научная статья по теме К ВОПРОСУ О КЛАССИФИКАЦИИ МИКРОСТРУКТУР НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ ON CLASSIFICATION OF MICROSTRUCTURES IN LOW CARBON PIPELINE STEELS Металлургия

Текст научной статьи на тему «К ВОПРОСУ О КЛАССИФИКАЦИИ МИКРОСТРУКТУР НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ ON CLASSIFICATION OF MICROSTRUCTURES IN LOW CARBON PIPELINE STEELS»

в порядке обсуждения

УДК 620.186

К ВОПРОСУ О КЛАССИФИКАЦИИ МИКРОСТРУКТУР НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ

© Смирнов Михаил Анатольевич, д-р техн. наук, ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет». Россия, г. Челябинск Пышминцев Игорь Юрьевич, д-р техн. наук; Борякова Анна Николаевна

ОАО «Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности». Россия, г. Челябинск. E-mail: boryakovaan@rosniti.ru

Статья поступила 19.02.2010 г.

Показана целесообразность классификации микроструктур низкоуглеродистых трубных сталей. Рассмотрены основные структуры, которые следует учесть при ее разработке.

Ключевые слова: низкоуглеродистые трубные стали; феррит; бейнит; мартенсит.

Аля изготовления газотрубопроводов широко используются низкоуглеродистые легированные стали, подвергаемые контролируемой прокатке и регламентированному охлаждению. В зависимости от выбранной технологической схемы скорость охлаждения прокатанного листа может быть весьма различной (от нескольких градусов до десятков градусов в секунду). Этот фактор, так же как и широкий температурный интервал превращений переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении, предопределяет формирование различных структур.

Структуры, возникающие при непрерывном охлаждении, имеют свою специфику. Во-первых, в них кроме основных составляющих почти всегда присутствуют дисперсные образования, получившие название вторичных фаз, или микрофаз. Их количество невелико, но они могут оказывать значительное влияние на механические свойства металла. Во-вторых, основные структурные составляющие имеют разную морфологию. Появление того или иного морфологического типа зависит как от характера легирования стали, так и от режима ее обработки.

Объективное описание структур и сопоставление результатов исследований различных авторов затруднено из-за отсутствия общепринятой классификации структур трубных сталей. Анализ даже ограниченного количества литературных источников дает весьма пеструю картину применяемых для углеродистых сталей терминов и обозначений [1-14]. Некоторые из них приведены в табл. 1.

Для одной и той же структуры часто используются разные термины и, наоборот, один и тот же термин может обозначать разные структуры.

Опубликован ряд исследований, посвященных системе классификации структур низкоуглеродистых сталей [3, 5-7, 13]. Наиболее разработанными являются системы классификации Комитета по бейниту Японского института железа и стали (ВЦ) и Международного института сварки (1Ж). В классификации Комитета по бейниту выделены две группы структурных составляющих: основные (феррит, бейнитный феррит и др.) и дополнительные вторичные фазы, или микросоставляющие (цементитные частицы, остаточный аустенит и

1 В настоящей статье не рассматриваются влияние на структурообра деления специальных карбидов ванадия и ниобия.

др.). На две группы разделены структурные составляющие и в классификации Международного института сварки, но в этой классификации деление проводят по характеру превращений. Различают группу структур, возникающую при диффузионном превращении, и группу, формирующуюся при сдвиговом превращении. Для обеих систем характерна излишняя детализация структурных составляющих, что затрудняет идентификацию структур, особенно при использовании оптической микроскопии. По крайней мере, в отечественной научной и технической литературе они почти не используются.

Представляется важным для трубных легированных сталей с содержанием углерода до 0,10-0,12% иметь свою классификацию микроструктур, удобную для практического использования. При ее разработке целесообразно разделить структуры на две группы в зависимости от основного механизма превращения:

- структуры, образующиеся в результате диффузионного распада переохлажденного аустенита;

- структуры, в формировании которых основную роль играет сдвиговый (мартенситный) механизм превращения.

Кроме того, классификация должна учесть разную морфологию основных структурных составляющих.

Необходимо особо остановиться на терминологии, применяемой для обозначения продуктов промежуточного превращения. В одних работах для этой цели используется термин «феррит», в других — «бейнит» или «феррит/бейнит». Применение термина «феррит» обычно связывают с малым содержанием углерода в образующейся а-фазе. На наш взгляд, использование термина «бейнит» является более обоснованным. При этом под бейнитом мы понимаем сложную структуру, состоящую из бейнитной а-фазы и вторичных фаз. Подчеркнем, что при формировании бейнитной структуры имеет место сдвиговый механизм у^а-перехода; для образующейся а-фазы характерны высокая плотность дислокаций, а также определенная ори-ентационная связь между решетками этой фазы и аустенита [4]. °

В табл. 2 приведены структуры, которые следует учесть при составлении классификации. Дадим их краткую характе- § ристику1.

>

шие горячей пластической деформации, а также особенности вы- <

Таблица 1. Используемые в литературе термины и обозначения феррита и бейнита в низкоуглеродистых сталях

Таблица 2. Структуры низкоуглеродистых трубных сталей

Названия структурных составляющих Обозначения

ФЕРРИТ Б

Феррит полигональный (равноосный) РР «р

Феррит аллотриоморфный GBF

(з ернограничный)

Феррит квазиполигональный QPF, «я

(массивный)

Феррит первичный РР

Феррит первичный аллотриоморфный РР

Феррит первичный, образовавшийся РР (I)

внутри аустенитного зерна

Феррит полиэдрический РР

Феррит истинный зернограничный

Феррит блочный

БЕЙНИТ В

Феррит игольчатый АР

Феррит/ бейнит игольчатый

Феррит нижний игольчатый

Феррит грубый игольчатый САР

Феррит глобулярный

Феррит гранулярный

Феррит гранулярный бейнитный

Феррит зернистый GB

Феррит/ бейнит зернистый

Феррит бейнитный а°в, ВР

Феррит тонкий бейнитный

Феррит упорядоченный

Феррит пластинчатый FSP

Феррит реечный LF

Бейнит игольчатый АР

Бейнит гранулярный ав

Бейнит глобулярный

Бейнит зернистый

Бейнит реечный

Бейнит столбчатый

Бейнит верхний FS (иВ), Ви

Бейнит верхний игольчатой морфологии

Бейнит верхний глобулярной

морфологии

Бейнит нижний FS (ЬВ), Вь

Бейнит, зародившийся на границах В ^В)

аустенитных зерен

Бейнит, растущий от границ В^ (А)

аустенитного зерна в виде колоний

Бейнит, растущий от границ В^ ^А)

аустенитного зерна в виде

неупорядоченных пластин

Бейнит, зародившийся внутри В (I);

аустенитного зерна

Бейнит, зародившийся внутри В^ (I)

аустенитного зерна в виде колоний

пластин

Бейнит, зародившийся внутри В-РР (I)

аустенитного зерна в виде отдельных

неупорядоченных пластин

Полигональный (равноосный) феррит. В низкоуглеродистых сталях феррит является основной фазой, образующейся при диффузионном превращении переохлажденного аусте-нита. Его зарождение чаще всего происходит на границах исходных аустенитных зерен, но может осуществляться и

Основной тип превращения Структурная составляющая

Диффузионный Полигональный (равноосный) феррит

Аллотриоморфный

(зернограничный) феррит

Квазиполигональный (массивный)

феррит

Пластинчатый перлит

Вырожденный перлит

Видманштеттов феррит

Сдвиговый Игольчатый бейнит

Реечный бейнит

Глобулярный (зернистый) бейнит

Реечный мартенсит

Двойникованный мартенсит

внутри зерна (аллотриоморфное и идиоморфное зарождение соответственно). В последнем случае зародышевыми центрами являются частицы неметаллических включений (НВ) и карбидов, как не растворившиеся при высокотемпературном нагреве, так и выделившиеся при охлаждении в аустенитном состоянии. Полигональный феррит формируется при малых скоростях охлаждения, когда диффузионное превращение протекает при достаточно высоких температурах. Зерна полигонального феррита имеют приблизительно равноосную (полиэдрическую) форму, границы зерен ровные. Для фер-ритных зерен характерна низкая плотность дислокаций, субзеренная структура отсутствует (рис. 1). Дислокации неравномерно распределены по объему зерен феррита. Их плотность несколько возрастает к границам зерен, которые находятся в контакте с кристаллами бейнита [15].

Образование феррита при диффузионном превращении сопровождается обогащением непревращенной части аусте-нита углеродом, что в итоге должно приводить к формированию перлита. Но если сталь легирована марганцем, молибденом и другими элементами, замедляющими диффузионное превращение, то при определенных условиях охлаждения небольшие участки непревращенного аустенита могут быть переохлаждены до температурного интервала промежуточного

Рис. 1. Полигональный феррит: сталь 05Г2МФБ; аустенитизация при 1000 °С; охлаждение 0,2 град/с; ПЭМ

Рис. 2. Участок бейнита в ферритно-перлитной структуре: сталь 05Г2МФБ; аустенитизация при 1000 °С; охлаждение 0,2 град /с; ПЭМ

превращения, и начнется образование бейнита (рис. 2). Чаще всего возникает бейнитная а-фаза, характерная для игольчатого бейнита [4]. В связи с тем, что непревращенный аустенит обогащен углеродом, иногда возникают участки, имеющие строение верхнего бейнита среднеуглеродистых сталей [16]. В этом случае кристаллы бейнитной а-фазы представляют собой крупные пластины с повышенной плотностью дислокаций и с неровной поверхностью. По границам пластин располагаются сравнительно крупные частицы цементита, часто удлиненной формы. Карбиды могут выделяться как на границах кристаллов а-фазы, так и в виде непрерывных прослоек.

При охлаждении в температурном интервале промежуточного превращения часть аустенита может оставаться непревращенной. Тогда при окончательном охлаждении аус-тенит либо сохранится, либо претерпит мартенситное превращение. Таким образом, в структуре полигонального феррита в качестве вторичных фаз могут присутствовать участки (островки) бейнита, остаточного аустенита и мартенсита [4].

При наличии структуры полигонального феррита границы исходного аустенитного зерна при травлении не выявляются. Считается, что рост ферритных зерен, возникших около этих границ, приводит к их исчезновению [7].

Аллотриоморфный (зернограничный) феррит. Как было сказано выше, зародыши феррита прежде всего возникают на границах зерен аустенита. Если их рост п

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком