Изучение структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом при последующих отжиге и холодной деформации

Рассмотрено влияние структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом, при последующих отжиге и холодной деформации. Показано, что прокатка по стандартной схеме формирует более крупное аустенитное зерно, что приводит при охлаждении к формированию перлитных кол...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2007
Автори:	Пашинская, Е.Г., Толпа, А.А., Варюхин, В.Н., Столяров, В.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2007
Назва видання:	Физика и техника высоких давлений
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70374
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Изучение структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом при последующих отжиге и холодной деформации / Е.Г. Пашинская, А.А. Толпа, В.Н. Варюхин, В.В. Столяров // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 3. — С. 126-136. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70374
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-703742025-02-09T13:37:01Z Изучение структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом при последующих отжиге и холодной деформации Вивчення структурного успадкування катанки із сталі 70, отриманої гарячою прокаткою зі зсувом при наступних відпалі і холодній деформації Study of structure heredity for wire rod produced from steel 70 by hot rolling with shear followed by annealing and cold strain Пашинская, Е.Г. Толпа, А.А. Варюхин, В.Н. Столяров, В.В. Рассмотрено влияние структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом, при последующих отжиге и холодной деформации. Показано, что прокатка по стандартной схеме формирует более крупное аустенитное зерно, что приводит при охлаждении к формированию перлитных колоний различной морфологии. При дальнейшем отжиге сфероидизация стали, прошедшей деформацию по технологии прокатки со сдвигом, проходит за меньшее время в сравнении с катанкой после стандартной прокатки. При холодной деформации катанки после прокатки со сдвигом формируется структура с меньшим количеством дефектов. Обнаруженные особенности структуры определяют уровень механических свойств. Effect of structure heredity for wire rod produced from steel 70 by hot rolling with shear followed by annealing and cold strain has been considered. It is shown that the standard rolling schedule gives a larger austenitic grain, thus resulting in pearlite colonies of different morphology upon cooling. Under subsequent annealing, the time for spheroidization of steel deformed by rolling with shear is shorter as compared to that for wire rod after standard rolling. For the cold-strained rod wire, after the rolling with shear, a structure is formed with a less quantity of defects. The revealed features of structure specify the level of mechanical properties. 2007 Article Изучение структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом при последующих отжиге и холодной деформации / Е.Г. Пашинская, А.А. Толпа, В.Н. Варюхин, В.В. Столяров // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 3. — С. 126-136. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.Gh https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70374 ru Физика и техника высоких давлений application/pdf Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Рассмотрено влияние структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом, при последующих отжиге и холодной деформации. Показано, что прокатка по стандартной схеме формирует более крупное аустенитное зерно, что приводит при охлаждении к формированию перлитных колоний различной морфологии. При дальнейшем отжиге сфероидизация стали, прошедшей деформацию по технологии прокатки со сдвигом, проходит за меньшее время в сравнении с катанкой после стандартной прокатки. При холодной деформации катанки после прокатки со сдвигом формируется структура с меньшим количеством дефектов. Обнаруженные особенности структуры определяют уровень механических свойств.
format	Article
author	Пашинская, Е.Г. Толпа, А.А. Варюхин, В.Н. Столяров, В.В.
spellingShingle	Пашинская, Е.Г. Толпа, А.А. Варюхин, В.Н. Столяров, В.В. Изучение структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом при последующих отжиге и холодной деформации Физика и техника высоких давлений
author_facet	Пашинская, Е.Г. Толпа, А.А. Варюхин, В.Н. Столяров, В.В.
author_sort	Пашинская, Е.Г.
title	Изучение структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом при последующих отжиге и холодной деформации
title_short	Изучение структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом при последующих отжиге и холодной деформации
title_full	Изучение структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом при последующих отжиге и холодной деформации
title_fullStr	Изучение структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом при последующих отжиге и холодной деформации
title_full_unstemmed	Изучение структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом при последующих отжиге и холодной деформации
title_sort	изучение структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом при последующих отжиге и холодной деформации
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate	2007
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70374
citation_txt	Изучение структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом при последующих отжиге и холодной деформации / Е.Г. Пашинская, А.А. Толпа, В.Н. Варюхин, В.В. Столяров // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 3. — С. 126-136. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv	AT pašinskaâeg izučeniestrukturnojnasledstvennostikatankiizstali70polučennojgorâčejprokatkojsosdvigompriposleduûŝihotžigeiholodnojdeformacii AT tolpaaa izučeniestrukturnojnasledstvennostikatankiizstali70polučennojgorâčejprokatkojsosdvigompriposleduûŝihotžigeiholodnojdeformacii AT varûhinvn izučeniestrukturnojnasledstvennostikatankiizstali70polučennojgorâčejprokatkojsosdvigompriposleduûŝihotžigeiholodnojdeformacii AT stolârovvv izučeniestrukturnojnasledstvennostikatankiizstali70polučennojgorâčejprokatkojsosdvigompriposleduûŝihotžigeiholodnojdeformacii AT pašinskaâeg vivčennâstrukturnogouspadkuvannâkatankiízstalí70otrimanoígarâčoûprokatkoûzízsuvomprinastupnihvídpalííholodníjdeformacíí AT tolpaaa vivčennâstrukturnogouspadkuvannâkatankiízstalí70otrimanoígarâčoûprokatkoûzízsuvomprinastupnihvídpalííholodníjdeformacíí AT varûhinvn vivčennâstrukturnogouspadkuvannâkatankiízstalí70otrimanoígarâčoûprokatkoûzízsuvomprinastupnihvídpalííholodníjdeformacíí AT stolârovvv vivčennâstrukturnogouspadkuvannâkatankiízstalí70otrimanoígarâčoûprokatkoûzízsuvomprinastupnihvídpalííholodníjdeformacíí AT pašinskaâeg studyofstructureheredityforwirerodproducedfromsteel70byhotrollingwithshearfollowedbyannealingandcoldstrain AT tolpaaa studyofstructureheredityforwirerodproducedfromsteel70byhotrollingwithshearfollowedbyannealingandcoldstrain AT varûhinvn studyofstructureheredityforwirerodproducedfromsteel70byhotrollingwithshearfollowedbyannealingandcoldstrain AT stolârovvv studyofstructureheredityforwirerodproducedfromsteel70byhotrollingwithshearfollowedbyannealingandcoldstrain
first_indexed	2025-11-26T07:40:12Z
last_indexed	2025-11-26T07:40:12Z
_version_	1849837822842765312
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 3 126 PACS: 81.40.Gh Е.Г. Пашинская1, А.А. Толпа2, В.Н. Варюхин1, В.В. Столяров3 ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ КАТАНКИ ИЗ СТАЛИ 70, ПОЛУЧЕННОЙ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКОЙ СО СДВИГОМ ПРИ ПОСЛЕДУЮЩИХ ОТЖИГЕ И ХОЛОДНОЙ ДЕФОРМАЦИИ 1Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина 2НПО «ДОНИКС» ул. Ф. Зайцева, 46а, г. Донецк, 83086, Украина 3Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН Малый Харитоньевский пер., 4, г. Москва, 101990, Россия Статья поступила в редакцию 18 мая 2007 года Рассмотрено влияние структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом, при последующих отжиге и холодной деформации. Пока- зано, что прокатка по стандартной схеме формирует более крупное аустенитное зер- но, что приводит при охлаждении к формированию перлитных колоний различной мор- фологии. При дальнейшем отжиге сфероидизация стали, прошедшей деформацию по технологии прокатки со сдвигом, проходит за меньшее время в сравнении с катанкой после стандартной прокатки. При холодной деформации катанки после прокатки со сдвигом формируется структура с меньшим количеством дефектов. Обнаруженные особенности структуры определяют уровень механических свойств. Введение Одним из перспективных направлений исследований является изучение влияния комбинированной пластической деформации на формирование структуры и механических свойств металлических материалов с целью по- лучения субмикрокристаллических структур, обеспечивающих высокий уровень прочностных и пластических характеристик. Под комбинированной пластической деформацией понимают формоизменение материала в слож- нонапряженном состоянии под влиянием нескольких сил или моментов сил. В последние 10 лет активно развиваются новые виды комбинированной пла- стической деформации с использованием кручения (сдвига) (КПДС) для по- лучения нано- и субмикрокристаллических материалов с высоким уровнем прочностных и пластических характеристик [1−5]. Ранее показано [6−10], что прокатка со сдвигом (ПС) приводит к формирова- нию субмикрокристаллической структуры, характеризующейся наличием высо- Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 3 127 коугловых зерен и малой плотностью дефектов в теле зерна. При прокатке по стандартной технологии (СТ) плотность дефектов выше на несколько порядков. Показано, что в случае ПС цементитные пластины находятся в условиях одноос- ного изгиба. Тогда как для пластин цементита после СТ характерно симметрич- ное напряженное состояние. Структурные особенности, обнаруженные в распре- делении дефектов, могут вызвать различные процессы при нагреве сталей. Методика исследований В качестве объекта исследований была выбрана сталь 70 стандартного состава. Образцы данной стали обрабатывали методами ПС и СТ с после- дующим сфероидизирующим отжигом (700°C, 2 h). После обработки об- разцы испытывали на одноосное растяжение с целью определения меха- нических свойств стали. Структуру изучали методами оптической и про- свечивающей электронной микроскопии, а также рентгеноструктурного анализа. Результаты и их обсуждение При одинаковой твердости (202 HB) образцов характеристики прочности и пластичности отличаются: отожженная сталь ПС имеет σ0.2 = 467 N/mm2, σв = = 736 N/mm2, δ = 28%, ψ = 50%, а сталь СТ − σ0.2 = 477 N/mm2, σв = 762 N/mm2, δ = 24%, ψ = 45%. Причем, если в стали СТ в области σ0.2 на диаграмме рас- тяжения наблюдается незначительный перегиб кривой, то кривая растяже- ния ПС имеет «зуб текучести». Это указывает на то, что сталь СТ и после отжига сохранила в достаточном количестве дислокации, которые препятст- вуют пластическому течению металла при растяжении. И, наоборот, в тер- мообработанной стали ПС дислокаций намного меньше, и они перед испы- танием были блокированы примесями внедрения, в частности атомами угле- рода. Разблокировка дислокаций от примесных атмосфер Коттрелла с по- следующим движением свободных дислокаций при растяжении стали при- вела к появлению «зуба текучести». Различие механических свойств отожженных образцов связано с особен- ностями их микростроения. Как следует из электронно-микроскопического анализа, степень сфероидизации цементита в сталях не совпадает. Так, если в стали СТ сохранились остовы сорбита с межпластиночным расстоянием 0.2 μm и размерами колоний, порой достигающими 5 μm, то в стали ПС произошла почти полная сфероидизация цементита (рис. 1). Следующая за отжигом пластическая деформация при одноосном растя- жении привела к генерированию дислокаций в феррите и цементите, и в нем отмечены сдвиги по плоскостям скольжения (рис. 2), при этом на электроно- грамме наблюдается раздвоение рефлексов. В феррите, входящем в состав перлита и находящемся в изолированном состоянии в виде отдельных зерен, наблюдается существенное различие в структуре. Плотность дислокаций в феррите сталей СТ после отжига и деформации намного больше, чем для Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 3 128 а б в г Рис. 1. Структура отожженных сталей ПС (а, в) и СТ (б, г) после сфероидизирую- щего отжига; а, б – ×18000, в, г – ×46000 а б Рис. 2. Структура стали СТ (а) и микроэлектронограмма цементита с раздвоенными рефлексами (б) после сфероидизирующего отжига и растяжения, ×46000 стали ПС (рис. 3). Причем в стали СТ дислокации скапливаются в микрообъ- емах, образуя «клубки», а в ПС при деформации довольно часто формируется совершенная ячеистая структура (рис. 3,в,г), которая представляет собой об- ласти, свободные от дислокаций, разделенные дислокационными стенками. Средний размер ячеек достигает 0.5 μm. Такая структура обычно формирует- ся как результат перегруппировки дислокаций путем поперечного скольжения. Ускоренная сфероидизация карбидов при отжиге стали ПС, появление «зуба текучести» на диаграммах растяжения и формирование при малых степенях Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 3 129 а б в г Рис. 3. Структура перлита (а, б) и феррита (в, г) стали 70 после сфероидизирующе- го отжига и растяжения: а, в – деформация ПС; б, г – СТ; ×46000 деформации ячеистой структуры представляют собой необычные явления и могут объясняться большей подвижностью дислокационной структуры. Однако согласно существующим воззрениям процессы сфероидизации и поперечного скольжения дислокаций интенсивнее должны протекать в ме- талле с высокой плотностью дислокаций, т.е. в стали СТ. Это противоречит полученным в эксперименте данным. Очевидно, процессы дробления пластин цементита и диффузионные процессы перераспределения атомов углерода и железа, происходящие во время сфероидизирующего отжига стали ПС, протекают несколько иначе, чем в обычных сталях. Принято считать, что процессы растворения тонких пластин цементита на начальных этапах сфероидизации, коалесценции (объединение мелких частиц в более крупные) и коагуляции (увеличение размеров частиц) карбидов непосред- ственно связаны с влиянием структурных дефектов, в области которых происхо- дит и растворение пластин, и диффузионный массоперенос, обеспечивающие сфероидизацию цементита и ее полноту. Чем выше исходная плотность дефек- тов в феррите и цементите, тем интенсивнее протекают эти процессы. В горячекатаной стали 70 после ПС плотность дислокаций ниже, чем в ста- ли после СТ. Тем не менее сфероидизация в стали после ПС опережает подоб- ный процесс в стали СТ. По-видимому, в определенных микрообъемах воз- можны дробление (растрескивание) цементита и диффузия компонентов сплава Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 3 130 в поле напряжений из-за одноосного изгиба. К тому же значительное количест- во вакансий способствует протеканию процессов «восходящей» диффузии, ко- торые проходят интенсивнее, чем обычная диффузия в поле концентраций. Таким образом, наблюдаемые явления связаны с отличием в схемах де- формации, с различием сложнонапряженного состояния при стандартной и прокатке со сдвигом. Исследования микроструктуры и свойств непосредст- венно после прокатки и при дальнейших термодеформационных воздейст- виях показали, что ПС, относящаяся к классу КПДС, формирует структуру с особенностями, наследующимися в дальнейших переделах. Отмеченные особенности структуры и свойств исходной горячекатаной стали 70 после ПС в дальнейшем оказывают существенное влияние на про- цессы пластической деформации и структурного преобразования фаз в ходе холодной прокатки катанки на полосу (ленту). Как следует из картин строе- ния микрообъемов металла (рис. 4), деформация катанки на полосу (степень а б в г д е Рис. 4. Структура цементита (а, б), феррита (в, г) и микроэлектронограммы (д, е) стали 70 после ПС (а, в, д) и СТ (б, г, е); а, б – ×18000, в, г – ×23000 Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 3 131 деформации ε = 80%) привела к значительному дроблению цементитных пла- стин и их изгибу, фрагментации феррита, возникновению большого количест- ва дислокаций. Однако в сталях СТ и ПС эти процессы протекали неодинако- во. Если в стали СТ произошло значительное дробление структуры и образо- валась механическая текстура с весьма дисперсной ячеистой структурой фер- рита, то в стали ПС эти изменения менее выражены. Причем в ней размеры фрагментов феррита больше, а плотность дислокаций меньше (для стали ПС ~ ~ 1010 cm−2, для стали СТ ~ 1013 cm−2). В этой стали можно обнаружить уча- стки малодеформированного перлита, в то время как в стали СТ такие участки отсутствуют. Несмотря на то, что рентгенографически фиксируется значи- тельная механическая текстура в макрообъемах стали ПС, с помощью микро- дифракции электронов можно обнаружить ферритные зерна с совершенной ячеистой структурой и со следами незначительной пластической деформации. Методами рентгеноструктурного анализа установлено, что в результате холодной деформации стали произошло значительное диспергирование структуры, причем в стали ПС на дифрактограммах вообще не обнаружены линии цементита, что указывает на малый (менее 1 μm) размер его пластин. В обеих сталях наблюдается механическая текстура. Величина микроиска- жений кристаллической решетки, определяющая уровень микронапряжений феррита, в полосе СТ и ПС разная − соответственно 1.94 и 1.33 μrad. При этом микронапряжения в полосе по сравнению с исходным горячекатаным состоянием стали возросли по-разному: в СТ − в 3.5 раза, в ПС − в 2.6 раза. Особенно важным результатом рентгенографических исследований явля- ется обнаруженное смещение дифракционных максимумов для полосы СТ и неизменное их положение для ПС, по сравнению с рентгенограммами ото- жженной стали и исходной катанки. Этот экспериментальный результат по- зволяет заключить, что сталь ПС в горячекатаном, отожженном и холодноде- формированном состояниях имеет равное нулю значение напряжений, т.е. в объемах металла нормальные растягивающие и сжимающие напряжения, имея одинаковую, но различную по знаку величину, компенсируют друг друга. Смещение дифракционных максимумов для полосы СТ, по сравнению с катанкой и отожженной сталью, позволяют рассчитать величину напряже- ний и определить их знак. Установлено, что если в исходном состоянии ста- ли перед холодной прокаткой уровень напряжений был нулевым, то в поло- се он достиг значения σ = 192 ± 6 N/mm2, т.е. в полосе СТ имеются сущест- венные нормальные растягивающие напряжения, которые способны вызы- вать образование хрупких трещин. В определенных условиях, при нарушении механического равновесия, об- разование трещин на поверхности полосы возможно и в стали ПС. Однако, учитывая наличие в ней сжимающих напряжений, ориентация трещин в полосе ПС должна быть иной, чем в полосе СТ, в которой преобладают растягиваю- щие напряжения. Этот вывод подтверждается тем, что в полосе ПС трещины глубиной менее 1 mm на боковой кромке часто расположены под углом 45° к Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 3 132 оси прокатки. В то же время в полосе СТ трещины более глубоки, и, как прави- ло, их поверхности ориентированы под углом 90° к направлению прокатки. Таким образом, технология ПС, внося существенные изменения в струк- туру стали 70, формирует в ней иные, по сравнению с СТ, механические свойства. Для выяснения причин изменения структуры и свойств стали в за- висимости от условий ее горячего деформирования были проведены сле- дующие эксперименты. Поскольку катанки СТ и ПС были получены деформацией заготовок из стали 70 одной выплавки и имели одинаковый химический состав, а разли- чия в них заключались в создании различного напряженного состояния при горячей деформации стали, то, очевидно, особую роль при горячем наклепе и разупрочнении при динамической полигонизации и динамической рекри- сталлизации сыграли дислокационная структура и ее эволюция. При изучении процесса сфероидизации цементита было замечено, что при малой плотности дислокаций в структуре движущей силой сфероидиза- ции может быть величина градиента напряжений. Очевидно, роль напряже- ний противоположного знака уменьшается, если плотность дислокаций дос- тигает некоторого критического значения (видимо, 1010−1011 cm−2). Тогда процессы сфероидизации карбидов, полигонизации и рекристаллизации феррита протекают по обычному, хорошо изученному механизму, который основан на учете роли дислокаций в преобразовании структуры. Подобный механизм обычно реализуется и при изучении динамического разупрочне- ния, происходящего в аустените при горячей деформации стали. Для изучения влияния дислокаций на процессы полигонизации и рекри- сталлизации стали 70 холоднодеформированные полосы СТ и ПС с высокой плотностью дислокаций были подвергнуты сфероидизирующему отжигу при температуре 700°C в течение 2 h. Рентгенографически установлено, что в результате отжига наклепанного металла произошло полное снятие макро- и микронапряжений в полосах СТ и ПС, что связано, как это следует из данных электронной микроскопии, с совершенной равновесной структурой. Отожженная сталь 70 характеризуется субзеренным строением феррита и глобулярным цементитом. Субзерна равноосны, во многих случаях не со- держат дислокаций, а субзеренные границы являются границами наклона и в местах стыка часто имеют угол ~ 120°. На стыке субзерен располагаются сферические частицы Fe3C. Размеры субзерен в полосах СТ и ПС неодинаковы (рис. 5). Средний размер ферритных кристаллитов в отожженной полосе СТ ~ 0.9 μm, т.е. раз- меры отличаются почти в два раза. Это различие в исследуемых сталях связано, во-первых, с разной дис- персностью фаз в исходном горячекатаном состоянии и после холодной прокатки, во-вторых, с разной плотностью дислокаций в наклепанных поло- сах перед отжигом (в ПС ~ 1010 cm–2 и СТ ~ 1013 cm–2). Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 3 133 а б в г д е Рис. 5. Структура и микроэлектронограммы отожженной стали 70 после ПС (а, в, д) и СТ (б, г, е); а, б – ×18000, в, г – ×46000 Вследствие более высокой плотности дислокаций, значительных микро- искажений и больших растягивающих напряжений в стали СТ термоактиви- руемые процессы в ней начинаются на более ранних стадиях, чем в стали ПС. При этом снижение избыточной энергии стали происходит за счет сни- жения концентрации вакансий, перераспределения дислокаций, их анниги- ляции и выстраивания в стенки с образованием полигональной структуры, которая в дальнейшем при отжиге преобразуется путем протекания первич- ной рекристаллизации. Одновременно с процессами полигонизации и рекри- сталлизации феррита происходит коагуляция цементита, который, распола- гаясь в виде глобулей по границам зерен, блокирует собирательную рекри- сталлизацию феррита при тех температурно-временных интервалах, которые использовали при отжиге. Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 3 134 По сравнению с исходным состоянием в холоднодеформированной поло- се ПС произошло значительное дробление структуры и возросла в 104 раз плотность дислокаций, что привело к уничтожению чередующихся микро- областей с противоположными векторами напряжений, которые существо- вали в исходной катанке. В таком наклепанном металле при нагреве процес- сы полигонизации, рекристаллизации и сфероидизации протекают подоб- ным же образом, как и в стали СТ. Однако эти процессы в стали ПС старту- ют позже, что связано с более низким уровнем избыточной энергии этой стали, в которой значительно меньше микроискажений, микронапряжений и дислокаций, по сравнению со сталью СТ. В результате запаздывания поли- гонизации и рекристаллизации в стали ПС субзерна, блокированные глобу- лями цементита, не успевают вырасти до размеров, характерных для полосы СТ, и ее структура является более мелкодисперсной. Очевидно, подобные процессы протекают и при горячей деформации стали 70, когда из заготовок получают катанку. Ввиду различия в схемах создаваемых напряженных и деформируемых состояний при прокатке по технологиям ПС и СТ в сталях формируется различная дислокационная структура. По-видимому, в стали СТ плотность дислокаций намного боль- ше, чем в стали ПС, поэтому при горячей деформации по технологии СТ бо- лее интенсивно и полно протекают процессы упрочнения и разупрочнения, состоящего из динамической полигонизации, динамической и статической рекристаллизации. Более крупнозернистая аустенитная структура с повы- шенной плотностью дислокаций в процессе фазовой перекристаллизации при охлаждении стали после горячей прокатки формирует более крупные продукты распада. Поэтому в катанке СТ более крупные перлитные колонии, а ферритные зерна содержат дислокации. Очевидно, структурная и химиче- ская неоднородности аустенита проявляются в структуре и механических свойствах стали после завершения горячей прокатки и охлаждения, после- дующих термомеханических обработок, т.е. наблюдается эффект структур- ной наследственности в стали. Для проверки высказанного предположения выявляли строение аустенитных зерен катанки ПС и СТ путем вакуумного а б Рис. 6. Микроструктура аустенита катанок ПС (а) и СТ (б), ×500 Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 3 135 травления поперечных шлифов и последующего их изучения в оптическом микроскопе «Neophot». При такой методике можно в некоторой степени воссоздать структуру стали после завершения горячего деформирования и перед охлаждением до температур эвтектоидного превращения. На рис. 6 приведены типичные картины строения аустенитных зерен сталей ПС и СТ. Видно, что сталь СТ в аустенитном состоянии имеет более крупное зерно и является весьма неоднородной: для этой стали средний диаметр зерен аустенита равен 50 μm (5-й балл зерна) и колеблется в интервале 10−120 μm, для более однородной стали ПС средний диаметр – 30 μm (7-й балл зерна) с интервалом 10−70 μm. Вакуумное травление не только поперечных образ- цов, но и продольных, вырезанных из катанки стали 70 не выявило новых особенностей строения аустенита, т.е. его кристаллиты примерно одинаковы в разных плоскостях среза исходной катанки. Выводы Таким образом, проведенное комплексное исследование выявило суще- ственные различия в структуре и механических свойствах стали 70, дефор- мированной при высоких температурах по технологиям СТ и ПС. Отличие схем напряженного и деформированного состояний, введение в сталь при деформации по разным технологиям различного количества структурных дефектов способствуют различному протеканию процессов уп- рочнения, динамического возврата, динамической и статической рекристал- лизации. Отличающееся структурное состояние аустенита в сталях СТ и ПС вызывает неодновременность протекания эвтектоидного превращения, его скорости, в результате чего фазовый наклеп в сталях проявляется в разной степени. Поэтому продукты распада аустенита имеют отличающуюся мор- фологию, содержат разное количество структурных дефектов и характеризу- ются неодинаковым уровнем микроискажений, что в совокупности влияет на показатели интегральных макроскопических (механических) свойств сталей. Анализ полученных результатов позволяет заключить, что различия в структуре и свойствах связаны с проявлением эффекта структурной наследст- венности в стали 70, горячедеформированной по разным схемам (ПС и СТ). 1. Н.И. Носкова, Р.Р. Мулюков, Субмикрокристаллические и нанокристаллические металлы и сплавы, УрО РАН, Екатеринбург (2003). 2. Y. Beygelzimer, Mechanics of Materials 37, 753 (2005). 3. T.G. Langdon, Rev. Adv. Mater. Sci. 13, 6 (2006). 4. R.Z. Valiev, Annales de Chim. Science des Materriux 21, 369 (1996). 5. Ю.Р. Колобов, К.В. Иванов, Г.П. Грабовецкая, Р.К. Исламгалиев, Структура и свойства нанокристаллических материалов, УрО РАН, Екатеринбург (1999). 6. Е.Г. Пашинская, А.А. Толпа, Д.П. Кукуй, В.Н. Варюхин, С.И. Марчук, И.И. Ти- щенко, Металлофиз. новейшие технол. 27, 535 (2005). Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 3 136 7. В.Н. Варюхин, Е.Г. Пашинская, В.М. Ткаченко, Н.Н. Белоусов, Труды IV Меж- дунар. Междисциплинарного симпозиума «Фракталы и прикладная синергети- ка», «Интерконтакт Наука», Москва (2005), с. 256−257. 8. Е.Г. Пашинская, А.А. Толпа, Металлы № 5, 85 (2004). 9. Е.Г. Пашинская, И.И. Тищенко, Тезисы 9-й Междунар. конф. «Высокие давле- ния − 2006. Фундаментальные и прикладные аспекты», Норд-Пресс, Донецк (2006), с. 117. 10. Е.Г. Пашинская, Труды XVII Петербургских чтений по проблемам прочности, СПб. (2007), ч. 1, с. 278−280. E.G. Pashinskaya, A.A. Tolpa, V.N. Varyukhin, V.V. Stolyarov STUDY OF STRUCTURE HEREDITY FOR WIRE ROD PRODUCED FROM STEEL 70 BY HOT ROLLING WITH SHEAR FOLLOWED BY ANNEALING AND COLD STRAIN Effect of structure heredity for wire rod produced from steel 70 by hot rolling with shear followed by annealing and cold strain has been considered. It is shown that the standard rolling schedule gives a larger austenitic grain, thus resulting in pearlite colonies of dif- ferent morphology upon cooling. Under subsequent annealing, the time for spheroidiza- tion of steel deformed by rolling with shear is shorter as compared to that for wire rod after standard rolling. For the cold-strained rod wire, after the rolling with shear, a struc- ture is formed with a less quantity of defects. The revealed features of structure specify the level of mechanical properties. Fig. 1. Structure of annealed steels ПС (а, в) and СТ (б, г) after spheroidizing annealing; а, б – ×18000, в, г – ×46000 Fig. 2. Structure of steel СТ (а) and microelectron diffraction pattern of cementite with split reflexes (б) after spheroidizing annealing and tension, ×46000 Fig. 3. Structure of pearlite (а, б) and ferrite (в, г) of steel 70 after spheroidizing anneal- ing and tension: а, в – deformation by ПС; б, г – СТ; ×46000 Fig. 4. Structure of cementite (а, б), ferrite (в, г) and microelectron diffraction patterns of steel 70 after ПС (а, в, д) and СТ (б, г, е); а, б – ×18000, в, г – ×23000 Fig. 5. Structure and microelectron diffraction patterns of annealed steel 70 after ПС (а, в, д) and СТ (б, г, е); а, б – ×18000, в, г – ×46000 Fig. 6. Microstructure of ПС (а) and СТ (б) wire-rod austenite, ×500

Изучение структурной наследственности катанки из стали 70, полученной горячей прокаткой со сдвигом при последующих отжиге и холодной деформации

Репозитарії

Схожі ресурси