Влияние ниобия

Одной из особенностей ниобия является его способность значительно повышать критические точки стали, причем степень влияния ниобия на положение критических точек зависит от содержания в стали углерода и других легирующих элементов.

Увеличение содержания титана в стали вызывает повышение сопротивления ползучести и длительной прочности, что особенно заметно при температурах, не превышающих 650°С.

Ниобий дает термически стойкие и трудно растворимые карбиды, препятствующие росту зерна при высоких температурах.

Одним из основных требований, предъявляемых к котельным сталям, является требование малой чувствительности их к воздушной закалке, что весьма важно при монтажной сварке труб.

Все стали, не содержащие ниобия, сильно подкаливаются при охлаждении на воздухе. Чем больше хрома в стали, тем сильнее она подкаливается на воздухе.

Добавка 0,5% Nb сдвигает температуру, с которой сталь начинает подкаливаться, до 900°С; 1% Nb повышает до 1100°С, а стали, содержащие 2% Nb, не закаливаются вовсе. Исследования показали, что при восьмикратном количестве ниобия по отношению к углероду в стали, содержащей 1–3% Сr, эти стали не закаливаются при охлаждении на воздухе с нагревом вплоть до 1100°С. При содержании хрома 4–6% необходимо уже десятикратное содержание ниобия по отношению к углероду, а чтобы не закалилась при охлаждении на воздухе сталь, содержащая 7–8% Сr, необходимо двенадцатикратное содержание ниобия по отношению к углероду.

В стали с 0,47% Nb нарастание твердости идет более плавно по мере повышения температуры закалки.

Наличие дисперсионного твердения в сталях с содержанием ниобия 0,30% и 0,47% ставит под сомнение возможность их применения. Это явление очень опасно в практике котлостроения, так как при сварке может увеличиваться хрупкость околошовной зоны и может привести к образованию трещин.

Влияние ниобия на механические свойства (предел прочности, предел текучести, удлинение, сжатие) в значительной мере определяется химическим составом стали и режимом ее термической обработки. Можно считать, что изменение содержания ниобия во всех отожженных сталях, независимо от их состава и температуры испытания, практически не оказывает влияния на механические свойства.

Механические свойства в зависимости от содержания ниобия у закаленных, а также у закаленных и отпущенных сталей меняются сильно. Введение ниобия в сталь приводит к значительному снижению прочности и повышению пластических свойств термически обработанной стали, вследствие того, что ниобий, образуя с углеродом устойчивые карбиды, обедняет твердый раствор углеродом.

Ниобий, независимо от содержания хрома в стали, не оказывает влияния на изменение ударной вязкости после нагрева в течение 500 и 1000 часов при 400, 500 и 600°С.

В последнее время ниобий все более широко применяют в жаропрочных сталях.

Ниобий по мере увеличения содержания его в стали значительно увеличивает сопротивление ползучести и длительную прочность стали.

Увеличение содержания ниобия до 1,8% в аустенитной стали приводит к увеличению длительной прочности, но при этом пластические свойства снижаются. Увеличение содержания ниобия свыше 1,8% в аустенитной стали, помимо снижения пластичности при длительном разрыве, приводит к ухудшению технологических свойств (пластичности при ковке).