Влияние величины аустенитного зерна на развитие обезуглероживания при производстве бунтового проката

Abstract

RU: Введение и состояние проблемы. Одним из нежелательных и распространенных дефектов микроструктуры, который снижает качественные показатели высокоуглеродистого бунтового проката (катанки) и эксплуатационные характеристики изготавливаемых из него изделий является обезуглероживание поверхности. При этом сопротивление металла знакопеременным нагрузкам определяется глубиной обезуглероженного слоя, то есть фактическим различием микроструктуры на поверхности от структуры основного металла. Известно [1, 2], что для развития процесса обезуглероживания на поверхности металла при нагреве в печи газовая атмосфера должна оказывать не очень сильное окислительное воздействие. Если скорость окисления будет больше скорости диффузии углерода в стали, то интенсифицируется окалинообразование и в этом случае кислород может окислять уже одновременно и углерод и железо. В большинстве случаев обезуглероженный слой считается неудовлетворительным фактором, однако существует мнение и о положительном влиянии обезуглероживания поверхности бунтового проката на его потребительские свойства. Мягкая обезуглероженная поверхность обеспечивает повышенную пластичность металла при перегибах и скручиваниях из-за малой чувствительности к концентраторам напряжений, высокой сопротивляемости распространению трещин, а также повышению коррозионной стойкости [3]. Формирование в поверхностном обезуглероженном слое остаточных сжимающих напряжений приводит к повышению усталостной прочности и долговечности в процессе эксплуатации стальных канатов [4]. В бунтовом прокате с более развитым поверхностным обезуглероживанием уменьшается вероятность образования закалочных структур (мартенсита) при волочении и вызываемых появлением мартенсита поверхностных трещин и надрывов. Однако при деформации металла способом холодного волочения, путем протяжки бунтового проката через систему монолитных волок, максимальные напряжения при этом сосредоточены на поверхности проката [3–5]. В связи с такой особенностью, равномерность распределения структуры на поверхности и в приповерхностных слоях оказывает решающее воздействие. Следовательно, при изготовлении качественного сортамента высокоуглеродистого бунтового проката необходимо обеспечить минимальную и равномерную глубину обезуглероживания на поверхности металла [3–7]. В работе [11] отмечено влияние микродобавок бора на изменение величины аустенитного зерна, а соответственно и протяженность границ в высокоуглеродистых сталях при повышении температуры аустенитизации в интервале 900…1 100 ºС. Цель работы - исследование влияния величины аустенитного зерна на глубину обезуглероживания в углеродистой (базовой) стали и стали микролегированной бором.

UK: Вступ і стан проблеми. Одним із небажаних і поширених дефектів мікроструктури, який знижує якісні показники високовуглецевого бунтового прокату (катанки) і експлуатаційні характеристики виробів, які з нього виготовляються, є зневуглецьовування поверхні. При цьому опір металу знакозмінним навантаженням визначається глибиною зневуглецьованого шару, тобто фактичним розходженням мікроструктури на поверхні від структури основного металу. Відомо [1, 2], що для розвитку процесу зневуглецьовування на поверхні металу під час нагрівання в печі газова атмосфера повинна чинити не дуже сильну окисну дію. Якщо швидкість окиснення буде більша швидкості дифузії вуглецю в сталі, то інтенсифікується окалиноутворення і в цьому випадку кисень може окиснювати вже одночасно і вуглець і залізо.У більшості випадків зневуглецьований шар вважається незадовільним фактором, однак існує думка і про позитивний вплив зневуглецьовування поверхні бунтового прокату на його споживчі властивості. М'яка зневуглецьована поверхня забезпечує підвищену пластичність металу у випадку перегинів і скручувань через малу чутливість до концентраторів напружень, високий опір поширенню тріщин, а також підвищення корозійної стійкості [3]. Формування в поверхневому зневуглецьованому шарі залишкових стискаючих напружень зумовлює підвищення втомної міцності і довговічності в процесі експлуатації сталевих канатів [4]. У бунтовому прокаті з більш розвиненим поверхневим зневуглецьовуванням зменшується ймовірність утворення структур загартування (мартенситу) під час волочіння і спричинених появою мартенситу поверхневих тріщин і надривів. Однак у разі деформації металу способом холодного волочіння, шляхом протягання бунтового прокату через систему монолітних волок, максимальні напруги при цьому зосереджені на поверхні прокату [3–5]. У зв'язку з такою особливістю, рівномірність розподілу структури на поверхні і в приповерхневих шарах здійснює вирішальний вплив. Отже, для виготовлення якісного сортаменту високовуглецевого бунтового прокату необхідно забезпечити мінімальну і рівномірну глибину зневуглецьовування на поверхні металу [3–7]. У праці [11] відзначено вплив мікродобавок бору на зміну величини аустенітного зерна, і відповідно протяжність кордонів у високовуглецевих сталях у випадку підвищенні температури аустенітизації в інтервалі 900...1 100 С. Мета роботи - дослідження впливу величини аустенітного зерна на глибину зневуглецьовування у вуглецевій (базовій) сталі і сталі, мікролегованій бором.

EN: Introduction and current state of the problem. Common and undesirable defects in microstructures include surface decarburization which compromises the quality of HC wire rods hot-wound into coils (coil rod) and performance of products made there from. Resistance of metal to alternating loads is determined by the depth of the decarburized layer, i.e. actual difference between surface microstructure and base metal structure. As we know [1, 2], for decarburization process to occur on the metal surface when heated in a furnace, the gaseous atmosphere shall not produce a very strong oxidizing effect. If the rate of oxidation is higher than that of carbon diffusion in steel, it enhances scale build-up whereby oxygen can oxidize both carbon and iron. Although decarburized layer is mostly deemed to be detrimental, it has been argued that decarburization of wire rod surface can be advantageous to useful qualities of wire rods. Soft decarburized surface ensures improved flextural (bending) or torsional (twisting) dictility of metal resulting from low sensitivity to stress concentration factors, high resistance to crack propagation and higher corrosion resistance [3]. Compressive residual stresses occurring in a decarburized skin improve the fatigue life and increase the durability of steel-wire ropes [4]. Wire rods with more pronounced surface decarburization are less likely to form the hardened structures (martensite) in drawing operations due to surface cracking and cupping of the martensitic layer. However, in the process of cold drawing whereby metal is deformed by pulling wire rods through a serious of drawing dies (monolithic system), maximum stresses develop on the surface of rolled products[3–5]. Therefore uniform distribution of structure on the surface and in the boundary layers is essential. This means that minimum and uniform depth of decarburization on the metal surface is a prerequisite for the production of high-quality HC rolled stock [3–7]. The paper [11] acknowledges the influence of micro-additives of boron on changes in the austenite grain size and accordingly the length of borders in high-carbon steels with austenitizing temperature increase within the range of 900…1 100ºС. The purpose of work is to research the effect of austenite grain size on the decarburization depth in carbon (base) steel and boron micro-alloyed steel.