УДК 620.179.14
ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ПРОКАТКОЙ И ОДНООСНЫМ РАСТЯЖЕНИЕМ НА СТРУКТУРУ, МАГНИТНЫЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АРМКО-ЖЕЛЕЗА, СТАЛИ 12Х18Н10Т И СОСТАВНОГО МАТЕРИАЛА "СТАЛЬ 12Х18Н10Т — АРМКО-ЖЕЛЕЗО — СТАЛЬ 12Х18Н10Т"
Э.С. Горкунов, С.М. Задворкин, Е.А. Коковихин, Е.А. Туева, Ю.В. Субачев, Л.С. Горулева, А.В. Подкорытова
Изучено влияние упругопластического деформирования прокаткой и одноосным растяжением на структуру, магнитные и механические свойства армко-железа, стали 12Х18Н10Т и трехслойного модельного композиционного материала "сталь 12Х18Н10Т — армко-железо — сталь 12Х18Н10Т". Определены магнитные характеристики, однозначно изменяющиеся при упругопластическом деформировании, что позволяет использовать их в качестве параметров оценки механических свойств, а также степени деформации прокаткой и одноосным растяжением в изделиях из исследованных материалов.
Ключевые слова: деформация прокаткой, одноосное растяжение, коэрцитивная сила, намагниченность насыщения, максимальная магнитная проницаемость, остаточная индукция.
ВВЕДЕНИЕ
Слоистые материалы — это современные и перспективные материалы с широким спектром свойств [1]. Применение композиционных материалов снижает стоимость производимой продукции за счет уменьшения количества дорогостоящих легирующих элементов и позволяет получать такие функциональные свойства, которыми по отдельности не обладают компоненты этой системы. Перспективным методом получения слоистых металлических материалов, в том числе с ультрамелкодисперсной, а в некоторых случаях и нанокристаллической структурой, является технология накопительной холодной пластической деформации прокаткой [2].
Так, например, двухслойную листовую сталь с плакирующим слоем из коррозионно-стойкого металла, используемую в химической и нефтехимической промышленности, применяют для защиты центральных обечаек сосудов высокого давления от агрессивного воздействия рабочей среды [3]. Таким образом, при создании композиционного материала, состоящего из коррозионно-стойкой стали и углеродистой низколегированной стали, удается совместить сопротивление коррозии от первой и прочностные свойства — от второй.
Однако многие коррозионно-стойкие стали, наиболее часто применяемые при создании слоистых композиционных материалов, обладают деформационно-нестабильной структурой, в которой при силовом воздей-
Эдуард Степанович Горкунов, чл.-кор. РАН, директор Института машиноведения УрО РАН. Тел. 375-35-43. E-mail: ges@imach.uran.ru
Юрий Владимирович Субачев, младший научный сотрудник Института машиноведения УрО РАН. Тел. 375-35-87. E-mail: subachev@imach.uran.ru
Евгений Алексеевич Коковихин, старший научный сотрудник Института машиноведения УрО РАН. Тел. 362-33-59.
Сергей Михайлович Задворкин, канд. физ.-мат. наук, зав. лабораторией технической диагностики Института машиноведения УрО РАН. Тел. 8 (343) 375-35-86. E-mail: zad-vorkin@imach.uran.ru
Евгения Александровна Туева, инженер лаборатории технической диагностики Института машиноведения УрО РАН. Тел. (343) 375-35-87. E-mail: tuevaevgenya@mail.ru
Лариса Сергеевна Горулева, инженер лаборатории технической диагностики Института машиноведения УрО РАН. Тел. (343) 375-35-87. E-mail: sherlarisa@e1.ru
Анна Владимировна Подкорытова, инженер лаборатории технической диагностики Института машиноведения УрО РАН. E-mail: apodkorvtova@mail.ru
ствии могут протекать фазовые превращения, приводящие к образованию в парамагнитной матрице ферромагнитных частиц а'-фазы. Процессы распада аустенита и образование мартенсита в подобных сталях в значительной степени определяют их коррозионную стойкость и другие физико-механические свойства [4]. Выделения а'-мартенсита деформации по границам зерен приводят к снижению сопротивления межкристаллит-ной коррозии [5, 6].
В связи с этим актуальной является разработка неразрушающих методов оценки состояния композиционного материала в целом и его отдельных компонент при упругопластическом деформировании как при изготовлении, так и в процессе эксплуатации изделия, на основе измерения магнитных характеристик.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Материалами исследования послужили армко-железо, коррозионно-стойкая сталь аустенитного класса 12Х18Н10Т (химический состав приведен в табл. 1) и составленный из них условно-модельный трехслойный композиционный материал "сталь 12Х18Н10Т — армко-железо — сталь 12Х18Н10Т".
Таблица 1
Химический состав армко-железа и стали 12Х18Н10Т (мас.%)
С Сг N1 Мо Т1 Мп 81 8 Р V
Армко-железо 0,02 — — — — 0,20 0,006 0,02 0,01 —
12Х18Н10Т 0,12 18 9 0,18 0,45 0,48 0,40 0,01 0,04 0,05
Из листового армко-железа толщиной 2,4 мм вырезали прямоугольные пластины, которые подвергали отжигу в вакууме при температуре 700 °С в течение 60 мин. Заготовки из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т были изготовлены из отожженных пластин (1000 °С в течение 30 мин, охлаждение на воздухе) толщиной 0,8 мм. Заготовки армко-железа и стали 12Х18Н10Т представляли собой пластины одинаковой длины и ширины. Полученные пластины разделили на две партии. Одну часть заготовок подвергали прокатке при комнатной температуре вдоль длинной оси заготовок на стане Дуо 260 со скоростью прокатки примерно 60 мм/с. Степень деформации прокаткой
5
определяли как £пр = 1п—, где 50 — начальная площадь поперечного
5
сечения заготовки; 5 — площадь поперечного сечения заготовки после прокатки. Строго говоря, величина £пр, определенная по приведенной выше формуле, называется логарифмическим коэффициентом вытяжки. В итоге получили следующие значения степеней деформации: для армко-железа — £пр = 0; 0,09; 0,23; 0,33; 0,46; 0,63, для стали 12Х18Н10Т — £пр = 0; 0,11; 0,22; 0,34; 0,55; 0,69.
Вторую партию заготовок использовали для создания модельных образцов трехслойного композиционного материала "сталь 12Х18Н10Т — армко-железо — сталь 12Х18Н10Т". Пакеты получали при помощи ар-гонно-дуговой сварки по периметру пластин и прокатывали с различными степенями обжатия до £пр = 0; 0,12; 0,20; 0,40; 0,47; 0,76. По изменению толщины отдельных слоев пакета были вычислены степени обжатия для каждого слоя (табл. 2). Деформация при прокатке распределяется неравномерно по сечению пакета.
2 Дефектоскопия, < 6, 2011
Из прокатанных пластин армко-железа, стали 12Х18Н10Т и модельного композита были вырезаны плоские разрывные образцы с головками для проведения испытаний на одноосное растяжение. Длинная ось образцов совпадала с направлением прокатки.
Таблица 2
Степень деформации прокаткой каждого слоя в пакете
р *-пр ^нерж р *-армко ^нерж
0,12 0,262 0,109 0,024
0,204 0,135 0,239 0,173
0,398 0,682 0,356 0,285
0,466 0,438 0,466 0,494
0,757 0,720 0,729 0,878
Одноосное растяжение образцов проводили при комнатной температуре на испытательной машине с максимальным усилием 50 кН с одновременной регистрацией магнитных характеристик в замкнутой магнитной цепи по схеме пермеаметра с помощью гистерезисграфа Remagraph С500. Магнитное поле прикладывали вдоль оси растяжения образца (по направлению прокатки), при этом ось измерительной катушки индукции была также параллельна оси растяжения. Напряженность внутреннего магнитного поля Н измеряли с помощью дугообразного магнитного по-тенциалметра. Запись петли магнитного гистерезиса при максимальном внутреннем поле 55 кА/м осуществляли на плоскости В—Н (В — магнитная индукция) путем запоминания 2500 точек. По предельным петлям магнитного гистерезиса определяли коэрцитивную силу Нс, остаточную индукцию Вг и намагниченность Ммакс в максимальном приложенном поле (максимальную намагниченность); по частным петлям гистерезиса при максимальной магнитной индукции 0,4 и 0,06 Тл — величины коэрцитивной силы Н0'А, Л0 °6 и остаточной индукции ¿0'4, Ь0,06. Кроме того, по основной кривой намагничивания определяли максимальную магнитную проницаемость цмакс. Перед каждым шагом магнитных измерений и по его окончании образец размагничивали. Погрешность измерения поля и индукции не превышала ±3 %. Стоит отметить, что по своим значениям максимальная намагниченность для армко-железа и композиционного материала "сталь 12Х18Н10Т — армко-железо — сталь 12Х18Н10Т" близка к намагниченности насыщения М, а у стали 12Х18Н10Т значения Ммакс не доходят до состояния технического насыщения.
Величину удлинения образцов при растяжении определяли бесконтактно при помощи видеоэкстензометра ЬаУМоп. Предел текучести а02 и временное сопротивление ав определяли из диаграммы "напряжение-деформация" по ГОСТ 1497—84.
Количество образовавшегося а'-мартенсита деформации определяли с помощью рентгеноструктурного анализа методом гомологических пар, при котором анализируется состояние поверхностных слоев исследованных материалов. Также количество а'-фазы рассчитывали по величине максимальной намагниченности с учетом содержания легирующих элементов [7]. В данном случае анализируется все поперечное сечение исследуемого образца. Рентгенофазовый анализ проводили на образцах до и после прокатки, а также после испытаний на растяжение. После испытания на растяжение фазовый состав пластин-компонент пакета "сталь 12Х18Н10Т — армко-железо — сталь 12Х18Н10Т" определяли с обеих сторон, для чего пакеты разбирали на отдельные компоненты. Для полу-
чения рентгенограмм использовали монохроматизированное ^-излучение хрома.
Микроструктуру исследовали при помощи оптического микроскопа. Твердость образцов по Виккерсу определяли на твердомере АКАБШ при нагрузке на индентор 49 Н.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Влияние деформации прокаткой на структуру и магнитные свойства исследованных материалов
На рис. 1 приведены микроструктуры образцов армко-железа в исходном состоянии и после деформации прокаткой. Как видно, микроструктура армко-железа представляет собой равноосные зерна феррита размером от 50 до 300 мкм в диаметре. Из рисунка видно, что для образцов со степенью деформации прокаткой 0,33 размер зерна вдоль направления прокатки составляет 100——350 мкм, а поперек — 25—50 мкм. Для образца с большей епр = 0,63 размер зерен вдоль направления прокатки составил 25—200 мкм, а поперек — 20—50 мкм, то есть под действием деформации зер
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.