38
ВведениеКремний широко используется в метал-лургии. Ввиду высокого сродства к кислоро-ду и доступности его вводят в расплавлен-ную сталь как раскислитель [1]. Остаточное содержание кремния в стали не превышает 0,37 мас. %. При концентрации свыше 0,6 % его рассматривают как легирующий элемент. Кремнием легируют стали различного назна-чения: конструкционные (до 1,5 %), инстру-ментальные (до 1,7 %), пружинно-рессорные (до 2 %), жаростойкие (до 3 %), электротех-нические (до 4,5 %) и др. Легированная крем-нием сталь обладает более высокими значе-ниями предела упругости, текучести и сопро-тивления удару, повышенной жаростойко-стью, но малым значением остаточной намаг-ниченности [1]. Кремний входит в состав многих трубных сталей (в частности 09Г2С, 17Г1С), которые могут быть дополнительно микролегированы алюминием, ниобием, ти-таном или ванадием с целью измельчения зерна. В случае сварных труб и сталей типа 10Г2 содержание кремния в шве может дости-гать 0,6-0,8 %. Поэтому для трубных сталей существенно знать влияние на механические свойства даже малых концентраций кремния. В настоящей работе была поставлена задача исследовать влияние небольших концентра-ций кремния (от 0,02 до 0,39 мас. %) в сочета-нии с малыми добавками других легирующих элементов на прочность и ударную вязкость металла труб.
Методика экспериментовДля проведения экспериментов были ис-пользованы образцы, изготовленные из лис-тового проката, поставленного ЧТПЗ не-сколькими металлургическими комбинатами. Из листов вырезались темплеты-заготовки, из которых в свою очередь изготавливались об-разцы для имитации термического цикла сварки на комплексе Gleeble 3800 (образцы размером 101055 мм). Температуры нагрева и скорости охлаждения соответствовали ре-ально имеющим место при сварке швов под слоем флюса продольных швов электросвар-ных труб большого диаметра. Затем образцы Анализируется физическая природа влияния добавок кремния на свойства сталей, ис-пользуемых для изготовления труб. Экспериментально изучена ударная вязкость при темпе-ратуре -40 °С образцов 10 сталей производства ЧТПЗ, отличающихся по содержанию крем-ния, углерода, серы и азота. Показано, что при содержании кремния 0,02 мас. % ударная вяз-кость оказывается очень высокой (223 Дж/cм 2 ). Более высокие добавки кремния оказывают упрочняющее действие на сталь, но понижают ударную вязкость. Для выделения действия кремния по отношению к другим легирующим элементам рассмотрены литературные данные о влиянии большой группы легирующих элементов на температуру хладноломкости и предел текучести сталей. Обобщение литературных данных позволило предложить эмпирическое уравнение, связывающее температуру хладноломкости и предел текучести с составом стали. На этой основе удалось показать, что кремний действительно является элементом, который в наибольшей степени увеличивает предел текучести и одновременно усиливает хладнолом-кость железа. Обсуждены причины данного явления, выдвинута гипотеза, что причина резко-го увеличения предела текучести при добавлении кремния связана с сильным отталкиванием атомов кре...