CC BY
144
_г къгмтстт /«о
-3 (72), 2013 I HU
производство
УДК 621.771.22 Поступила 04.07.2013
В. В. ЧИГИРИНСКИЙ, с. П. ШЕЙКО, Запорожский национальный технический университет
влияние параметров пластической деформации НА структурно-ФАЗовыЕ превращения в металлах различного назначения
Проанализировано влияние параметров контролируемой прокатки на структурно-фазовые превращения в низколегированных и углеродистых сталях.
The influence of the parameters of controlled rolling on the structural phase transitions in low-alloy and carbon steels was analyzed.
Введение. Контролируемая прокатка является одним из перспективных видов термомеханической обработки низколегированных сталей и представляет собой горячую прокатку по заданному режиму, включающему в себя запрограммированные температурные режимы и скоростные и термические обжатия на различных стадиях пластической обработки . При контролируемой прокатке за счет снижения температуры деформации в установках ускоренного межклетьевого охлаждения в сочетании с ускоренным охлаждением готового проката структура стали формируется с мелким зерном феррита, как следствие, повышается предел текучести, снижается температура и улучшается свариваемость Контролируемая прокатка позволяет получить зерно перлита диаметром 5-10 мкм и менее, что приводит к упрочнению стали на 1030% при сохранении высокой пластичности и вязкости [1] .
Процесс роста феррита и перлита в деформированной аустенитной матрице исследован довольно мало, а имеющиеся данные достаточно противоречивы Принято считать, что увеличение скорости роста вызвано в основном увеличением скорости диффузии за счет появления более легких путей миграции по дислокационным трубкам и другим дефектным местам решетки, а также уменьшением концентрационного пересыщения вследствие захвата атомов углерода дефектами [2] .
Многочисленные экспериментальные исследования, среди которых следует отметить работы М . П . Бернштейна, подтверждают ускорение ау-стенит-ферритного и аустенит-перлитного превра-
щений [3], а также измельчение зерен феррита и колоний перлита после деформации при пониженных температурах сталей различного химического состава
Цель работы - проанализировать влияние различных режимов контролируемой прокатки на структурно-фазовые превращения в низколегированных и углеродистых сталях
Методика исследования. Для экспериментальных плавок был предложен базовый состав стали (0,08-0,16% С; 0,10-0,20% V; 0,1-0,2% Сг; 0,1-0,2% Т^, дополнительно модифицированной щелочно-земельным металлом SiBa (сталь типа 10ХФБТч) . Выплавку лабораторных плавок проводили в вакуумной индукционной печи Масса плавок - 10 кг, размер заготовок под прокатку -50x40x70 мм . Прокатку опытных слитков на полосу толщиной 10,5 мм осуществляли на лабораторном прокатном стане . Нагрев металла под прокатку проводили в камерной печи; общее время нагрева и выдержки составляло 1,5 ч, температура металла перед прокаткой достигала 1160-1180 °С . Черновую стадию прокатки осуществляли за один проход с деформацией 40%, затем следовала пауза для подстуживания металла, после чего производили чистовую прокатку за три прохода до окончательной толщины с суммарной степенью деформации более 70% Методика проведения экспериментальных исследований - полный факторный эксперимент [4]
Основная часть исследований. Ю . И . Матросов выделил восемь стадий технологии контролируемой прокатки листа [5]:
Ш/ штг^г: ктш;тггп
/ 3 (72), 2013-
1. Аустенитизация при температурах, обеспечивающих получение достаточно однородной структуры металла перед прокаткой . При этом температура нагрева под прокатку для большинства сталей, микролегированных ниобием, ванадием и титаном, составляет около 1150-1200 °С .
2 . Высокотемпературная деформация стабильного аустенита в области быстропротекающих процессов рекристаллизации, когда температура деформации выше температуры рекристаллизации . Цель высокотемпературной деформации - получение возможно более мелкого зерна аустенита путем чередующихся многократных обжатий и рекристаллизации. Для низколегированной стали с титаном степень деформации для развития динамической рекристаллизации при 1100-1150 °С составляет 40-60%. Однако осуществление таких режимов в промышленных условиях затруднено Черновая прокатка на действующих толстолистовых станах проводится при температурах не ниже 980-1000 °С со степенями обжатия за проход 1520%
3 . Среднетемпературная деформация в нижней части аустенитной области осуществляется с целью увеличения плотности дефектов кристаллической структуры металла и упорядоченного их распределения (субструктуры), что приводит к множественному образованию ферритных объемов при полиморфном у-а-превращении .
4 Деформация аустенита в области полиморфного у-а-превращения .
5 . Деформация в двухфазной у-а-области . Понижение температуры деформации в у-а-области способствует упрочнению стали, так как при этом возрастает доля упрочненных деформацией зерен феррита
6 Деформация в трехфазной области, которую целесообразно проводить, если в комплексе механических свойств первостепенное значение придается получению весьма высокой прочности
7 . Деформация ниже точки Аг1 возможна при наличии мощного прокатного оборудования и невысоких требованиях к пластическим характеристикам проката
8 . Охлаждение стали после завершения деформации осуществляется на воздухе со скоростью охлаждения 0,5-1,0 °С/с или в установках ламинарного охлаждения проката со скоростью около 15 ° С/с
В зарубежной и отечественной практике в промышленных условиях контролируемая прокатка листа осуществляется в две или три стадии (см рисунок) Первая стадия начинается от температур нагрева под прокатку до 950-1000 °С, когда проис-
Аг3 ^¿Х.2
Аг1 л;* ^н- -л
Мп - з
Продолжительноеть прокатки
Технологические схемы контролируемой прокатки с различными способами охлаждения: v1 = 3-7 °С/с, охлаждение (подстуживание) на воздухе; v2 = 5-25 °С/с, душирующие установки; v3 = 50-70 °С/с, водовоздушная смесь; V,! = 150200 °С/с и выше, устройства с камерами сложного профиля: 1, 2 - прокатка листа из стали с № и V соответственно в две и три стадии; 3 - прокатка листа из стали без микродобавок
ходит быстрая рекристаллизация аустенита, завершающаяся в пределах междеформационной паузы На второй стадии процесса в интервале температур от 950 °С до АГ3 рекристаллизация в обычных сталях затрудняется, а в сталях с ниобием она практически подавлена В этой области температура и степень деформации оказывают существенное влияние на кинетику рекристаллизации . Если температурно-деформационные условия выбраны правильно, то зерно уменьшается в результате статической рекристаллизации Деформация приводит к образованию полос скольжения и выделению дисперсных фаз С повышением степени деформации растет число полос скольжения и увеличивается однородность их расположения, что способствует получению мелкого равномерного зерна феррита после превращения В результате повышается хладостойкость стали
На третьей стадии при температуре ниже АГ3 процессам дисперсионного упрочнения с измельчением зерна сопутствует развитие субзерен текстуры, причем два последних фактора имеют решающее значение в улучшении свойств стали
В работе [1] указаны четыре фактора, обусловливающие измельчение ферритного зерна при контролируемой прокатке . Это, во-первых, понижение температуры нагрева под прокатку, приводящее к уменьшению размеров исходного, а следовательно, и рекристаллизованного аустенитного зерна Вторым фактором является замедление рекристаллизации при горячей деформации, которое может быть достигнуто различными путями: снижением температуры и повышением степени деформации, повышением температуры рекристаллизации за счет легирования твердого раствора, выделения из твердого раствора перед рекристаллизацией или в процессе ее дисперсных частиц второй фазы, тормозящих миграцию границ зерен
и блоков . Третий фактор состоит в понижении температуры у-а-превращения, что может быть достигнуто как соответствующим легированием, так и регулированием скорости последеформаци-онного охлаждения . Наконец, важным фактором является предотвращение роста ферритного зерна в верхней части ферритной области, например при охлаждении стали в рулонах . Указанные четыре механизма не исчерпывают всех возможностей уменьшения ферритного зерна при контролируемой прокатке . Мелкое ферритное зерно может быть также получено из нерекристаллизованного или частично рекристаллизованного аустенитного зерна с высокой плотностью дефектов кристаллического строения в результате зарождения феррита на дефектах внутри аустенитного зерна
Результаты исследований показали, что эффект контролируемой прокатки связан не только с измельчением зерна, но и с созданием устойчивой субструктуры, причем во многих случаях влияние субструктуры является преобладающим
Установлено, что контролируемая прокатка низколегированной стали с окончанием в двухфазной области при 750-700 °С позволяет наряду с повышением прочностных свойств увеличить на 350-400 КДж/м2 ударную вязкость при низких
аггггсг г/^штггггп /цб
-3 (72), 2013 I HU
температурах, а также примерно на 40 °С понизить критическую температуру хрупкости по сравнению с окончанием прокатки в нижней части у-области . В случае окончания прокатки при 700 °С получены следующие значения механических свойств, определяемых при испытании на растяжение: предел текучести 450 МПа, временное сопротивление разрыву 550 МПа, относительное удлинение около 25% . Дальнейшее снижение температуры деформации обеспечивает повышение прочностных характеристик при заметном снижении пластичности и ударной вязкости при комнатной температуре . Эффект повышения механических характеристик авторы работы [6] связывают с измельчением ферритного зерна и созданием в феррите устойчивой дислокационной субструктуры
Выводы. Таким образом, имеющиеся сведения показывают принципиальную возможность повышения уровня механических свойств проката из низколегированных сталей . В результате этого появляется возможность замены сложнолегиро-ванных сталей . Однако необходимость снижения температуры прокатки до межкритических или даже субкритических значений создает определенные трудности в реализации процесса на существующем прокатном оборудовании .
Литература
1.М и н а е в А .А . Совмещенные металлургические процессы . Донецк: Технопарк ДонГТУ УНИТЕХ, 2008 .
2 .П о г о р ж е л ь с к и й В .И . Контролируемая прокатка непрерывнолитого металла . М. : Металлургия, 1979 .
3 .Б е р н ш т е й н М. Л. Структура деформированных металлов . М. : Металлургия, 1977.
4 . Н о в и к Ф .С . Оптимизация процессов технологии металлов методами планируемого эксперимента / Ф. С . Новик, Е . Б . Арсов . М. : Машиностроение, 1980 .
5 . М а т р о с о в Ю .И. Контролируемая прокатка - многостадийный процесс ТМО низколегированных сталей // Сталь . 1987.№ 7 . С . 75-80.
6 .Б о л ь ш а к о в В .И . Термическая обработка стали и металлопроката: учеб . для студ . высш . техн . учеб . зав . / В .И . Большаков, И . Е . Долженков, В . И . Долженков . Днепропетровск, 2002.
