научная статья по теме РАЗВИТИЕ РОТАЦИОННОЙ МОДЫ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ ПЕРЛИТНЫХ СТАЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ЛЕГИРОВАНИЯ Физика

Текст научной статьи на тему «РАЗВИТИЕ РОТАЦИОННОЙ МОДЫ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ ПЕРЛИТНЫХ СТАЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ЛЕГИРОВАНИЯ»

ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2015, том 116, № 3, с. 289-299

СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ

УДК 669.15-194.53:539.32

РАЗВИТИЕ РОТАЦИОННОЙ МОДЫ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ ПЕРЛИТНЫХ СТАЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ЛЕГИРОВАНИЯ

© 2015 г. Н. А. Терещенко*, И. Л. Яковлева*, М. В. Чукин**, Ю. Ю. Ефимова**

*Институт физики металлов УрО РАН, 620990 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18 **Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, 455000 Магнитогорск, пр. Ленина, 38 e-mail: labmet@imp.uran.ru Поступила в редакцию 23.06.2014 г.; в окончательном варианте — 26.08.2014 г.

С применением просвечивающей электронной микроскопии исследована эволюция структуры тонкопластинчатого перлита в процессе волочения ряда сталей эвтектоидного состава, отличающихся природным легирующим комплексом. Установлена связь между развитием ротационной моды в пластинчатом перлите и формированием осевой текстуры при деформации сталей, содержащих микродобавки легирующих элементов.

Ключевые слова: перлитная колония, пластинчатый цементит, механизмы деформации, текстура. DOI: 10.7868/S0015323015030158

ВВЕДЕНИЕ

Стратегия развития железнодорожного транспорта в нашей стране включает ускоренное развитие сети высокоскоростных железных дорог. Одной из важных проблем при реализации этой программы является производство современных комплектующих для строительства железных дорог, и, в частности, высокопрочной арматуры для железобетонных шпал. Внедрение схем укрупненного армирования за счет использования высокопрочной арматуры диаметром до 10.0 мм с повышенным комплексом эксплуатационных свойств позволяет значительно сократить металлоемкость конструкций, снизить трудоемкость и энергетические затраты.

При разработке технологии производства высокопрочной арматуры больших диаметров возможны исследования в нескольких направлениях. Одно из них базируется на сочетании методов холодной пластической деформации с последующим термическим упрочнением арматуры из кремнистой стали [1, 2]. Опыт производства арматуры из кремнистой стали марок 40С2 и 55С2 показал, что ограничением для использования данной технологической схемы является невысокая производительность линий термической обработки [3].

Альтернативное направление основано на деформационном упрочнении в сочетании с совмещенной механотермической обработкой. В настоящее время освоено производство высокопрочной арматуры по данной технологии из новых высоко-

углеродистых сталей 80ХФЮ, 85ХФЮ и 85ФЮ [4]. Как видно из перечисленных марок, для достижения заданной прочности требуется легирование хромом, ванадием и алюминием, что удорожает готовую продукцию. Практика применения более экономичной углеродистой стали эвтектоидного состава показала, что в процессе волочения такого материала при некоторой критической степени обжатия осуществлять дальнейшее утонение становится невозможным из-за повышенной обрывистости проволоки. При исследовании структуры было показано, что низкая технологическая пластичность углеродистой стали обусловлена появлением многочисленных трещин в процессе волочения [5] В связи с этим при наращивании объема производства арматуры для современных железобетонных шпал, а также снижением себестоимости ее производства, актуальным становится вопрос о выборе рационального легирования стали.

Цель настоящей работы заключается в сравнительном исследовании структурного состояния высокопрочной арматуры большого диаметра, произведенной по одинаковой технологии, но отличающейся по химическому составу. Основная задача состояла в том, чтобы изучить эволюцию структуры стали различных систем легирования в процессе деформации и выявить факторы, способствующие формированию оптимального структурного состояния проволоки за счет реализации нескольких конкурирующих механизмов пластической деформации.

Таблица 1. Химический состав исследуемых сталей, мас. %

№ плавки Марка С Si Мп Сг № V В, х103 Р, х103 S, х103

1 80 0.89 0.21 0.44 0.07 0.03 <0.01 0.0008 0.0110 0.0070

2 80НР 0.81 0.27 0.61 0.07 0.15 0.01 0.0022 0.0025 0.0025

3 85ХФ 0.92 0.26 0.70 0.33 0.03 0.10 0.0012 0.0098 0.0098

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалом для исследования послужили стали трех промышленных плавок, химический состав которых приведен в табл.1. Содержание углерода в исследуемом металле близко к эвтектоид-ному. Первая плавка содержит минимальное количество легирующих элементов и может быть отнесена к стали 80. Вторая плавка отличается повышенным содержанием никеля (0.15 мас. %) и бора (0.0022 мас. %), ее химический состав может быть условно выражен как 80НР. Химический состав третьей плавки содержит на порядок больше ванадия (0.1 мас. % вместо 0.01), обогащен хромом (до 0.33 мас. %) и соответствует марке 85ХФ.

Образцы для исследования отбирались на различных технологических этапах метизного производства в условиях ОАО "Магнитогорский метизно-калибровочный завод "ММК-МЕТИЗ". В качестве исходной заготовки при производстве арматуры используется горячекатаный прокат диаметром 15.5 мм. Для сталей 80 и 80НР применяется операция патентирования, ее проводит после предварительного нагрева до 980°С путем протяжки проволоки через свинцовую ванну, имеющую температуру 544—550°С, со скоростью протяжки 5.5 м/мин. В патентированном состоянии временная прочность исследуемых сталей равна ств = = 1280-1300 МПа, твердость HRC = 34-35. Далее следует пластическая деформация термообрабо-танной катанки волочением, которая осуществляется в многократном прямоточном волочильном стане ЯЪ 120/8, после обжатия до диаметра 10 мм прочностные характеристики возрастают: ств — до 1590-1610 МПа, HRC — до 41—44.

Сталь 85ХФ подвергается волочению в горячекатаном состоянии, операция патентирования для нее исключена. Механические свойства горячекатаной стали 85ХФ составляют: ств = 1290 МПа, HRC = 24, после волочения уровень прочности близок прочности сталей 80 и 80НР (ств = до 1590 МПа, HRC = 44).

В процессе производства холоднокатаной проволоки было установлено, что для заготовки из плавки № 1 характерны обрывы при волочении, и в целом сталь 80 отличается пониженными технологическими свойствами. Сталь типа 80НР, плавка № 2 по этим параметрам предпочтительнее и близка к стали марки 85ХФ, принятой за основу при сравнении.

Истинную деформацию при волочении рассчитывали по формуле е = —21п(Д/Д0), где Д — диаметр после волочения, Д0 — исходный диаметр.

Структуру сталей изучали в поперечном сечении проволоки методом просвечивающей электронной микроскопии с применением электро-нографического анализа. Использовали микроскоп '^ЕМ-200СХ".

Для определения текстур деформации использовали рентгеновскую съемку внутренней части полюсных фигур "на отражение" до а = 65°. Съемку полюсных фигур производили в излучении СоКа на рентгеновском дифрактометре ДРОН 2.0 с автоматизированной текстурной приставкой, шаг по углам поворота в и наклона а составлял 5 град.

Исследования проводили в Центре коллективного пользования "Испытательный центр нано-технологий и перспективных материалов" Института физики металлов УрО РАН.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Структурное состояние сталей перед деформацией

Волочению сталей 80 и 80НР предшествует операция патентирования. В патентированном состоянии структура исследуемых сталей качественно похожа. Основу структуры составляет пластинчатый перлит, средний размер перлитных колоний в исследуемых сталях близок и равен 4— 2 мкм. Межпластинчатое расстояние внутри перлитной колонии в стали типа 80 не превышает 0.15—0.10 мкм, а в стали 80НР эта характеристика несколько меньше и близка к 0.08 мкм. Большая часть перлитных колоний имеет правильное, регулярное строение с параллельным расположением цементитных пластин, межфазная граница феррит-цементит эквидистантная и плоская, на ней отсутствуют ступени, скопления дислокаций (рис. 1). Плотность дислокаций в феррите чрезвычайно низкая. Дифракционный контраст на электронно-микроскопических изображениях структуры свидетельствует о том, что в стали 80, как правило, присутствует единая ориентация ферритной составляющей в пределах перлитной колонии. В стали 80НР общая ориентация воспроизводится для группы из 8—10 ферритных ла-мелей, в то время как между отдельными группами ламелей внутри перлитной колонии наблюдается слабая разориентация кристаллической

Рис. 1. Пластинчатый перлит в патентированной стали 80НР:

а — светлопольное изображение; б — темнопольное изображение в рефлексе цементита (121); в — электронограмма с осью зоны [110] феррита и [111] цементита.

Рис. 2. Особенности тонкой структуры сталей перед волочением:

а — бейнит в патентированной стальи 80; б — перлитные колонии в горячекатаной стали 85ХФ.

решетки феррита (рис. 1а). Различие в характере дифракционного контраста обусловлено, по-видимому, повышенным уровнем внутренних напряжений, возникших в стали с более дисперсным перлитом. Внутреннее строение пластин цементита достаточно совершенное, на темнопольном изображении в рефлексе цементита пластины имеют однородный контраст по всей длине и практически не содержат дефектов (рис. 1б). Картина электронной дифракции имеет монокристальный характер (рис. 1в).

В структуре патентированного металла углеродистой стали 80 помимо перлита встречаются участки свободного феррита неправильной формы, их протяженность достигает 5 мкм, а также области с бейнитной структурой (рис. 2а). Объемная доля бейнита, оцененная по данным электронно-микроскопических исследований, не превышает 2—3% от общего объема материала.

При сопоставлении сталей 80 и 80НР в патенти-рованном состоянии можно отметить, что структурное состояние металла второй плавки более однородное. Отсутствие ферритной и бейнитной составляющей обусловлено, по-видимому, легированием стали 80НР бором. Относительно влияния бора на структурообразование углеродистых сталей в литературе известно [6], что за счет адсорбции по границам зерен и на других дефектах кристаллического строения, он существенно повышает устойчивость переохлажденного аусте-нита в температурной области перлитного превращения, способствует повышению содержани

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

Пoхожие научные работыпо теме «Физика»