Вплив попереднього пластичного деформування сталі 12Х18Н12Т на її механічні властивості
Виявлено, що попереднє пластичне деформування аустенітної сталі 12Х18Н12Т спричиняє наклеп, який залежить від швидкості деформування. Зі збільшенням швидкості деформування зразків від 8·10⁻⁴ до 417·10⁻⁴ s⁻¹ характеристики як міцності (границя міцності), так і пластичності (відносне видовження) сталі...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2011
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138270 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Вплив попереднього пластичного деформування сталі 12Х18Н12Т на її механічні властивості / О.І. Балицький, Я. Еліаш, І. В. Ріпей // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 4. — С.20-27. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-138270 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Балицький, О.І. Еліаш, Я. Ріпей, І.В. 2018-06-18T12:15:39Z 2018-06-18T12:15:39Z 2011 Вплив попереднього пластичного деформування сталі 12Х18Н12Т на її механічні властивості / О.І. Балицький, Я. Еліаш, І. В. Ріпей // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 4. — С.20-27. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138270 620.197.5:669.788 Виявлено, що попереднє пластичне деформування аустенітної сталі 12Х18Н12Т спричиняє наклеп, який залежить від швидкості деформування. Зі збільшенням швидкості деформування зразків від 8·10⁻⁴ до 417·10⁻⁴ s⁻¹ характеристики як міцності (границя міцності), так і пластичності (відносне видовження) сталі 12Х18Н12Т знижуються. Після витримування попередньо наклепаної сталі за температури 650°С збільшується її міцність, а пластичність знижується. Разом з тим ізотермічний вплив впродовж 1 та 10 h не сприяв міжкристалітній корозії сталі під час її витримування у корозивному середовищі 24 h. Обнаружено, что предварительное пластическое деформирование аустенитной стали 12Х18Н12Т вызывает наклеп, величина которого зависит от скорости деформирования. С увеличением скорости деформирования образцов от 8·10⁻⁴ до 417·10⁻⁴ s⁻¹ характеристики как прочности (предел прочности), так и пластичности (относительное удлинение) стали снижаются. После выдержки предварительно наклeпанной стали при температуре 650°С увеличивается ее прочность, а пластичность снижается. Вместе с тем изотермическое влияние в течение 1 и 10 h не содействовало межкристаллитной коррозии стали в процессе ее выдержки в коррозионной среде 24 h. The preliminary plastic deformation of austenitic 12Х18Н12Т steel leads to the formation of cold-work hardening, which value depends of the strain rate. The increase of the strain rate from 8·10⁻⁴ to 417·417·10⁻⁴ s⁻¹ causes the decrease of both the strength (ultimate strength) and plasticity (relative elongation). After exposure of the preliminary cold-hardened steel at 650°C its strength increases, but plasticity decreases. At the same time the isothermal influence during 1 and 10 h does not cause the intergranular corrosion of steel in the process of its exposure to corrosion environment for 24 h. Автор І. Ріпей вдячний за часткову фінансову підтримку фундації Й. Міановського (Польща) в межах гранту на наукове стажування. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Вплив попереднього пластичного деформування сталі 12Х18Н12Т на її механічні властивості Влияние предварительного пластического деформирования стали 12Х18Н12Т на ее механические свойства The influence of preliminary plastic deformation of 12Х18Н12Т steel on its mechanical characteristics Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Вплив попереднього пластичного деформування сталі 12Х18Н12Т на її механічні властивості |
| spellingShingle |
Вплив попереднього пластичного деформування сталі 12Х18Н12Т на її механічні властивості Балицький, О.І. Еліаш, Я. Ріпей, І.В. |
| title_short |
Вплив попереднього пластичного деформування сталі 12Х18Н12Т на її механічні властивості |
| title_full |
Вплив попереднього пластичного деформування сталі 12Х18Н12Т на її механічні властивості |
| title_fullStr |
Вплив попереднього пластичного деформування сталі 12Х18Н12Т на її механічні властивості |
| title_full_unstemmed |
Вплив попереднього пластичного деформування сталі 12Х18Н12Т на її механічні властивості |
| title_sort |
вплив попереднього пластичного деформування сталі 12х18н12т на її механічні властивості |
| author |
Балицький, О.І. Еліаш, Я. Ріпей, І.В. |
| author_facet |
Балицький, О.І. Еліаш, Я. Ріпей, І.В. |
| publishDate |
2011 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Влияние предварительного пластического деформирования стали 12Х18Н12Т на ее механические свойства The influence of preliminary plastic deformation of 12Х18Н12Т steel on its mechanical characteristics |
| description |
Виявлено, що попереднє пластичне деформування аустенітної сталі 12Х18Н12Т спричиняє наклеп, який залежить від швидкості деформування. Зі збільшенням швидкості деформування зразків від 8·10⁻⁴ до 417·10⁻⁴ s⁻¹ характеристики як міцності (границя міцності), так і пластичності (відносне видовження) сталі 12Х18Н12Т знижуються. Після витримування попередньо наклепаної сталі за температури 650°С збільшується її міцність, а пластичність знижується. Разом з тим ізотермічний вплив впродовж 1 та 10 h не сприяв міжкристалітній корозії сталі під час її витримування у корозивному середовищі 24 h.
Обнаружено, что предварительное пластическое деформирование аустенитной стали 12Х18Н12Т вызывает наклеп, величина которого зависит от скорости деформирования. С увеличением скорости деформирования образцов от 8·10⁻⁴ до 417·10⁻⁴ s⁻¹ характеристики как прочности (предел прочности), так и пластичности (относительное удлинение) стали снижаются. После выдержки предварительно наклeпанной стали при температуре 650°С увеличивается ее прочность, а пластичность снижается. Вместе с тем изотермическое влияние в течение 1 и 10 h не содействовало межкристаллитной коррозии стали в процессе ее выдержки в коррозионной среде 24 h.
The preliminary plastic deformation of austenitic 12Х18Н12Т steel leads to the formation of cold-work hardening, which value depends of the strain rate. The increase of the strain rate from 8·10⁻⁴ to 417·417·10⁻⁴ s⁻¹ causes the decrease of both the strength (ultimate strength) and plasticity (relative elongation). After exposure of the preliminary cold-hardened steel at 650°C its strength increases, but plasticity decreases. At the same time the isothermal influence during 1 and 10 h does not cause the intergranular corrosion of steel in the process of its exposure to corrosion environment for 24 h.
|
| issn |
0430-6252 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138270 |
| citation_txt |
Вплив попереднього пластичного деформування сталі 12Х18Н12Т на її механічні властивості / О.І. Балицький, Я. Еліаш, І. В. Ріпей // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 4. — С.20-27. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT balicʹkiioí vplivpoperednʹogoplastičnogodeformuvannâstalí12h18n12tnaíímehaníčnívlastivostí AT elíašâ vplivpoperednʹogoplastičnogodeformuvannâstalí12h18n12tnaíímehaníčnívlastivostí AT rípeiív vplivpoperednʹogoplastičnogodeformuvannâstalí12h18n12tnaíímehaníčnívlastivostí AT balicʹkiioí vliâniepredvaritelʹnogoplastičeskogodeformirovaniâstali12h18n12tnaeemehaničeskiesvoistva AT elíašâ vliâniepredvaritelʹnogoplastičeskogodeformirovaniâstali12h18n12tnaeemehaničeskiesvoistva AT rípeiív vliâniepredvaritelʹnogoplastičeskogodeformirovaniâstali12h18n12tnaeemehaničeskiesvoistva AT balicʹkiioí theinfluenceofpreliminaryplasticdeformationof12h18n12tsteelonitsmechanicalcharacteristics AT elíašâ theinfluenceofpreliminaryplasticdeformationof12h18n12tsteelonitsmechanicalcharacteristics AT rípeiív theinfluenceofpreliminaryplasticdeformationof12h18n12tsteelonitsmechanicalcharacteristics |
| first_indexed |
2025-11-25T21:07:34Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:07:34Z |
| _version_ |
1850551125951905792 |
| fulltext |
20
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2011. – ¹ 4. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 620.197.5:669.788
ВПЛИВ ПОПЕРЕДНЬОГО ПЛАСТИЧНОГО ДЕФОРМУВАННЯ
СТАЛІ 12Х18Н12Т НА ЇЇ МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
О. І. БАЛИЦЬКИЙ 1, Я. ЕЛІАШ 2, І. В. РІПЕЙ 3
1 Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів;
2 Західнопоморський технологічний університет, Щецін, Польща;
3 ВАТ ”Західенерго”, Львів
Виявлено, що попереднє пластичне деформування аустенітної сталі 12Х18Н12Т
спричиняє наклеп, який залежить від швидкості деформування. Зі збільшенням
швидкості деформування зразків від 8·10–4 до 417·10–4 s–1 характеристики як міцності
(границя міцності), так і пластичності (відносне видовження) сталі 12Х18Н12Т зни-
жуються. Після витримування попередньо наклепаної сталі за температури 650°С
збільшується її міцність, а пластичність знижується. Разом з тим ізотермічний вплив
впродовж 1 та 10 h не сприяв міжкристалітній корозії сталі під час її витримування у
корозивному середовищі 24 h.
Ключові слова: хромонікелева аустенітна сталь, пластичне деформування, струк-
тура, механічні властивості.
У технологічному процесі виготовлення поверхонь нагрівання парових кот-
лів широко застосовують згинання труб, яке здійснюють за кімнатної температу-
ри [1]. Внаслідок деформування у згинах утворюються залишкові напруження,
які зростають зі збільшенням пластичної деформації. Для їх зменшення у здефор-
мованих ділянках труб зі сталі 12Х18Н12Т використовують місцеве термічне об-
роблення. Проте через невдало підібраний режим не досягають рівноважної
структури сталі, а в окремих випадках відбувається сенсибілізація, насамперед, у
зоні переходу від термообробленого до вихідного металу [2]. За наявності залиш-
кових напружень та високих температур експлуатації формується структура,
схильна до міжкристалітної корозії (МКК). Це і стає однією з причин пошко-
джень гнутих ділянок труб з аустенітної сталі [2].
Мета роботи – з’ясувати вплив попереднього пластичного деформування
(ПД) на структуру, механічні властивості та схильність до МКК сталі 12Х18Н12Т.
Матеріали та методи випроб. Вивчали структуру та властивості труб діа-
метром 42 mm та товщиною стінки 4 mm зі сталі 12Х18Н12Т з такими механіч-
ними характеристиками: границя текучості σТ = 216…392 МРа, границя міцності
σВ = 539…686 МРа, відносне видовження δ5 ≥ 35%, твердість за Брінелем
НВ ≤ 1862 МРа [3].
П’ятикратні сегментні зразки шириною 10 mm, повної товщини (рис. 1) ви-
пробували розтягом за кімнатної температури на розривній машині УММ-5,
згідно з ГОСТ 10006-80 [4].
Швидкість згинання труб не регламентується чинним нормативним доку-
ментом [1] і для того, щоб з’ясувати її вплив на ступінь наклепу та механічні ха-
рактеристики сталі, зразки розтягували за різної швидкості деформування (8·10–4;
42·10–4; 83·10–4; 208·10–4 та 417·10–4 s–1). Для порівняння використали результати
впливу деформування за різних швидкостей на механічні властивості сталі іншо-
Контактна особа: О. І. БАЛИЦЬКИЙ, e-mail: balitski@ipm.lviv.ua
21
го структурного класу (12Х1МФ), отримані на зразках з труб діаметром 38 mm і
товщиною стінки 4 mm [5].
Рис. 1. Схема вирізання зразків сегментного профілю.
Fig. 1. The scheme of cutting out the segment profile specimens.
Для з’ясування впливу наклепу на механічні властивості та структуру ста-
лей, зразки попередньо деформували за умов квазістатичного навантаження з мі-
німальною швидкістю (8·10–4 s–1) до досягнення значень приросту абсолютного
видовження ∆l = 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 та 15,0 mm, що відповідає значенням відносної
деформації ε = 6,25; 12,5; 18,75; 25,0 та 37,5%. Максимальний рівень пластичної
деформації вибрали, виходячи з мінімально допустимого значення відносного
видовження δ5 матеріалу у вихідному стані, яке для сталі 12Х18Н12Т становить
35% [3], а для 12Х1МФ – 21% [5].
Наклеп оцінювали за коефіцієнтом η = HВD / HВV, де HВV і HВD – відповідно
твердість сталі у вихідному стані та після попереднього ПД, визначена на твердо-
мірі ТШ-2М.
Щоб спрогнозувати тенденцію впливу ПД на зміну структурно-фазового
складу та властивості сталі 12Х18Н12Т під час її високотемпературної експлуата-
ції, зразки після ПД витримували за температури 650±10°С впродовж 1 та 10 h.
Схильність сталі 12Х18Н12Т до МКК оцінювали за наявністю дефектів на
поверхні сегментних зразків з різним наклепом внаслідок їх згинання на кут
(90±3)° відповідно до ГОСТ 14019–80 [6]. Перед випробами на МКК зразки попе-
редньо витримували впродовж 1 h за температури 650°С, після чого їх занурюва-
ли на 24 h у киплячий розчин наступного складу: 1000 cm3 води + 130 g сірчано-
кислої міді (CuSO4·5H2O) + 120 cm3 сірчаної кислоти ч.д.а. Випроби проводили
за наявності мідної стружки, згідно з ГОСТ 6032-89 [7].
Структуру металу досліджували на металографічному мікроскопі ММО-1600
після травлення шліфів розчином з 1/4 частини азотної і 3/4 соляної кислот.
Результати та їх обговорення. Вплив швидкості деформування на наклеп
сталі. Відомо, що під час деформування сталі зміцнюються. Зміцнення під час
статичного розтягу зразків відбувається аж до їх руйнування, про що свідчать
діаграми розтягу в координатах істинне напруження–деформація [8]. Зміцнення
внаслідок деформації спричинене в основному взаємодією дислокацій, що
ускладнює їх рух. Менше зміцнення в результаті наклепу пов’язують з меншою
кількістю систем легкого зсуву [9, 10]. Зрозуміло, що зміцнення сталей різних
структурних класів відбувається неоднаково.
На інтенсивність наклепу значно впливає швидкість деформування. Для
перлітної сталі 12Х1МФ зі збільшенням швидкості деформування (від 8·10–4 до
417·10–4 s–1) границя міцності, зазвичай, збільшується на 12,0...14,0% за одночас-
ного зниження відносного видовження на ∼25% [11], а для аустенітної сталі
12Х18Н12Т, випробуваної за таких самих умов, збільшення швидкості деформу-
вання призводить до зниження обох характеристик – і міцності, і пластичності
(рис. 2).
22
Рис. 2. Вплив швидкості навантаження V на границю міцності σВ (a) та відносне
видовження δ5 (b) сталі 12Х18Н12Т (розкид значень величин, одержаних
за результатами випроб 20 зразків, вирізаних з однієї партії труб).
Fig. 2. Influence of loading rate, V, on the ultimate strength, σВ, (a) and relative elongation,
δ5, (b) of 12Х18Н12Т steel (scattering of values, obtained by testing results
of 20 specimens cut out from pipes one batch).
Така особливість зміни характеристик міцності і пластичності пов’язана зі
специфікою деформування аустенітної сталі, насамперед, з високою інтенсивніс-
тю деформації зразка.
Внаслідок різної орієнтованості зерен щодо прикладеного навантаження, де-
формація в них відбувається неоднаково. Збільшення напруження сприяє ковзан-
ню, насамперед, у зернах, які сприятливо орієнтовані до прикладеного зусилля.
Проте межі зерен блокують ковзання, що спричинює концентрацію напружень
біля них і приводить у дію менш сприятливо орієнтовані системи. Ковзання пере-
ходить у сусідні зерна, а в зернах, які зазнали легкого ковзання, починається мно-
жинне ковзання. Як наслідок, в деяких зернах відбувається ковзання по системах,
які перетинаються, що призводить до швидкого зміцнення. В цілому, гальмуючи
рух дислокацій, межі зерен зумовлюють переривчастий характер ковзання [9].
Коли швидкість деформації зразка рівна або перевищує швидкість перемі-
щення захватів розривної машини, на діаграмі навантаження з’являються плато-
подібні ділянки. Їх виникнення може свідчити про те, що напруження безперерв-
но коливається між крайніми значеннями. Очевидно, що переміщення дислокацій
теж змінюється від повільного до швидкого і навпаки [9, 10]. Під час повільної
фази напруження збільшується і зрештою стає достатнім для того, щоб звільни-
лася дислокація, внаслідок чого настає швидке пластичне течіння. Згодом напру-
ження знижується, дислокації сповільнюються і цикл повторюється.
Якісно подібну закономірність зміни характеристик міцності і пластичності
спостерігали також під час випроб матеріалів з гексагональною щільно спакова-
ною ґраткою, коли пластичне деформування відбувалося вздовж площин найлег-
шого ковзання чи двійникування в мікрооб’ємах матеріалу [8]. При цьому фіксу-
вали стрибкоподібне видовження зразків внаслідок двійникування.
Відомо [8], що напруження, які необхідні для зародження двійникування,
значно перевищують (∼ у тисячу разів [10]) напруження, за яких відбувається по-
ширення вже існуючого двійника. Зазвичай, зародження двійника асоціюється з
різким наступним (після його утворення) зниженням навантаження. Це визначає
пилкоподібну форму кривої напруження–деформація. Ріст двійника супроводжу-
ється плавним збільшенням кривої навантаження. Для зародження двійника
необхідна висока концентрація напружень, водночас для його подальшого росту
23
не потрібно збільшувати концентрацію напружень вище рівня, що досягається в
металі за цієї деформації без двійникування [8].
Оскільки деформаційне двійникування характерне, насамперед, для великих
швидкостей деформування та випроб за низьких температур, то ковзання для
г.ц.к. металів є превалюючим завдяки рухові часткових, обмежуючих розщеплен-
ня, дислокацій по щільно спакованих площинах [8].
Зі збільшенням швидкості навантаження пластичне деформування мікро-
об’ємів зразка внаслідок ковзання та взаємодії дислокацій не встигає відбутися,
крім цього, можливе виникнення двійникування, що призводить до релаксації на-
пружень, у результаті чого границя міцності знижується.
Твердість зразків зі сталі 12Х1МФ після випроб з різною швидкістю наван-
таження змінюється неістотно. Перед деформуванням – 1264...1303 НВ, а після
нього змінюється вздовж робочої частини зразків від 1372 до 1558 НВ.
Натомість твердість зразків зі сталі 12Х18Н12Т після їх деформування з різ-
ною швидкістю змінюється суттєво, що зумовлено різним наклепом. Зокрема,
якщо у недеформованому стані твердість сталі становила 1430...1480 НВ, то після
деформування зразків зі швидкістю 8·10–4 s–1 – 2775...2922 НВ, зростаючи з на-
ближенням до зони руйнування. Водночас збільшення твердості зразків, дефор-
мованих з вищою швидкістю (417·10–4 s–1), було менше (2382... 2592 НВ). Згідно
з відомим кореляційним співвідношенням [12]
σВ = α · HB,
отримані значення твердості HB добре співвід-
носяться із границею міцності сталей. Для сталі
12Х1МФ коефіцієнт α = 0,35 [13]. Причому за-
лежно від структури та тривалості експлуатації
сталі цей коефіцієнт може змінюватися від 0,33
до 0,37. Границя міцності сталі 12Х18Н12Т ко-
релює із твердістю, коли значення α ≈ 0,41…
0,49. Водночас міцність аустенітної сталі добре
узгоджується із твердістю наклепаного аустені-
ту, тобто з максимальним значенням твердості
металу після випробування (див. таблицю).
Твердість зразків зі сталі 12Х18Н12Т, деформованих за меншої швидкості
навантаження, змінюється рівномірніше
вздовж робочої довжини зразків, порів-
няно з твердістю, визначеною за вищої
швидкості навантаження [11].
Вплив старіння на властивості
попередньо пластично деформованих
сталей. Проаналізували зразки з різним
деформаційним зміцненням η, отримані
за мінімальної (8·10–4 s–1) швидкості на-
вантаження (рис. 3). Максимального на-
клепу сталей досягали після найбільшо-
го приросту абсолютного видовження.
За однакової попередньої пластичної де-
формації зразків наклеп аустенітної
сталі є значно вищий, ніж перлітної, що
спричинено тим, що в металах з г.ц.к.
ґраткою легше здійснюється множинне
ковзання вздовж площин і напрямів, що
Кореляція міцності
з твердістю сталі 12Х18Н12Т
після її випробування
на розтяг
σВ НВ
МРа
α
627 2852 0,22
674 3148 0,21
686 3119 0,22
Рис. 3. Вплив деформації ε на наклеп η
сталей 12Х1МФ (1) та 12Х18Н12Т (2).
Fig. 3. The influence of deformation, ε,
on the cold-work hardening, η,
of 12Х1МФ (1) and 12Х18Н12Т (2) steels.
24
перетинаються [9]. Внаслідок взаємодій дислокацій з утворенням їх складних
конфігурацій та ефективних бар’єрів метал інтенсивніше зміцнюється під час
наклепу.
За малої пластичної деформації не зафіксували змін мікроструктури сталі
12Х1МФ. Як і в недеформованому стані, в ній переважав ферит та зернистий
перліт (рис. 4a), що відповідає 5–6 балу [5]. На межах зерен виявили крупні кар-
біди. За високої деформації зерна витягувалися вздовж напряму ПД.
Через високу деформаційну здатність сталь 12Х18Н12Т схильніша до на-
клепу і тому внаслідок ПД її структура змінюється сильніше. У вихідному стані
структура сталі, крім рівновісних зерен аустеніту, містить двійники, які спричи-
нені, насамперед, технологічними особливостями виготовлення. Навіть незначна
пластична деформація призводить до змін в її структурі – збільшення ліній й
смуг ковзання, а за певних умов – кількості та розмірів двійників, а вища – до
текстурування зерен у напрямі прикладеного навантаження.
Рис. 4. Структура сталей 12Х1МФ (а)
та 12Х18Н12Т (b – вихідний стан;
с – після деформування зразків
на 12,5%).
Fig. 4. Structure of the 12Х1МФ (a)
and 12Х18Н12Т steels (b – initial state;
c – after specimens deformation
up to 12.5%).
Загалом структура деформованих зразків зі сталі 12Х18Н12Т вирізняється
значною кількістю ліній, смуг ковзання та двійників, а також більшою нерівно-
вісністю зерен (рис. 4c) порівняно з вихідним станом (рис. 4b), оскільки під час
деформування частина зерен орієнтуються в напрямку розтягу. Це спричинено
тим, що сусідні зерна заважають зернам, що зміщуються, вільно рухатися в на-
прямі дотичного напруження, внаслідок чого вони набувають витягнутої форми [10].
За вищої пластичної деформації травильність двійників, смуг деформування
та ковзання полегшується, а подекуди стає навіть вищою за травильність меж
зерен.
Деформація зразків зі сталі 12Х18Н12Т з меншою твердістю у вихідному
стані супроводжується сильнішим наклепом, порівняно з твердішою, хоча тен-
денції його зміни якісно подібні (рис. 5).
25
Рис. 5. Fig. 5. Рис. 6. Fig. 6.
Рис. 5. Залежність наклепу η від деформування ε зразків зі сталі 12Х18Н12Т
за твердості у вихідному стані 1225 (1) і 1431 НВ (2).
Fig. 5. The dependence of cold-work hardening degree, η, of the deformation level, ε,
of 12Х18Н12Т steel specimens with a hardness in initial state 1225 (1) and 1431 НВ (2).
Рис. 6. Мікроструктура сталі 12Х18Н12Т після ПД та витримки за температури 650°С.
Fig. 6. Microstructure of 12Х18Н12Т steel after plastiс deformation and exposure at 650°С.
Рис. 7. Гістограми зміни границі міцності σВ (а) та відносного видовження δ5 (b)
залежно від попереднього деформування ε з швидкістю 8·10–4 s–1сталі 12Х18Н12Т
без витримування (білі стовпчики) та з витримкою за температури 650°С
впродовж 1 (сірі) та 10 h (чорні).
Fig. 7. The histograms of the change of the ultimate strength, σВ, (a) and elongation, δ5, (b)
versus the plastic prestrain level, ε, with a rateof 8·10–4 s–1 of 12Х18Н12Т steel without
(white columns) and after exposure at temperature 650°С for 1 (grey) and 10 h (black).
Витримування до різного ступеня деформації зразків зі сталі 12Х18Н12Т
впродовж 1 і 10 h за температури 650°С сприяє виділенню в них карбідів хрому
(рис. 6) типу Ме23C6 [14], внаслідок чого їх міцність зростає, а пластичність зни-
жується (рис. 7). Разом з тим, навіть за значного наклепу (η = 1,21...1,81) в ре-
зультаті попереднього ПД технологічні властивості сталі 12Х18Н12Т, оцінені за
результатами випроб на згин, залишаються задовільними. На поверхні зразків
після їх згинання на кут 90° візуально не виявили тріщин, надривів чи будь-яких
інших дефектів (рис. 8).
26
Рис. 8. Зразки після технологічних випроб на згин.
Fig. 8. The specimens after technological bending tests.
Не виявлено також схильності сталі 12Х18Н12Т до МКК [10]. Це може свід-
чити про визначальний вплив температурно-часового чинника на пошкодження
гнутих ділянок труб внаслідок МКК, яка інтенсивно розвивається за умов контак-
ту з вологою та корозійно-активними речовинами зі сторони і обмурівки, і золи, і
пічних газів [2].
Відомо, що найпомітніший вплив структури сталі 12Х18Н12Т на її корозій-
ну стійкість пов’язаний з виділенням в ній хромовмісних карбідів. Оскільки
швидкість дифузії вуглецю (як елемента втілення) набагато перевищує швидкість
дифузії хрому (як елемента заміщення), то в околі цих карбідів може виникати
градієнт за концентрацією хрому. Якщо карбіди розташовані настільки близько,
що області збіднення за вмістом хрому перекриваються, то з’являються досить
протяжні смуги зі заниженим вмістом хрому (< 12%), внаслідок чого можливе
виникнення селективної корозії, що розвиватиметься вздовж меж зерен [14]. Кар-
біди хрому утворюють суцільну чи розірвану мережу смуг зі заниженим вмістом
хрому вздовж меж зерен. Різниця потенціалів між карбідами і аустенітом стає ру-
шійною силою міжкристалітного розчинення [14].
Вплив залишкових напружень на роботоздатність гинів. Зазвичай макси-
мальний наклеп під час виготовлення гинів труб 15…20% [15]. Як наслідок, у
гинах виникає складнонапружений стан, оскільки з’являються ділянки пластично
деформовані розтягом та стиском, які можуть по-різному впливати на робото-
здатність труб під час експлуатації [10, 15].
Загалом наклеп знижує температуру рекристалізації, що погіршує жароміц-
ність сталі [14, 15]. Відомо, що після ПД знижується також тривала пластичність
сталі [13]. При цьому можливе руйнування сталі без помітних ознак залишкової
деформації.
Водночас залишкові напруження, їх концентрація і градієнт в окремих час-
тинах гинів може інтенсифікувати дифузійні процеси і, як наслідок, впливати на
перебіг структурних і фазових перетворень у сталі [13, 15].
ВИСНОВКИ
Пластична деформація (ε = 18,75%) аустенітної сталі 12Х18Н12Т призво-
дить до наклепу η = 1,48. У перлітній сталі 12Х1МФ така ж деформація спричи-
няє менші залишкові напруження (η не перевищує 1,12). Витримування поперед-
ньо ПД сталі 12Х18Н12Т впродовж 1...10 h за температури 650°С сприяє виділен-
ню в ній карбідів хрому, внаслідок чого міцність сталі зростає, а пластичність
знижується. Зі збільшенням попередньої ПД вплив високотемпературного витри-
мування посилюється і, як наслідок, зростання міцності та зниження пластичнос-
ті сталі інтенсифікується.
27
РЕЗЮМЕ. Обнаружено, что предварительное пластическое деформирование аусте-
нитной стали 12Х18Н12Т вызывает наклеп, величина которого зависит от скорости де-
формирования. С увеличением скорости деформирования образцов от 8·10–4 до 417·10–4 s–1
характеристики как прочности (предел прочности), так и пластичности (относительное
удлинение) стали снижаются. После выдержки предварительно наклeпанной стали при
температуре 650°С увеличивается ее прочность, а пластичность снижается. Вместе с тем
изотермическое влияние в течение 1 и 10 h не содействовало межкристаллитной коррозии
стали в процессе ее выдержки в коррозионной среде 24 h.
SUMMARY. The preliminary plastic deformation of austenitic 12Х18Н12Т steel leads to
the formation of cold-work hardening, which value depends of the strain rate. The increase of
the strain rate from 8·10–4 to 417·10–4 s–1 causes the decrease of both the strength (ultimate
strength) and plasticity (relative elongation). After exposure of the preliminary cold-hardened
steel at 650°C its strength increases, but plasticity decreases. At the same time the isothermal
influence during 1 and 10 h does not cause the intergranular corrosion of steel in the process of
its exposure to corrosion environment for 24 h.
Автор І. Ріпей вдячний за часткову фінансову підтримку фундації Й. Міа-
новського (Польща) в межах гранту на наукове стажування.
1. ОСТ 108.030.40-79. Элементы трубные поверхностей нагрева, трубы соединительные
в пределах котла, коллекторы стационарных паровых котлов. – Л.: НПО ЦКТИ, 1990. – 56 с.
2. Деякі особливості деградації труб пароперегрівників котлів ТЕС зі сталі 12Х18Н12Т
/ Р. К. Мелехов, А. В. Василик, Є. І. Палащук та ін. // Фіз.-хім. механіка матеріалів.
– 2004. – 40, № 5. – С. 81–86.
(Melekhov R. K., Vasylyk A. V., Palashchuk E. I., Krutsan H. M. and Onyshchak Ya. D.
Some Specific Features of Degradation of Superheater Tubes of the Boilers of Thermal
Electric Power Plants Made of 12Kh18N12T Steel // Materials Science. – 2004. – 40, № 5.
– P. 668–675.)
3. ТУ 14-3-796-79. Трубы бесшовные холоднодеформированные для паровых котлов и трубо-
проводов из коррозионностойкой марки стали. Технические условия. – М.; 1979. – 11 с.
4. ГОСТ 10006-80 (CТ СЭВ 476–77). Трубы металлические. Методы испытаний на
растяжение. – М.: Изд-во стандартов, 1980. – 17 с.
5. ТУ 14-3-460-2009. Труби сталеві безшовні для парових котлів і трубопроводів: – Дніп-
ропетровськ: ДП “Наук.-досл. та констр.-техн. ін-т трубної промисловості ім. Ю. Я. Оса-
ди”, 2009. – 41 с.
6. ГОСТ 14019-80 (CТ СЭВ 474-77). Металлы и сплавы. Методы испытаний на изгиб.
– М.: Из-во стандартов, 1981. – 6 с.
7. ГОСТ 6032-89 (CТ СЭВ 4076-83, ИСО 3651/1-76, ИСО 3651/2-76). Стали и сплавы
коррозионностойкие. Методы истытания на стойкость против межкристаллитной
коррозии. – М.: Изд-во стандартов, 1991. – 42 с.
8. Херцберг Р.В. Деформация и механика разрушения конструкционных материаллов.
– М.: Металлургия, 1989. – 575 с.
9. Бернштейн М. Л. Структура деформированных металлов. – М.: Металлургия, 1977. – 432 с.
10. Бельченко Г. И., Губенко С. И. Основы металлографии и пластической деформации
стали. – Киев–Донецк: Вищ. шк., 1987. – 240 с.
11. Ріпей І. В. Вплив наклепу сталі 12Х18Н12Т на механіко-технологічні властивості та
схильність труб до міжкристалітної корозії / Матеріали конф. XX відкрита наук.-техн.
конф. молодих науковців і спеціалістів Фізико-механічного ін-ту ім. Г. В. Карпенка
НАН України. – Львів, 2007. – C. 33–37.
12. Справочник по сталям и методам их испытаний. Пер. с нем. – М: Металлургиздат,
1958. – 920 с.
13. Бугай Н. В., Березина Т. Г., Трунин И. И. Работоспособность и долговечность металла
энергетического оборудования. – М.: Энергоатомиздат, 1994. – 272 c.
14. Коррозия: Справ. / Под ред. Л. Л. Шраера. Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1981. – 632 с.
15. Антикайн П. А. Металлы и расчет на прочность котлов и трубопроводов. – М.: Энер-
гоатомиздат, 1981. – 368 с.
Одержано 16.07.2010
|