Металлографическое исследование медной ленты для производства биметаллической заготовки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

УДК 669.36:621.793

С. Ф. Рашников, Ю. А. Щербо, Н. В. Копцева, В. В. Чукин, И. В. Ситников

МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕДНОЙ ЛЕНТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ

Одним из основных промышленных способов производства составной сталемедной круг -лой заготовки, предназначенной для последую -щего получения биметаллической проволоки волочением, является горячая прокатка в калибрах. Для получения качественной слоистой ком-позиции необходимо обеспечить прочное соединение составляющих по всей поверхности контакта медного слоя со стальным сердечником при горячей прокатке.

Качество соединения меди со сталью в технологии производства биметалла определяется, в основном, состоянием поверхностей соединяемых материалов. Кроме того, известно, что причиной охрупчивания меди могут стать несплош-ности по границам зерен! и пустоты (поры) в теле зерна. Эти несплошности развиваются в трещины, что особенно сильно проявляется при горя -чей обработке давлением.

Важным фактором, также влияющим на качество сцепления металлов при сварке давлением, является сопротивление деформации. Многочис-ленные данные сввдетельствуют, что с повышением пластичности металлов и снижением сопро-тивления деформации их склонность к образова-нию прочного соединения увеличивается. Известно, что заметное влияние на механические свойства меди оказывает величина рекристаллизован-ных зерен Температура начала рекристаллизации меди составляет 200-230°С. Однако разупрочне-ние начинается уже при нагреве выше 150°С, а при температуре выше оптимальной (т.е. выше 500-600°С) сильно уменьшается относительное удлинение меди из-за роста зерна и образования текстуры рекристаллизации (которая к тому же приводит к анизотропии свойств).

Целью работы являлось выяснить особенности строения и свойств исходной медной ленты, ис-пользуемой для производства сталемедной заготовки, которые могут быть ответственны или, по крайней мере, способствовать отслоению медной оболочки при горячей прокатке. Для исследования

были выбраны различные партии исходной мед -ной ленты (поставляемой в состоянии после ре-кристаллизационного отжига), при использовании которых стабильность технологического процесса была различной (см. таблицу).

Были исследованы пористость, микроструктура, твердость и состояние поверхности исход-ной медной ленты. Качественный и количе -ственный металлографический анализ проводился на микроскопе "ЭПИКВАНТ" с использованием системы компьютерного анализа изображений SIAMS 600. Травление поверхности ленты и микрошлифов для исследования структуры проводилось в концентрированной азотной кис -лоте. Твердость измерялась методом вдавливания алмазной пирамидки при нагрузке Р =5 и 50 гс на твердомере ПМТ-3.

Пористость медной оболочки исследовалась на нетравленых микрошлифах исходной медной ленты (рис. 1, а, в, д, ж). Результаты гранулометрического анализа пор (рис. 2, а) сввдетельствуют, что в разных партиях меди пористость несколько различается. При этом, несмотря на малую объемную долю пор (которая не превышала 0,3%), стабильность при прокатке, очевидно, снижается как при увеличении количества пор малого размера (партия К-748), так и при наличии крупных пор в ис -ходной медной заготовке (партия К-615).

Микроструктура исходной медной ленты (рис. 1, б, г, е, з) типична для холоднодсформированной и отожженной меди: наблюдаются зерна,

Характеристика медной ленты

Партия Марка меди Толщина ленты, мм Показатель стабильности прокатки (по пятибалльной шкале) Свариваемость при формовке медной оболочки

К-529 М1 0,6 4,75 Хорошая

К-748 М1 0,6 2,2 Очень плохая

К-615 М1 1,0 2,3 Плохая

К-131 М2 0,6 4,5 Хорошая

К-940 М2 0,6 4,5 Хорошая

1 ' * . ■* * .. т * * * * ~ 1 ' Ш

а б

А * ' ♦ о ?*/</’' ¿л V <г* г-**#?-'

в г

- . .

Д е

■ | • • "

Ж 3

Рис. 1. Микроструктура медной ленты партий К-748 (а, б), К-615 (в, г), К-131 (д, е), К-529 (ж, з): а, в, д, ж - без травления;

б, г, е, з - после травления; х 250

имеющие характерное двоиниковое строение. Микротвердость при этом составляла в среднем от 750 до 1130 н/мм2 и была примерно одинакова на поверхности ленты и в центре сечения.

В разных партиях меди величина зерна и твер-дость оказались различными (рис. 2, б), что сввде-тельствует о разной степени протекания процесса рекристаллизация при отжиге. Наибольшую твердость имели образцы меди из наименее стабильной партии продукции К-748. В этой партии меди рекристаллизация, очевидно, была менее полной, поэтому в ней наблюдается более мелкое зерно и наибольшая твердость. Наибольший размер ре-кристаллизованного зерна имела медь также из партии с низким показателем стабильности! К-615, хотя твердость меди этой партии была примерно такой, как и в партиях с хорошей стабильностью прокатки К-529 и К-940. Исследование распреде -ления микротвердости показало, что в этом случае в пределах отдельных крупных зерен она изменя-лась от 653-681 до 911-935 н/мм2 (рис. 3).

Таким образом, несмотря на то, что однознач -ной корреляции твердости и величины зерна со стабильностью прокатки заготовки не выявляется, на стабильность прокатки, очевидно, отрицательно влияют высокая твердость (более 1000 н/мм2) и

5 10,0-

л

а

13

а

Н

CÖ

К

П

«

К

к

п

&

8,0.

6,0.

4.0.

2.0. 0,0.

Xі

о4

£

0,3 0Д «

0,1 і 0,00 g

2,2 2,3 4,5 4,75

(К-748) (К-615) (К-131) (К-529)

Показатель стабильности прокатки (партии продукции

□ Объемная доля пор □ Средний диаметр поры

s

5S

S

X

и

а

о

120,0

100,0

80,0

60,0

40.0

20.0 0,0

fl

1200

1000

800

600

400

200

0

я

hQ

s-

о

о

ч

а

2,2 2,3 4,5 4,5 4,75

(К-748) (К-615) (К-131) (К-940) (К-529)

Показатель стабильности прокатки (партии продукции) □ Средний диаметр зерна о Твердость б

Рис. 2. Размер и объемная доля пор (а), размер зерна и твердость (б) медной ленты

крупное зерно (крупнее 6-го балла) в исходной медной ленге.

Для исследования состояния поверхности медной ленты различных партий была разрабо-тана методика количественного анализа однородности структуры меди после травления в концентрированной азотной кислоте с приме -нением компьютерной системы анализа изображений "SIAMS" и статистической оценкой достоверности полученных значений. Известно, что при травлении наиболее активно с реактивом взаимодействуют (вытравливаются) наиболее

Рис. 3. Распределение микротвердости по сечению крупных зерен в меди (партия К-615); х 625

Продолжительность травления, с

К-748

-К-615

- К-529

•К-131 «

«ЯН ■ к-940

Рис. 4. Влияние времени травления на количество дефектной составляющей на поверхности образцов различных партий ленты

Продолжительность травления, с — к-615 — ^ К-529 К-131

К-748 —■— К-615 — ^ К-529 К-131 ■**№«К-940

Рис. 5. Влияние времени травления на изменение скорости удаления дефектной составляющей на поверхности образцов различных партий ленты

Рис. 6. Микроструктураповерхности медной ленты партии К-615 (слева) и К-940 (справа) в исходном состоянии (а, б) и после травления в течение 2 с (в, г), 5 с (д, е) и 30 с (ж, з); х 250

дефектные участки микроструктуры. В связи с этим предложенная методика позволяла оценить наличие микронеоднородностей и микродефектов на поверхности ленты, которые могут пре -пятствовать образованию прочного соединения компонентов биметалла. Результаты количественного анализа иллюстрируются графиками, приведенными на рис. 4 и 5, а микроструктура поверхности представлена на рис. 6.

Анализ полученных результатов сввдетель-ствует, что образцы ленгы из партий К-615 и К-748 с низкими показателями стабильности прокатки (а следовательш, и с плохим сцеплением медной оболочки со стальным сердечником) в первоначальный момент (при длительности травления 2 с) растравливались в большей степени, чем образцы ленты из партий с хорошими показателями ста -бильности прокатки К-529, К-131, К-940 (см. рис. 4). Это может сввдетельсгвовать о большей дефектности, т.е. о большей неоднородности поверхности этих партий меди. Большую травимость поверхности медной заготовки партии К-748 можно объяс -нигь наличием большого количества участков с нерекристаллизованной структурой, т.е. с боль -шой плотностью дефектов. Повышенная травимость поверхности медной заготовки партии К-615, возможно, объясняется увеличением относительной объемной доли приграничных областей с вы -

сокой плотностью дефектов, что связано с наличием большого количества активных границ двойников отжига, наблюдающихся в микроструктуре этой партии меди. Об этом косвенно свидетель -ствует повышенная микротвердость приграничных участков в зернах меди указанных партий

Аналогичным образом меняется и скорость травления (см. рис. 5): она оказалась больше в образцах медной ленты, которые показали низкую стабильность при изготовлении, при этом в партиях К-615 и К-748 она была практически одинаковой. Это, очеввдно, также связано с высокой дефектностью и неоднородностью поверхности меди из указанных партий.

ВЫВОДЫ. На стабильность горячей прокатки сталемедной заготовки отрицательное влияние могут оказывать высокая твердость и крупное рекристаллизованное зерно исходной медной ленты, а также состояние (дефектность) поверхности, связанная, очеввдно, также с полнотой протекания процесса рекристаллизации при отжиге холоднокатаной ленты. Для улучшения показателей стабильности изготовления сталемедной заготовки следует регламентировать твердость и величину зерна в рекристаллизован-ной меди: твердость - не более 1000 н/мм2, балл зерна - менее 6-7 баллов.

УДК 621.771.22.06-71

С. В. Денисов, А. Н. Завалищин, Г. А. Завалищин, В. Е. Злов, В. Л. Корнилов

ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛИ 08Ю

В работе приводятся результаты исследования зависимости структуры и свойств горяче - и холоднокатаной стали 08Ю с содержанием углерода менее 0,02% от температуры конца прокатки. Показано, что при содержании углерода менее 0,02% появляется неоднородная крупнозернистая структура , как в горячекатаной, так и в холоднокатаной стали с неравномерным выделением цементита, что приводит при низких прочностных свойствах к снижению пластичности. Повышение Ткп позволяет получать структуру с нормативными характеристиками.

Согласно ГОСТ 9045- 93 содержание углерода в стали 08Ю не должно превышать 0,07%. В настоящее время на ОАО “ММК“ технология производства низкоуглеродистой холоднокатаной тонколистовой стали с содержанием углерода в пределах 0,02-0,07% позволяет получать сталь

08Ю достаточно высокого качества, отвечающую всем нормативным требованиям. Однако в сталях 08Ю и 08пс с содержанием углерода менее 0,02%, в том числе до 0,003%, доля которых в общем объеме производства значительно увеличилась, появляется существенная зональная неоднородность по величине зерна в горячекатаном состоянии и крупнозернистая структура до 4-5 номеров в холоднокатаной стали. Образующаяся после горячей прокатки крупнозернистая, неоднородная структура существенно отличается от структур в сталях, имеющих более высокое содержание углерода в пределах ГОСТ. Холоднокатаная сталь наследует крупнозернистую структуру и не отве -чает требованиям по величине зерна.

С целью получения необходимой структуры холоднокатаной стали, имеющей содержание углерода менее 0,02%, были изучены причины обра-