударная вязкость образцов с острым концентратором радиуса 0,25 мм, испытанных при минус 60°С) не менее 25 Дж/см² наблюдаются значения 14 и даже 5 Дж/см².

Известны некоторые приемы корректировки результатов пониженной ударной вязкости. ГОСТ 6996-66 "Сварные соединения. Методы определения механических свойств" предусматривает: "если в изломе образца (с неудовлетворительными результатами) дефекты основного металла или сварного соединения (кроме трещин), он исключается из оценки и заменяется одним новым образцом".

ГОСТ 19281-89 "Прокат из стали повышенной прочности" допускает при испытании ударной вязкости сталей, в том числе стали марки 09Г2С, снижение KCV на 1 образце на 30% (пункт 4.12).

За прототип принят ГОСТ 19281-89 (пункт 4.12). Недостатки прототипа: не предусматривается анализ микроструктуры и остаточных признаков работы ударного изгиба на образцах с пониженной ударной вязкостью.

Задача изобретения: предложить методику анализа причин пониженной ударной вязкости.

Поставленная задача решается тем, что для конкретной продукции и применяемой марки стали определяют величину зерна общей микроструктуры и наличие сетки феррита, находят зависимость ударной вязкости от данных параметров микроструктуры, определяют максимальную ширину и глубину отпечатков на опорных гранях испытанных образцов, находят зависимость ударной вязкости от ширины и глубины отпечатков, находят рекомендуемые значения данных параметров микроструктуры и отпечатков и оценивают соответствие их показателям образцов с пониженной ударной вязкостью.

Для реализации способа выполняют операции

1. Из серии испытанных образцов выбирают те, которые имеют пониженную ударную вязкость и значения KCV^-60 удовлетворительные (выше заданной нормы), а также на среднем и максимальном уровне.

2. Подготавливают микрошлифы на торцах с изломами и определяют:

а) наличие ферритной сетки вокруг крупных зерен - фиг.1;

б) номер зерна общей микроструктуры.

3. На опорных гранях определяют максимальную ширину (Ш, мм) и глубину отпечатков (фиг.2) - Гл, мкм с помощью металлографического микроскопа фокусировкой точек опорной грани и дна отпечатка.

4. Строят таблицы и графики связи ударной вязкости KCV^-60 (Дж/см²) и номера зерна микроструктуры, а также ширины и глубины отпечатков (все - по средним значениям из всех образцов).

5. Отмечают норму KCV^-60 и находят пониженные значения ударной вязкости и ее связь с характеристиками отпечатков (как тест достоверного определения ударной вязкости) и с номером зерна микроструктуры. Отмечают (качественно) наличие ("да/нет") ферритной сетки.

6. Делают вывод о связи пониженной ударной вязкости с предложенными параметрами микроструктуры. Отмечают связь размера отпечатков с ударной вязкостью. Найденные зависимости используют многократно и постоянно при анализе пониженных значений ударной вязкости.

7. Предлагаемый способ проверен практически на образцах типа IX ГОСТ 6996-66 из стали 09Г2С, где был широкий диапазон значений ударной вязкости, в том числе - ниже нормы 25 Дж/см². Ширина отпечатков измерялась на микроскопе МБС-2 при увеличении 6 при цене деления сетки окуляра 0,1 мм. Глубину отпечатков измеряли с помощью МЕТАМ Р-1 при увеличении 128 и цене деления на барабане фокусировки 2 мкм. Микроструктуру определяли при увеличении 80, номер зерна (условно) - по ГОСТ 5639-82.

Результаты показаны в таблице 1 и на фиг.3 и 4, откуда видно, что пониженные значения ударной вязкости соответствуют крупнозернистой микроструктуре (размер зерен равен 4,5-5,3 номера) и наличию ферритной сетки. Это логично согласуется с малыми размерами отпечатков на опорной грани испытанных образцов. Найдена зависимость пониженной ударной вязкости от номера зерна (менее 5,3) при наличии ферритной сетки в скоплениях крупных зерен размером до 3,5 номера.

Технический результат предлагаемого способа заключается в оперативном определении причин пониженной ударной вязкости при наличии связи предложенных параметров микроструктуры и ударной вязкости. Найденные зависимости возможно использовать для профилактики пониженных значений ударной вязкости. При этом технология должна исключать проявление в микроструктуре ферритной сетки и крупных зерен общей микроструктуры. Это касается металла сварных швов и свариваемых металлов.

Таблица 1 Хладостойкость литой стали 09Г2С в зависимости от микроструктуры и связь с размерами отпечатков
Образец №	KCV-60 Дж/см 2	Размер отпечатков		Зерно, номер
		Ш, мм	Гл, мкм	по ферритной сетке*	По общей микроструктуре
1	5,6	1,0	2,2	3,5	5,3
2	14,91	1,0	3,0	6,0	5,0
3	14,95	0,95	2,0	4,0	4,5
4	37,0	1,9	4,36	нет сетки	6,5
5	45,6	1,8	4,7	нет сетки	6,5
6	47,3	1,8	5,0	отдельные участки с сеткой	6,3
7	57,3	1,7	6,7	нет сетки	8
Механизм образования ферритной сетки в низкоуглеродистых сталях рассматривается в работе: Тодоров Р.П., Христов Хр.Г. О видманштеттовых структурах углеродистых сталей// МиТОМ, 2004, №2, с.3.