ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НИКЕЛЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННОЙ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2025-03-36-44Ключевые слова:
конструкционная легированная сталь, заготовки, никель, механические свойства, ударная вязкостьАннотация
Для обеспечения нефтегазодобывающей отрасли нефтеперекачивающими насосами, эксплуатация которых часто осуществляется в условиях Крайнего Севера при значительных минусовых температурах, перед производителями комплектующих кованых заготовок (валов, зубчатых колес, муфт и т. д.) ставится задача по производству заготовок из конструкционных марок сталей с комплексом механических свойств, позволяющих стабильно работать при отрицательных температурах. С такой проблемой столкнулось кузнечное предприятие, входящее в промышленную группу КОНАР. При производстве валов для двигателей нефтеперекачивающих насосов получаемые значения ударной вязкости при отрицательных температурах носили хаотичный характер и, как правило, не удовлетворяли требованиям технической документации к материалу. При этом прочностные характеристики материала соответствовали норме. В работе исследовано влияние содержания никеля на механические свойства конструкционной стали 40ХН2МА. Приведены результаты измерений механических свойств металла двух опытных плавок с содержанием никеля на нижнем и верхнем уровнях нормативно-технической документации. В рамках опытных работ методом свободной ковки из кузнечных слитков обеих плавок стали 40ХН2МА были изготовлены два вала. Режимы процессов обработки металла давлением и термической обработки для получения требуемых свойств были идентичны. Отбор проб для исследования проводили в соответствии с ГОСТ 8479–70 на каждой опытной поковке. Сравнение результатов ударных испытаний металла опытных плавок при отрицательных температурах свидетельствует о положительном влиянии высокого содержания никеля на ударную вязкость. При разнице содержания никеля 0,29 % среднее значение ударной вязкости при отрицательных температурах увеличилось на 66,6 Дж/мм2. Среднее значение временного сопротивления повысилось на 80 МПа, предела текучести — на 90 МПа. Анализ микроструктуры показал различие в количестве ферритной фазы, а именно при увеличении содержании никеля уменьшается доля ферритной фазы и повышается степень дисперсности сорбита отпуска.
Библиографические ссылки
ГОСТ 8479–70. Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали. Общие технические условия.
Меськин В. С. Основы легирования стали. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Московская типография, 1964. — 684 с.
Гордеева Э. С. Расчет критических точек для термообработки легированных сталей // Современные про-блемы теории машин. 2019. № 8. С. 5–7. DOI: 10.26160/2307-342X-2019-8-5-7.
Гущина М. С., Полецков П. П., Никитенко О. А. и др. Исследование влияния никеля на структурно-фазовые превращения и свойства высокопрочной хладостойкой стали // Материалы III молодежной научно-практической конференции. 2018. С. 11–13.
Полецков П. П., Гущина М. С., Копцева Н. В. и др. Исследование влияния никеля на структурно-фазовые превращения и свойства высокопрочной среднеуглеродистой комплексно-легированной стали // Металло-ведение и термическая обработка металлов. 2019. № 11. С. 8–13. DOI: 10.30906/mitom.2019.11.8-13.
Nam W. J., Choi H. C. Effects of silicon, nickel, and vanadium on impact toughness in spring steels // Materials Science and Technology. 1997. V. 13. № 7. P. 568–574. DOI: 10.1179/mst.1997.13.7.568.
Norström L. Å., Vingsbo O. Influence of nickel on toughness and ductile-brittle transition in low-carbon martensite steels // Metal Science. 1979. V. 13. № 12. P. 677–684. DOI: 10.1179/030634579790434321.
Krawczyk J., Bała P., Pacyna J. The effect of carbide precipitate morphology on fracture toughness in low-tempered steels containing Ni // Journal of Microscopy. 2010. V. 237. № 3. P. 411–415. DOI: 10.1111/j.1365-2818.2009.03275.x.
Tomita Y., Okabayashi K. Effect of microstructure on strength and toughness of heat-treated low alloy structural steels // Metallurgical Transactions A. 1986. V. 17. P. 1203–1209. DOI: 10.1007/BF02665319.
Krawczyk J., Bała P., Pacyna J. TEM studies of tempered structural steels with Ni // Journal of Achievements of Materials and Manufacturing Engineering. 2007. V. 21. № 1. P. 59–62.
Ni Z., Zhao J., Wang X. etc. New insights from crystallography into the effect of Ni content on ductile-brittle transi-tion temperature of 1000 MPa grade high-strength low-alloy steel // Journal of Materials Research and Technolo-gy. 2024. V. 33. P. 589–599. DOI: 10.1016/j.jmrt.2024.09.072.
Zhang W. X., Chen Y. Z., Cong Y. B. etc. On the austenite stability of cryogenic Ni steels: microstructural effects: a review // Journal of Materials Science. 2021. V. 56. № 17. P. 12539–12558. DOI: 10.1007/s10853-021-06068-w.
Wang M., Liu Z.-Y., Li C.-G. Correlations of Ni contents, formation of reversed austenite and toughness for Ni-containing cryogenic steels // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2016. V. 30. № 3. P. 238–249. DOI: 10.1007/s40195-016-0496-9.
ГОСТ 4543–2016. Металлопродукция из конструкционной легированной стали. Технические условия.
ГОСТ 1497–84 Металлы. Методы испытаний на растяжение.
ГОСТ 9454–78 Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах.
Bacalhau J. B., Afonso C. R. M. Effect of Ni addition on bainite microstructure of low-carbon special bar quality steels and its influence on CCT diagrams // Journal of Materials Research and Technology. 2021. V. 15. P. 1266–1283. DOI: 10.1016/j.jmrt.2021.07.114.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
