Влияние условий черновой деформации на прочность и характер разрушения проката стали х70 Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2012р. Серія: Технічні науки Вип. 24

ISSN 2225-6733

УДК 669.774.35:669-418

©Ткаченко І.Ф.1, Візенков Д.В.2

ВПЛИВ УМОВ ЧОРНОВОЇ ДЕФОРМАЦІЇ НА МІЦНІСТЬ ТА ХАРАКТЕР РУЙНУВАННЯ ПРОКАТУ СТАЛІ Х70

З застосуванням методів кількісної метало- та фрактографії, а також випробувань на одновісне розтягнення вивчено вплив температури чорнової деформаціі при термомеханічній прокатці на структуру, характер руйнування та межу течії штрипсу зі сталі Х70. Встановлено зростання міцності прокату зі зменшенням температури чорнової прокатки, яке супроводжується подрібненням феритового зерна та переходом до переважно міжзереного в’язкого руйнування. Отримані результати пояснено інтенсивним розвитком рекристалізації аустеніту на початкових стадіях чорнової прокатки.

Ключові слова: штрипсові сталі, термомеханічна прокатка, межа течії, міжзе-ренне в’язке руйнування.

Ткаченко И. Ф., Визенков Д.В. Влияние условий черновой деформации на прочность и характер разрушения проката стали Х70. С применением методов количественной металло- и фрактографии, а также испытаний на одноосное растяжение изучено влияние температуры черновой деформации при термомеханической прокатке на структуру, характер разрушения и предел текучести штрипса из стали Х70. Установлен рост прочности проката при снижении температуры черновой прокатки, который сопровождается измельчением феритного зерна и переходом к преимущественно межзеренном)вязкому разрушению. Полученные результаты объяснены интенсивным развитием рекристаллизации аустенита на начальних стадиях черновой прокатки.

Ключевые слова: штрипсовые стали, термомеханическая прокатка, предел текучести, межзеренное вязкое разрушение.

I.F. Tkachenko, D.V. Vizenkov. Influence of the preliminary rolling conditions on strength and fracture mechanism of X70 steel. Influence of the preliminary rolling temperature during thermo-mechanical processing of the X70 steel was investigated on its yield stress, ferrite grain size and fracture mechanism. It is shown a decrease of the yield stress with the temperature rise which is accompanied by decreasing the grain size and changing the fracture mechanism from transgranual to intergranual ductile fracture. The results obtained are explained by rapid austenite recrystallization development at the beginning stages of the preliminary rolling.

Keywords: tube steels, thermo-mechanical rolling, yield stress, intergranual ductile fracture.

Постановка проблеми. Металургійні підприємства в Україні та закордоном в значних обсягах продукують штрипсовий прокат категорії міцності Х70 з використанням сучасної технології термомеханічної прокатки. Проте, якість такого прокату не є достатньо високою та стабільною, що призводить до відсортування значної частини металопродукції. Одним з головних показників якості штрипсового прокату є межа течії, підвищення та стабілізація значень якої є вкрай актуальними.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Дослідженням впливу контрольованої прокатки, у тому числі термомеханічної прокатки (ТМП), на структуру та властивості штрипсових сталей присвячена велика кількість робіт [1-3]. Було достеменно встановлено визначальний вплив режиму чорнової деформації на експлуатаційні властивості штрипсових сталей. Проте, вичерпна інформація щодо впливу умов чорнової прокатки на механічні властивості та харак-

1 д-р техн. наук, професор, ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь

2 м.н.с., ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2012р. Серія: Технічні науки Вип. 24

ISSN 2225-6733

тер руйнування прокату категорії міцності Х70 є відсутнєю.

Мета роботи. Визначення впливу температури чорнової деформації Тчор на межу течії та характер руйнування прокату сталі Х70

Викладення основного матеріалу. Дослідження виконували в промислових умовах з використання металу 2-х конвертерних плавок з концентраціями хімічних елементів на середніх рівнях згідно вимог діючих технічних умов. З метою визначення потрібних закономірностей використовували прокат, виготовлений при різних значеннях Тчор за інших однакових умов, тобто при постійних рівнях решти технологічних параметрів. Встановлення параметрів ТМП, які здійснюють статистично значущий вплив на о02 проводили методами глибокого розвідувального аналізу даних (ГРАД) [4], а саме шляхом побудови «дерев» класифікації та регресії [5]. Випробування механічних властивостей виконували за стандартними методиками згідно діючих технічних умов . Металографічні та фрактографічні дослідження виконували на залишках зразків для ударних випробувань з застосуванням мікроскопу Neophot 2 та скануючого електронного мікроскопу ULTRA 55, відповідно. Дендрограма, що визначає параметри технології ТМП, які мають суттєвий вплив на о02 наведена на рис. 1.

Як можна бачити, до вказаних параметрів належать: швидкість чистової деформації (Уд); температура нагрівання для прокатки (Тнаг), температура чорнової деформації (Тчор) та завершення чистової прокатки (Тз.п.). використання отриманої дендрограми дає можливість дослідити вплив на о02 кожного з вказаних параметрів за умови постійних значень решти технологічних показників. Стосовно залежності о02 = о02(Тчор), за результатами вказаних досліджень було отримано графік (рис. 2), який було побудовано при постійних значеннях решти технологічних параметрів в діапазонах Уд > 3 м/с; Тнаг < 1190 °С після протифлокеневої обробки (ПФО). Як випливає з рис. 2, має місце достатньо тісна пряма кореляційна залежність о02 = о02(Тчор)

(R2

> 0,6) яка знижується із зростанням Тчор в інтервалі (960-1010) °С, що узгоджується з результатами лабораторних досліджень [6].

Металографічні дослідження показали дещо збільшений середній розмір зерна фериту (D.J, = 7 мкм) за підвищених значень Тчор > 990 °С. При цьому спостерігається о02 = 480 - 500 МПа, а також в’язкий внутрішньо-зеренний характер руйнування (рис. 3а). Звертає на себе увагу малий та достатньо однорідний за розподілом розмір, d^, «чашок» на поверхні зламу такого прокату, який є значно меншим за розмір зерна фериту (d^ << D,j,), та відповідно, і аустеніту (Da).

При Тчор < 975 °С досягаються значення о02 = 500 - 540 МПа, яким відповідає D,j, = 5 мкм. Типовий вигляд поверхні зламу такого прокату показано на рис.З.б. Характерною особливістю є наявність ділянок в’язкого руйнування розмірами dд > 20 мкм, або без внутрішнього рельєфу, або таких, що, в свою чергу, складаються з декількох «чашок» дещо менших розмірів: d^ = 5 - 10 мкм. Порівняння рис. За та Зб засвідчує, що d^ << d^ = D,},, а також dд = Da, звідки слід зробити висновок про в’язкий, переважно внутрішньозеренний характер руйнування прокату сталі Х70 в умовах підвищених температур чорнової прокатки, та здебільшого в’язке між-зеренне руйнування такого прокату після чорнової деформації при знижених температурах.

Отримані результати можна пояснити наступним чином. В умовах дрібного початкового аустенітового зерна, завдяки зниженій температурі нагрівання для прокатки (Тнагр <1190 °С), проведення чорнової деформації без обмеження температури на початковому етапі, викликає інтенсивний розвиток процесів рекристалізації. Як наслідок, перед здійсненням останніх 2-4 циклів деформації може бути досягнутий великий розмір аустенітового зерна, особливо при знижених температурах такої деформації внаслідок повільного охолодження розкатів на повітрі. Крім того, у вказаному температурному інтервалі відбуваються також процеси виділення частинок карбонітридів Nb та V, які розташовуються головним чином на межах рекристалізо-ваних аустенітових зерен. Подальше подрібнення зерна Ау під час останніх 2-4 циклів чорнової деформації не може вплинути на міжзеренний характер розподілення частинок зміцнюючих фаз, що утворився на той час. Таким чином, може сформуватись аустенітова структура, яка поєднує в собі дрібне аустенітове зерно з частинками карбонітридів Nb та V, розташованими на межах раніше утворених крупніших аустенітових зерен. Подальшому формуванню дрібного феритового зерна та послабленню зв’язків поміж зернами сприяють, відповідно, підвищена швидкість чистової деформації (V > 2,75 м/с) та проведення ПФО [7].

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ

2012р. Серія: Технічні науки Вип. 24

ISSN 2225-6733

Рис. 1 - Дендрограма, що характеризує вплив параметрів ТМП на значення а0>2 сталі Х70

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2012р. Серія: Технічні науки Вип. 24

ISSN 2225-6733

Температура чорнової прокатки Тчор, °С

Рис. 2 - Залежність межі плинності сталі Х70 від температури чорнової прокатки

б (957°С)

а(1000°С)

Рис. 3 - Типові фрактограми поверхонь руйнування прокату сталі Х70 після різних температур чорнової деформації

Висновки

1. За результатами промислових експериментів досліджено вплив температури чорнової прокатки на міцність та характер руйнування прокату сталі Х70.

2. Встановлено зростання о02 та переважання міжзеренного в’язкого руйнування зі зниженням Тчор в інтервалі (1010 - 960) °С, в умовах підвищеної швидкості чистової деформації та проведення ПФО штрипса зі сталі Х70.

3. Отримані результати пояснено інтенсивним розвитком процесів рекристалізації аустеніту на початкових стадіях чорнової прокатки з наступним виділенням частинок зміцнюючих фаз на межах аустенітових зерен під час повільного охолодження в процесі чорнової деформації.

Список використаних джерел:

1. Марченко В.Н. Современные тенденции разработки и производства сталей и труб для магистральных газо- и нефтепроводов / В.Н. Марченко, Б.Ф. Зинько // Металлург. - 2008. - № 3. - С. 49-55.

2. Лаухин Д.В. Полигонизация аустенита при контролируемой прокатке: монография / В.И. Большаков, Д.В. Лаухин. - Днепропетровск : «Свидлер А.Л.», 2011. - 242 с.

3. Эфрон Л.И. Влияние режимов контролируемой прокатки на структуру и свойства микролегированных сталей для труб большого диаметра / Л.И. Эфрон, Ю.Д. Морозов, Е.А. Голи-Оглу // Металлург. - 2011. - № 1. - С. 69-74.

4. Дюк В. Data Mining: учебный курс / В. Дюк, А. Самойленко. - СПб : Питер, 2001. - 368 с.

5. Ткаченко И. Ф. Многоцелевая оптимизация технологии термического упрочнения проката высокопрочных свариваемых сталей с использованием компьютерной технологии «Data Mining» / И.Ф. Ткаченко // Вісник Приазов. держ. техн. ун-ту : зб. наук. праць / ПДТУ. -Маріуполь, 2004. - Вип. 14. - С. 111-117.

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2012р. Серія: Технічні науки Вип. 24

ISSN 2225-6733

6. Эфрон Л.И. Влияние режимов контролируемой прокатки на измельчение структуры и комплекс механических свойств низкоуглеродистых микролегированных сталей / Л.И. Эфрон, Ю.Д. Морозов, Е.А. Голи-Оглу // Сталь. - 2011. - № 5. - С. 67-72.

7. Ткаченко І.Ф. Розвиток наукових і методологічних основ прогнозування і оптимізації складів і технологій термічного зміцнення комплексно-легованих сталей : автореф. дис. ... д.т.н. : 05.16.01 / І.Ф.Ткаченко; ПДТУ. - Маріуполь, 2007. - 40 с.

Bibliography:

1. Marchenko V. Modem trends in development and production of steel and pipes for gas and oil pipelines / V. Marchenko, B. Zinko // Metallurgist - 2008. - № 3. - р. 49-55. (Rus.)

2. Laukhin D. Polygonization of austenite during controlled rolling: monograph / V. Bolshakov,

D. Laukhin. - Kiev : «Svidler, AL», 2011. - 242 p. (Rus.)

3. Efron L. Effect of controlled rolling on the structure and properties of microlite-doped steels for large diameter pipes / L. Efron, J. Morozov, E. Goli-Oglu // Metallurg. - 2011. - № 1. - Р. 69-74. (Rus.)

4. Duke B. Data Mining: Training Course / B. Duke, A. Samoilenko. - St. Peter, 2001. - 368 р. (Rus.)

5. Tkachenko J. Multi-purpose optimization technology of thermal hardening of welded high strength steels rolled using computer technology «Data Mining» / J. Tkachenko // News Priazov. hold. Technical. University-To : ST. Sciences. Pratzen / PDTU. - Mariupol, 2004. - VIP. 14. -Р. 111-117. (Rus.)

6. Efron L. Effect of controlled rolling on the structure refinement and com-plex mechanical properties of low carbon microalloyed steels / L. Efron, J. Morozov, E. Goli-Oglu // Steel. -2011. - № 5. - Р. 67-72. (Rus.)

7. Tkachenko J. Development of scientific and methodological basis of prediction and optimization of storage and thermal technologies strengthening complex-alloy steels: Abstract. degree. ... Dr. : 05.16.01 / J. Tkachenko; PSTU. - Mariupol, 2007. - 40 p. (Ukr.)

Рецензент: Л.С. Малінов

д-р техн. наук, проф. ДВНЗ «ПДТУ»

Стаття надійшла 01.04.2012

УДК 621.791.92:669.018.25

©Патюпкин А.В.1, Грешта В.Л.2, Солидор Н.А.3, Рудычев А.С.4

МЕХАНИЗМЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО УПРОЧНЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ СТАЛИ 06Х23Н18М5, МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ ИТТРИЕМ

В статье изучено влияние микролегирования иттрием на дисперсионное упрочнение и повышение коррозионной стойкости стали 06Х23Н18М5.

Ключевые слова: наплавленная сталь, кавитационно-коррозионная стойкость, микролегирование, иттрий, и-фаза, дисперсионное упрочнение, коррозионная стойкость.

1 канд. техн. наук, ст. преподаватель, ГВУЗ «Запорожский национальный технический университет», г. Запорожье

2 канд. техн. наук, доцент, ГВУЗ «Запорожский национальный технический университет», г. Запорожье

3 канд. техн. наук, доцент, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь

4 инженер, директор ООО «Производственно-научное объединение «Трубопроводы гидротранспорта»