Формування структури та властивостей товстих листів з низьковуглецевих сталей після нагріву і деформації в міжкритичному інтервалі температур

Abstract

UK: Досліджено та вирішено науково-практичну задачу підвищення механічних властивостей товстолистового прокату з будівельних низьковуглецевих сталей марок 09Г2С и 10Г2ФБ шляхом вивчення процесів деформації, структуроутворення та формування механічних властивостей при температурах міжкритичного інтервалу з подальшим прискореним охолодженням. Встановлено температурні ділянки в міжкритичному інтервалі, які мають найбільш сприятливе поєднання показників міцності та в’язкості у верхній (885...910°С), а також у нижній частині МКІ (730...760°С). На основі отриманих результатів запропоновано удосконалений температурний режим для виготовлення товстих (h ≥ 35 мм) листів за технологією контрольованої прокатки, який випробувано на підприємстві ПрАТ «ММК ім. Ілліча» . Розроблено методику металографічного визначення міжфазних γ-α границь зерен при α→(α+γ)→α перекристалізації в процесі нагріву низьковуглецевих низьколегованих сталей до температур МКІ. Розроблено режим нагріву та охолодження від температур МКІ для подрібнення зерна фериту і підвищення ударної в’язкості прокату зі сталей марок 09Г2С і 10Г2ФБ.

RU: В работе определены количественные и качественные характеристики структуры и механических свойств строительных низкоуглеродистых сталей 10Г2ФБ и 09Г2С после нагрева и деформации в межкритическом интервале температур и дальнейшего ускоренного регламентированного охлаждения. Проведена экспериментальная прокатка, моделирующая процесс изготовления толстого листа по схеме двухклетевой контролированной прокатки, где межкритический интервал (Ас 1 …Ас 3 ) был разделен на восемь температурных областей шириной по 25ºС. На образцах, сгруппированных по температурным областям, были исследованы методами световой микроскопии общая микроструктура и распределение зерен по размерам; объемное количество фаз; и методом просвечивающей электронной микроскопии – дислокационная и полигональная (субзеренная) структура сталей; определены механические свойства на растяжение (σ B , σ 0,2 , δ 5 ), ударную вязкость при температурах +20 и –40С (KCV +20 , KCV –40 ), твердость. Разработана методика металлографического определения границ зерен «бывшего» аустенита при нагреве низкоуглеродистых сталей марок 10Г2ФБ, 09Г2С и 20 до температур Ас 1 ...Ас 3 , которая позволяет выявлять положения «бывших» межфазных границ феррит – аустенит, которые перемещаются во время фазовых переходов. Определены количественные соотношения фаз феррит – аустенит при нагреве низкоуглеродистых сталей до температур интервала Ас 1 ...Ас 3 . Показано, что действительное объемное количество образовавшегося при этом аустенита на 10...20 % меньше, чем рассчитанное на основании теоретических рассуждений. Полученные количественные зависимости, необходимы для теоретических исследований, а также разработки и усовершенствования технологических процессов. Методика может применяться при разработке и корректировки действующих технологических схем горячей прокатки, также при экспертных оценках технологических процессов, происходящих при нагреве и выдержки конструкционных низкоуглеродистых сталей в межкритическом интервале температур. Проведена сравнительная оценка размеров зерна феррита после разных температурных обработок проката из низкоуглеродистых сталей 09Г2С и 10Г2ФБ по двум методиками – по ГОСТ 5639-82 и по программе «Метал 1.0»; установлена сходимость полученных результатов. Указана недостаточная точность результатов (до ≈ 1,5 мкм) по программе «Метал 1.0». По результатам экспериментальных исследований детально описаны структурно-фазовые превращения, происходящие при изменении температурных условий деформации в МКИ с последующим ускоренным регламентированным охлаждением, и сопоставлены с динамикой изменений механических свойств сталей 10Г2ФБ, 09Г2С. Доказано путем установления количественных связей в цепочке температура – деформация – структура – свойства, что в межкритическом интервале существуют температурные участки с наиболее благоприятным сочетанием структуры и показателей прочности и вязкости. Для сталей типа 09Г2С и 10Г2ФБ высокие прочностные показатели обеспечиваются при ведении процесса конечной деформации в верхней и нижней частях МКИ (885...910ºС) и (730...760ºС), соответственно, а показатели ударной вязкости имеют максимум при 785...810ºС. Исследовано влияние температурных обработок (без деформации) по различным режимам нагревов в МКИТ на формирование структуры низкоуглеродистых низколегированных сталей 09Г2С и 10Г2ФБ. Установлено, что после нагрева указанных сталей в межкритическом интервале при температуре 770ºС, выдержки 1 час и охлаждении на воздухе в их структуре образуется до 45 % сверхмелкого зерна феррита (от всего объема феррита в стали) размерами до 1 мкм. При таком нагреве получается структура, в которой мелкие разрозненный участки цементита (перлита) равномерно распределены между зерен феррита. На основании полученных результатов предложен режим температурной обработки низкоуглеродистых низколегированных сталей марок 09Г2С и 10Г2ФБ: нагрев до температур МКИ 820…770°С, выдержка 1 час, охлаждение на воздухе; позволяющий повысить механические свойства листов после контролируемой прокатки за счет формирования в структуре феррита со сверхмелким зерном и устранения перлитной полосчатости. Предложенный режим можно применять для тех случаев, когда необходимо исправление брака, полученного при случайных отклонениях технологических параметров прокатки, или добавочного повышения прочностных свойств крупногабаритных деталей, на основе экспериментальных исследований установлен и научно обоснован выбор температурной обработки в МКИ, обеспечивающий благоприятное сочетание показателей прочности и вязкости проката. Предложен для изготовления толстых (h ≥ 35 мм) листов усовершенствованный температурный режим контролируемой прокатки, включающий ведение деформации при наиболее эффективной температуре межкритического интервала по схеме: черновая прокатка при температуре 1100ºС → снижение температуры до 790 ± 15ºС → деформация до требуемой толщины в чистовой клети → ускоренное охлаждение до 200 ± 25ºС для фиксации мелкозернистой фракции структуры стали, что обеспечивает повышение прочностных и пластических характеристик толстых листов. Режим был опробован в производственных условиях изготовления толстых листов на предприятии ЧАО «ММК им. Ильича» г. Мариуполь.

EN: The scientific and practical problem was investigated and scrutinized of increasing the mechanical properties of plate from construction low-carbon microalloyed steels of type 09G2S and 10G2FB by studying the processes of deformation, structure formation and the formation of mechanical properties at the intercritical interval, followed by accelerated cooling. Temperature sections were established in the intercritical interval, in the upper part (885...910°C), and also in the lower part of the ICI (730...760°C). Based on the results suggested improved temperature regime was proposed for the production of plate (h ≥ 35 mm) on the technology of controlling rolling, which tested at the plant PJSC «MMК Illyich» . The methodology was developed for metallographic determination of interphase γ-α grain boundaries is developed for α→(α+γ)→α recrystallization in the heating to temperatures of ICI. The mode of heating and subsequent cooling from the MKI temperatures was developed for grinding the grain structure and increasing the toughness of rolled steel from construction steels 09G2S and 10G2FB.