Випробування сталі на схильність до старіння, Суднобудівна сталь для корпусних конструкцій,
Під терміном «старіння» розуміють зміну механічних властивостей сталі з часом. Процес, що протікає за кімнатної температури, називають природним старінням, а умовах нагрівання — штучним старінням. Особлива небезпека старіння полягає в тому, що небажана вже сама по собі нестабільність механічних властивостей розвивається в найбільш несприятливому напрямі: відбувається поступове зміцнення та крихка сталі. Зміцнення виявляється у підвищенні твердості, межі плинності і, щонайменше, межі міцності сталі, а крихтіння - у зменшенні пластичності та в'язкості.
Старіння протікає без помітної зміни феритно-перлітної структури, властивої низьковуглецевої гарячекатаної сталі. У загальному випадку воно обумовлено зменшенням розчинності в а-залізі домішкових атомів застосування (насамперед вуглецю та азоту), яке спостерігається при зниженні температури від 650-700 ° С до кімнатної. При прискореному охолодженні (наприклад, від температури кінця прокатки або в зоні термічного впливу після зварювання) домішкові атоми не встигають виділитися з а-твердого розчину і при кімнатній температурі утворюється перенасичений а-розчин. З часом спостерігається поступовий перерозподіл атомів застосування до дислокацій (лінійним дефектам кристалічних ґрат), де атоми накопичуються і утворюють звані атмосфери Коттрелла. Рух дислокацій утруднюється, що викликає збільшення міцності і падіння пластичності стали. p align="justify"> Процес старіння значно інтенсифікується при нагріванні до 50-150 ° С, так як при цьому зростає дифузійна рухливість домішкових атомів.
При виготовленні та монтажі корпусних конструкцій багато технологічних операцій (наприклад,гнучка, правка, механічне різання) пов'язані з холодною пластичною деформацією прокату. Це сприяє посиленню процесу старіння через підвищення щільності дислокацій.
Зміна у часі механічних властивостей сталі, що відбувається після холодної пластичної деформації, називають механічним (деформаційним) старінням. Підвищення температури сприяє збільшенню швидкості механічного старіння.
При температурах старіння до 100 °З провідну роль відіграє азот, тоді як вплив вуглецю на процес старіння стали значно посилюється лише при нагріванні вище 200 °С.
Сумарна концентрація азоту і вуглецю в твердому розчині, достатня у розвиток деформаційного старіння, становить 0,000 2—0,000 4 %.
Кисень порівняно слабо впливає на деформаційне старіння сталі через малу розчинність і низьку дифузійну рухливість його атомів в а-залізі. Водень, навпаки, має надто високу рухливість атомів за кімнатної та підвищеної температури. Тому порівняно з азотом та вуглецем його вплив на закріплення дислокації і, таким чином, на деформаційне старіння практично не виявляється.
Поряд із удосконаленням методів металургійного виробництва стали використовують і інший шлях придушення її схильності до механічного старіння. У розплавлену сталь вводять модифікатори - елементи, що зменшують концентрацію азоту та вуглецю в а-розчині шляхом зв'язування їх у вигляді нітридів та карбідів. Найбільший ефект забезпечує модифікація алюмінієм, титаном та ванадієм. Причому алюміній використовується як розкислювач. Високодисперсні включення нітридів і карбідів типу A1N, VN, V(CN) та інших, що утворилися при затвердінні, сприяють також отриманню дрібнозернистої структури сталі.
Схильність стали домеханічному старінню (ГОСТ 7268-82) визначають за величиною показника c = [(KV - KVA) / KV] 100%, де KV і KVA - середні арифметичні значення роботи удару (Дж), витраченої при випробуванні серії зразків на ударний вигин. Для випробувань вирізують не менше ніж по три зразки із заготовок двох типів: одну з них піддають попередньої деформації, з іншої контрольні зразки вирізають у вихідному стані. При товщині прокату 12 мм і більше вирізують заготовки перерізом 12X12 і завдовжки не менше 250 мм. При меншій товщині прокату поперечний переріз заготовок дорівнює аХ12 мм, де - фактична товщина прокату. Одну заготовку з нанесеною на ній розрахунковою довжиною 120, 160 мм або більше розтягують до 10±0,5% залишкового подовження. Деформовані зразки до випробувань піддають штучному старінню при температурі 250 ±10 °З витримкою протягом 1 год і подальшим охолодженням на повітрі.