Структура низколегированных сталей, при отпуске изменяется мало, происходит лишь уменьшение плотности дислокаций по сравнению с исходной структурой. Поскольку феррито-перлитная структура этих сталей представляет собой смесь феррита и цементита, при отпуске в ней протекает лишь коагуляция карбидных фаз, что не приводит к заметному изменению механических свойств сталей феррито-перлитного класса. Процессы коагуляции карбидной фазы в определенной мере сказываются лишь при отпуске нормализованных сталей с карбидным упрочнением. При температурах отпуска 600-650° С наблюдается небольшое снижение прочностных характеристик стали, что связано, по-видимому, с коагуляцией дисперсной карбидной фазы.
Стали со структурами промежуточного типа
Как уже указывалось, структуры промежуточного типа формируются при охлаждении в воде проката из сталей с карбонитридным упрочнением, а также из сталей феррито-перлитного класса, не содержащих сильных карбидообразующих элементов. В структуре имеются участки игольчатого феррита, отдельные зоны с нижним бейнитом и даже отпущенным мартенситом.
При отпуске происходит коагуляция цементита и насыщение его карбидообразующими элементами; при наличии сильных карбидообразующих элементов наблюдается выделение дисперсной карбидной фазы.
Влияние температуры отпуска на микроструктуру стали 10Г2С1 рассмотрено в работе. Отпуск при температурах 200-300° С мало влияет на микроструктуру этой стали. Повышение температуры отпуска до 450° С приводит к началу распада исходной структуры, о чем свидетельствует размытость контура фаз, потеря отчетливой игольчатой ориентации и т. д. В первую очередь распадаются зоны с повышенным содержанием углерода. Интенсивный распад бейнита начинается при температуре 500° С; при 600° С и, особенно, при 650° С происходит заметная коагуляция карбидной фазы и рекристаллизация матрицы.
В стали 10Г2С1, закаленной от температуры 930° С, внутри бейнитных пластин имеются неправильные сетки дислокаций высокой плотности. С повышением температуры отпуска дислокационная структура изменяется главным образом из-за развития процессов полигонизации и рекристаллизации ферритной матрицы. В результате отпуска при 450° С в бейнитных кристаллах появляются размытые ячейки с пониженной плотностью дислокаций в центре и повышенной у периферии. При повышении температуры отпуска ячейки становятся более четкими и увеличиваются в размерах. Появляются субзерна с узкими четкими границами, свободные или почти свободные от дислокаций. По мере роста субзерна могут приобрести большеугловые границы с полигонизованной матрицей, что может рассматриваться как начало рекристаллизации.
Рентгеноструктурное исследование проводили в железном излучении на установке УРС-50ИМ. Видно, что ширина линии (220) резко уменьшается при отпуске в интервале температур 400-500° С; это свидетельствует об интенсивном развитии процессов возврата в исследуемой стали. При температуре 600° С ширина линии достигает своего минимума и в дальнейшем остается постоянной; это объясняется, по-видимому, развитием рекристаллизации матрицы.
Эффект резкого изменения физико-механических свойств закаленной стали при отпуске в интервале температур 425—450° С авторы монографий предложили назвать четвертым превращением при отпуске, так как оно принципиально отличается от третьего. Этот эффект, наблюдавшийся Ганеманом и Трегером как уменьшение объема в интервале температур 425-450° С, приводит к весьма значительному изменению механических свойств при растяжении и ударных испытаниях образцов, а также других структурно чувствительных свойств, что было подробно описано академиком К. Ф. Стародубовым. Он же детально исследовал природу этого эффекта. Эти исследования позволили установить, что изменение физических и механических свойств при четвертом превращении может быть вызвано следующими причинами:
- нарушением (разрывом) когерентности между быстро растущими карбидными частицами и связанным с этим изменением (дроблением) блоков α-фазы;
- полигонизацией как второй стадией возврата, перераспределением дислокаций, первоначально расположенных неравномерно, с образованием более или менее правильных стенок, делящих кристалл на фрагменты — субзерна.
Рассматривая процессы отпуска горячекатаных или нормализованных сталей бейнитного класса, следует отметить, что их механические свойства, несмотря на наблюдающуюся коагуляцию карбидной фазы при температуре 650° С, практически не зависят от температуры отпуска. До настоящего времени причины этого явления практически не исследовались. В то же время на металлургических заводах наблюдались неудачи при попытках организовать термическое упрочнение сталей бейнитного класса воздушной закалкой. Одно из возможных объяснений отмеченного эффекта состоит в следующем. Известно, что «островки» мартенсита в бейнитной структуре сильно обогащены углеродом и поэтому должны содержать большое количество остаточного аустенита. При отпуске превращение аустенита может происходить не только в промежуточной области, но и в области перлитного превращения. Образующиеся при этом продукты распада могут существенно охрупчивать сталь, практически не снижая ее прочность.
