3. Рост зерна аустенита

С повышением температуры и увеличением времени вы­держки в аустенитной области происходит рост зерна аусте­нита. Движущей силой собирательной рекристаллизации аустенита является стремление системы понизить поверх­ностную энергию путем уменьшения протяженности гра­ниц зерен. В подавляющем большинстве сталей необходи­мо получить мелкое зерно аустенита, так как чем меньше размер зерна, тем выше прочность, сопротивление хрупко­му разрушению и ряд других свойств сталей. В некоторых сталях (например, в магнитномягких трансформаторных сталях) стремятся получить, наоборот, крупное зерно. Ле­гирование существенно влияет на размер зерна аустенита.

Карбидо – и нитридообразующие элементы (Cr, Mo, W, V, Nb, Ti, Zr) тормозят рост зерна аустенита при нагреве, причем тем сильнее, чем более стойкую фазу образует эле­мент. Алюминий, связанный в нитрид, также сильно тор­мозит рост зерна. Такое влияние карбидо – или нитридооб – разующих элементов объясняется наличием нерастворен- ных в аустените дисперсных карбидов и нитридов, оказывающих барьерное действие на мигрирующую грани­цу зерен. Растворение и коагуляция дисперсных фаз в аустените устраняют или снимают эффект барьерного дей­ствия частиц.

Максимальный размер зерна аустенита d зависит от размера частиц и их количества (формула Зинера и Смита):

Где г — радиус частиц; / — их объемная доля.

6*

83

Следовательно, чем больше объемная доля нераство – ренных частиц сохраняется в стали при нагреве и меньше их размер, тем более мелкозернистым получается аусте­нит. Для получения мелкозернистой стали в широком диа­пазоне температур нагрева наиболее эффективно легиро­вание стали двумя или более карбидо – или нитридообра – зующими элементами, имеющими различную температуру перехода соответствующих фаз в твердый раствор.

Рис. 44 иллюстрирует влияние труднорастворимых ни­тридов и карбидов на рост зерна аустенита стали типа 15Г2 (зерно выявлено методом вакуумного травления).

Необходимо отметить, что углерод, азот и алюминий, не связанные в карбиды и нитриды, а находящиеся в твердом растворе— аустените, способствуют росту его зерна. Также

Рис. 44. Влияние карбоннтридных фаз [а — нет; б —AlN; в — AlN; V(C, N)1 на размер зерна аустенита стали типа 15Г2, Х50 (Э. Э. Блюм, М. И. Гольдштейи). Температуры нагрева, °С: 7 — 980; 2— 1050 ; 3—1100; 4—1150; 5—1200

Увеличивают склонность к росту зерна бор, марганец и кремний. Мнения о природе влияния перечисленных эле­ментов на увеличение склонности к росту зерна противо­речивы.