Колчина Ю.С. (ТО-10м), Донецкий национальный технический университетРуководитель – д. т. н., профессор Алимов В.И.
Качество металла в широком смысле – сложное и относительное понятие. К числу главных требований, предъявляемых к качеству стали, относятся химическая и физическая однородность, минимальное содержание вредных примесей и неметаллических включений, высокое качество поверхности и плотность структуры металла.
Что касается проката, уже установлено, что нередко после проведения контролируемой прокатки в отдельных участках листов формируется неоднородная структура, преимущественно с размером ферритного зерна в поперечнике 8-10 мкм, однако встречаются и более крупные зерна феррита с размером до 30 мкм.
Кроме этого, по толщине листа часто наблюдается неоднородная кристаллографическая текстура и сильно выражена феррито-перлитная полосчатость.
Неоднородность микроструктуры и кристаллографической текстуры в состоянии после контролируемой прокатки приводит к снижению ударной вязкости и сопротивления металла хрупкому разрушению.
Целью настоящей работы являлось исследование особенностей структурообразования листовой стали повышенной прочности ЕН36 при контролируемой прокатки и последующей термообработке.
Для исследований использовали сталь повышенной прочности ЕН36 (ГОСТ 5521), относящуюся к мелкозернистым феррито-перлитным (малоперлитным) сталям, химический состав которой следующий, %масс: 0,11С; 1,18Mn; 0,21Si; < 0,005 S; < 0,014P; < 0,25V; 0,04Nb; 0,015Ti; < 0,08(Cr+Ni+Cu); < 0,05Mo; < 0,003N2; < 0,37Cэкв.
Микроструктура стали ЕН36 (рис.
1) в состоянии после контролируемой прокатки представляет собой преимущественно феррито-перлитную смесь с выраженной полосчатостью перлита, но наблюдаются также вытянутые вдоль направления прокатки зерна феррита, в которых процессы рекристаллизации пройти не успели. Основной причиной формирования полосчатой структуры с большой протяженностью полос феррита и перлита следует считать распад нерекристаллизованного либо частично рекристаллизованного аустенита.
- Рисунок 1 — Микроструктура стали ЕН36 после контролируемой прокатки, x400
- Известно, что чем выше суммарная степень деформации аустенита в области температур, в которой его рекристаллизация становится невозможной, либо существенно тормозится и, соответственно, чем выше степень вытянутости его зерен в направлении течения металла, тем более протяженными будут сплошные полосы перлита и феррита после завершения перлитного превращения.
- Дополнительную термообработку образцов из стали ЕН36 проводили по режимам, приведенным в таблице 2.
- Таблица 2 — Дополнительная термообработка образцов из стали ЕН36
Микроструктуры после дополнительных нагревов приведены на рисунке 2.
Рисунок 2 – Микроструктуры стали ЕН36 после дополнительной термообработки: а)Тн=600 оС, 30 мин; б)Тн=750 оС, 20 мин;
Проведенные исследования показали, что выдержка при температуре 600 оС (рис.2,а) приводит к частичной рекристаллизации, сопровождающейся измельчением ферритной составляющей.
При таком нагреве получается структура, в которой мелкие округлые частички перлита равномерно распределены в ферритной матрице, что в свою очередь обусловило повышение твёрдости. Нагрев и выдержка при температуре 750 оС (рис.
2,б) существенно не изменили полосчатость структуры исследуемой стали, но привели к незначительному повышению твёрдости.
Выводы:
- Основной причиной формирования полосчатой структуры с большой протяженностью полос феррита и перлита следует считать распад нерекристаллизованного либо частично рекристаллизованного аустенита.
- Исследование структурообразования стали ЕН36 при дополнительных нагревах играет важную роль при последующих процессах сварки различных металлоконструкций из сталей данного типа; при эксплуатации продукции в различных атмосферах и при различных температурах, что позволяет в свою очередь в значительной мере повысить качество продукции и избежать неблагоприятного исхода.
Большая Рнциклопедия Нефти Рё Газа
Cтраница 3
| Строчечная структура стали. [31] |
Неметаллические включения РІ стали вытягиваются РІ направлении прокатки Рё служат центрами, около которых формируется РѕРґРЅР° РёР· основных составных частей стали — феррит ( СЃРј. ниже), что способствует образованию так называемой строчечной структуры. [32]
Строчечные ( полосчатые) структуры являются продуктом первичной кристаллизации стали — дендритной ликвации, которая образуется РїСЂРё медленном затвердевании слитка. Строчечные структуры часто содержат неметаллические включения. Резко выраженные строчечные структуры, особенно СЃ неметаллическими включениями, служат РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ причиной разрывов Рё брака РїСЂРё штамповке, РІ частности РїСЂРё штамповке рам Рё тормозных барабанов автомобилей. [33]
Встречающиеся в листовой стали строчечные ( полосчатые) структуры ( фиг. Часто строчечные структуры сопровождаются неметаллическими включениями ( фиг.
Резко выраженные строчечные структуры, особенно с неметаллическими включениями в листовой стали марки 20, являются основной причиной разрывов и брака при штамповке лонжеронов и тормозных барабанов автомобилей. [34]
Чтобы горячекатаные полосы имели одинаковые механические свойства в разных направлениях, необходимо, чтобы полоса не имела строчечной структуры.
При строчечной структуре увеличивается предел текучести и падает удлинение в направлении поперек прокатки, в то время как прочность, которая в основном зависит от химического состава стали, изменяется мало. [35]
Размер ферритного зерна составляет 5 — 10 РјРєРј. Перлитные колонии имеют характерную строчечную структуру.
Вид перлитных колоний сохраняется после старения без напряжения и под напряжением.
Карбидные частицы в перлите равноосны или слегка вытянуты, наблюдается тенденция к выстраиванию их в цепочки.
Значительной коагуляции карбидных частиц в результате старения под напряжением не обнаружено. В феррите залегают характерные длинные пластины цементита, наличие которого в стали 12ХГНМФ подтверждается также данными рентгеноструктурного фазового анализа. [37]
Отжиг РїСЂРё высоких температурах РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє повышению скорости диффузионного выравнивания структуры шва, содержание железа РІ шве снижается, эвтектическая прослойка уменьшается. Увеличение длительности отжига приближает структуру Рє мелкоигольчатой строчечной структуре — фазы. [38]
В прокатанной стали обычно образуется полосчатая или строчечная структура, ориентированная в направлении прокатки.
Такую же ориентацию имеют цепочки частиц неметаллических включений, раскатанных ленточек и волокон этих включений.
Полосчатая структура, выявляемая РјРёРєСЂРѕ — Рё макротравлением, является признаком анизотропии. [39]
Основной металл, не подвергавшийся термическому влиянию сварки.
В результате процессов ликвации в неуспокоенных сталях образуется ярко выраженная строчечная структура.
Внутри строчек феррита расположены вытянутые включения сульфидов марганца. [40]
При сильно отличающихся по твердости структурных составляющих материала и многократном воздействии нагрузки происходит вначале интенсивное изнашивание мягкой основы, вследствие этого повышается давление на выступающие твердые составляющие, они вдавливаются в мягкую основу, некоторые из них дробятся и перемещаются дополнительно под действием сил трения. В результате такого избирательного изнашивания поверхность обогащается твердыми структурными составляющими и приобретает строчечную структуру, что было обнаружено М. М. Хрущевым и А. Д. Курицыной при износе баббита. [41]
При этом после горячей обработки, если включения расположились рядами ( по волокнам), феррит также следует этим рядам, а вслед за ним и перлит располагается полосами. Когда такие полосы феррита и перлита узки и встречаются в большом числе, структура напоминает строчки в книге, почему ее и называют строчечной структурой ( фиг. [42]
Рти формы ликвации являются причиной появления различных структур РІ стали.
В стальных отливках возникает дендритная структура; образующийся в начале затвердевания кристаллический скелет обеднен фосфором, в то время как остальные участки обогащены им.
Строчечная структура в кованой или катаной стали закономерно связана с распределением фосфора.
Фосфид железа ( FegP) появляется, если содержание фосфора очень велико или охлаждение вызывает сильную ликвацию фосфора.
В стали это явление происходит лишь в редких случаях, фосфид железа преимущественно выделяется в составе фосфидной эвтектики. Вследствие низкой диффузионной подвижности фосфора возникшее после затвердевания распределение сохраняется неизменным. Таким образом, травление реактивом, выявляющим распределение фосфора, характеризует первичную структуру материала. [44]
Строчечные ( полосчатые) структуры являются продуктом первичной кристаллизации стали — дендритной ликвации, которая образуется РїСЂРё медленном затвердевании слитка. Строчечные структуры часто содержат неметаллические включения. Резко выраженные строчечные структуры, особенно СЃ неметаллическими включениями, служат РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ причиной разрывов Рё брака РїСЂРё штамповке, РІ частности РїСЂРё штамповке рам Рё тормозных барабанов автомобилей. [45]
Страницы: 1 2 3 4
Проблемы и решения структурной неоднородности (полосчатость), ее причины появления
На практике стали в отличие от идеальных — неоднородны и несовершенны как по составу, так и по своему строению: макро-, микро- и тонкой структуре.
Величина, характер и степень равномерности распределения этих несовершенств и определяет свойства реальных сплавов, их поведение в процессах обработки, их прочность и работоспособность в конкретных условиях службы деталей.
Схематично неоднородность состава и несовершенства строения кристаллов и кристаллитов можно разделить на два вида: биографические и обработки.
Биографические несовершенства, прежде всего, связаны с исходным составом сплава и условиями его кристаллизации.
Наиболее ярким примером такого несовершенства в реальных сталях является зональная и особенно дендритная ликвация, под которой понимается химическая неоднородность сплава в пределах одного кристалла (кристаллита).
Большинство элементов в стали, включая углерод, ликвируют от оси дендрита к междуосным пространствам. Совместная ликвация элементов-примесей может и усиливать и ослаблять степень дендритной химической неоднородности легированных сталей.
Для потребителя стали важна не столько сама междендритная неоднородность стали, а связанная с ней полосчатость структуры, строчечное расположение отдельных ее составляющих (неметаллических включений, карбидов), анизотропность механических свойств деформированной стали.
Степень анизотропности оценивают по величине отношения значения того или иного свойства (ув, ут, д, ш, ан), определенного при испытании образцов, вырезанных в направлении прокатки, к тем же характеристикам, определенным на образцах, вырезанных поперек направления течения металла.
Чем сильнее загрязнена сталь неметаллическими включениями (особенно нитевидной формы), чем больше в ней содержится карбидов, нитридов и других труднорастворимых соединений, тем ниже оказываются механические свойства стали в поперечном направлении.
Несовершенства обработки также могут влиять на развитие полосчатости в стали. Несовершенства обработки могут быть связаны с:
— процессами нагрева — аустенизации, гомогенизации и т.д.;
- — с условиями охлаждения;
- — с процессами стабилизации сплава (отпуском, старением, коагуляцией карбидной фазы);
- — со специально создаваемой химической или физической неоднородностью
Высокотемпературный нагрев — гомогенизация — в известной мере устраняет химическую неоднородность стали в пределах кристалла. Вместе с тем аустенизация, гомогенизация может приводить и к диаметрально противоположному процессу — к появлению неоднородности состава в микрообъемах при наличии в стали малых количеств поверхностно активных относительно железа (горофильных) элементов.
Происходит образование концентрационной неоднородности в объеме зерна. С обогащением его граничных или межблочных зон каким-либо элементом или элементами, характерной особенностью которых является значительная разница в величинах их атомных радиусов, по сравнению с атомным радиусом растворителя (в стали — железа является проявлением внутренней адсорбции сплава.
Перераспределение отдельных легирующих элементов (или примесей в объеме зерна при нагреве стимулируется способностью чужеродных атомов понижать избыточную энергию структурных неоднородностей.
Особенно заметное влияние на свойства сплава оказывает внутренняя адсорбция тогда, когда в результате уменьшения поверхности грани: (например, при росте зерна аустенита в процессе высокотемпературное нагрева) концентрация горофильного элемента превзойдет (при выдержке или в процессе последующего быстрого охлаждения) предел растворимости.
В этом случае становится возможным локальный распад твердое раствора с выделением дисперсных частиц избыточной фазы, хотя усредненный состав сплава еще далек от достижения предела растворимости.: Ванадий и ниобий являются элементами поверхностно активными относительно железа.
Концентрационную неоднородность стали в микрообъемах нередко удается наблюдать при металлографическом исследовании с применением обычного или специальные методов травления. Обогащение границ зерен горофильными элементами, снижающими их поверхностную энергию, оказывает, согласно В.И. Архарову, огромное влияние на диффузионную способность стали и на уровень механических и химических свойств сплава в целом. [10, с.52]
В процессе горячей обработки давлением слитка его дендритная структура разрушается и дендриты вытягиваются в направлении деформации. Междендритные пространства, содержащие большое количество примесей и неметаллических включений, также деформируются и образуются характерные волокна.
Такое строение, называемое полосчатостью, влияет на механические свойства, главным образом на ударную вязкость; она выше в продольном направлении и ниже в поперечном направлении (по отношению к направлению течения металла при прокатке). В меньшей степени подобная полосчатость влияет на пластичность (относительное удлинение и сужение).
Прочность и твердость не зависят от полосчатости. [11,с.80]
Считалось, что применение контролируемой прокатки приводит к снижению производительности и к развитию текстурованного феррита, что способствует анизотропии свойств проката. Интенсивность такой анизотропии усиливается деформацией в феррито-аустенитной двухфазной области, таким образом, исключение этой операции могло привести к дальнейшему улучшению свойств.
При производстве стали 10Г2ФБ существует проблема получения минимального разброса свойств по длине полосы и нормируемого значения показателя ут/ув0,90. Большая однородность свойств обеспечивается, во-первых, стабильным фазовым составом стали в различных участках полосы и, во-вторых, одинаковой величиной дисперсионного упрочнения.
Для получения однородного фазового состава металла температура окончания прокатки (Ткп) должна соответствовать нижней части аустенитной области на всех участках полосы.
Перспективной можно считать структуру игольчатого феррита, обусловливающую высокую прочность вследствие увеличения количества дислокаций и формирования субструктуры, доля дисперсионного упрочнения при этом несколько снижена.
Такая структура стати формируется при пониженных значениях Тсм, соответствующих бейнитной области ТКД (< 600 °С), когда выделяются мелкодисперсные карбонитриды, а возможности их роста ограниченны. Таким образом, получению равномерного уровня дисперсионного упрочнения по длине полосы способствует применение дифференцированной температуры смотки по длине полосы при обеспечении стабильного фазового состава, особенно в концевых участках полосы.
Наиболее эффективными средствами борьбы с анизотропией механических свойств на металлургическом заводе является совершенствование технологии производства стали и гомогенизация проката, обеспечение равномерного распределения карбонитридной фазы по длине проката для стали 10Г2ФБ.
ПОИСК
Полосчатая структура стали а — первичная, X 50 б — вторичная, X 100, [c.224]
Графитированные электроды лучше всего производить из графитирующихся нефтяных коксов, обладающих полосчатой структурой в объеме всей частицы.
При измельчении до малых размеров такие коксы приобретают металлический блеск и иглообразную форму. Получаемые пз них электроды характеризуются низким электросопротивлением и малым коэффициентом термического расширения.
Подбор сырья п технологии коксования позволяет вырабатывать коксы иглообразной формы, удовлетворяющие требованиям потребителей. [c.230]
Каменные угли. Они являются самыми важными и самыми распространенными в природе углями. Отличаются от торфа и бурых углей высокой твердостью и черным цветом. Они делятся на блестящие, полублестящие и матовые. Для большинства каменных углей характерна полосчатая структура, которая выражается в последовательном чередовании блестящих, матовых и других разновидностей. [c.64]
Из этих данных следует, что в обш,ем случае наиболее предпочтительна р-обработка и образующаяся в результате ее сравнительно неупорядоченная (0002)а текстура. Сложность проведения горячей деформации при таких высоких температурах связана с возможностью образования полосчатой структуры в результате взаимной ориентации а-пластинок [186].
Такая ориентация заметным образом сказывается на характере разрушения и может повлиять на стойкость к КР. Кроме того, уровень прочности материала в результате р-обработки обычно снижается на 30—60 МПа. Тем не менее однородная структура с неупорядоченной текстурой явно предпочтительна с точки зрения стойкости к КР [186] и к охрупчиванию в газообразном водороде [206].
[c.105]
Химический, металлографический и рентгеноструктурный анализ образцов-темплетов труб линейных участков нефтепровода показал, что качество основного металла и сварного соединения соответствовало требованиям ГОСТ 19282-73 по критериям твердости, структуры и содержания неметаллических примесей.
Структура основного металла представляла собой типичную ферритно-перлит-ную смесь с размером зерна 7-8 балла и микротвердостью структурных составляющих в пределах НУ 2 = 1500 н- 1700 МПа и твердостью НВ, близкой к 1600 МПа.
У поверхности образцов как с внешней, так и с внутренней стороны структура была близка к равноосной и у центра наблюдалась полосчатость. Структура металла сварного шва имела дендритное строение с твердостью НУ 2 = 1500 -ь 1600 МПа.
В зоне термического влияния наблюдалась структура неполной закалки, включающая по мере увеличения расстояния от границ шва уча- [c.454]
Очевидную внешнюю аналогию ритмических полосчатых структур в некоторых магматических породах, например в сфероидальных диоритах, с процессом коллоидного ритмического осаждения можно, вероятно, понять при обобщенном применении гипотезы интерференции диффузионных волн Вольфганга Оствальда.
Эти структуры согласуются также с первоначальными допущениями Лизеганга относительно подобных же явлений в изверженных породах, в вытянутых рудных телах и других образованиях. Подобная же ритмическая кристаллизация часто описывается в керамических продуктах, глазурях, эмалях и даже шлаках . [c.
303]
В отличие от гумитов сапропелиты не обладают ни полосчатой структурой, ни блеском. Это однородные и матовые, а иногда слабозернистые образования исключительно высокой твердости. Удельная плотность малозольных сапропелитов обычно меньше единицы. В зависимости от вида и количества минеральных вешеств цвет сапропелитов может быть самым различным бурым, зеленоватым, серым или черным. [c.65]
Для сравнения на рис. о.З представлена доменная структура образца со средним размером зерен Юмкм.
В этом структурном состоянии, в отличие от ИПД состояния, в каждом зерне (кристаллите) формируется собственная доменная структура, и вблизи некоторых границ зерен стенки доменов, принадлежащих соседним зернам, совпадают. Как видно из рис.
6.3, эта структура является правильной полосчатой структурой. При этом щирина доменов в различных зернах раз- [c.225]
Выше 906 °С сталь представляет собой немагнитный твердый раствор углерода в -железе (аустенит). Строение этого твердого раствора характеризуется простым статистическим распределением атомов углерода (поскольку их количество недостаточно для образования упорядоченной структуры).
Надежно установлено, что в аустените атомы углерода занимают октаэдрические пустоты в структуре у-железа. При медленном охлаждении аустенита сначала проис.ходит выделение избытка углерода в виде цементнта, 1ак как пастворимос ь углерода падает при 690″ С до 0,9%.
Ниже этой температуры а-Ре станов]ггся неустойчивым и твердый раствор углерода в у-Ре превращается в эвтектоидную смесь феррита и цементнта. Феррит представляет собой фазу почти чистого а-железа, содержащую в вк, о твердого раствора лишь 0,06% углерода. Освободившийся углерод входит в состав цементита.
Эта эвтектоидная смесь, называемая перлитом, имеет тонкозернистую полосчатую структуру, обладает перламутровым блеском и очень низкой твердостью. Другой крайний случай термической обработки состоит в закаливании аустенита до температуры ниже 150 °С, в результате чего образуется мартенсит, являющийся пересыщенным твердым раствором углерода в а-железе и содержащий до 1,6% С.
Он характеризуется высокой твердостью, и именно его присутствием объясняется твердость закаленной стали. (Исходная —< трук-тура твердого раствора может сохраниться при закаливании лишь при наличии в стали других металлов, о чем сказано выше.) Твердую и хрупкую сталь, получающуюся в результате [c.501]
Распределение неметаллических примесей в литом металле связано с их ликвацией при затвердевании слитка сера, кислород и их соединения образуют скопления по границам зерен, фосфор — в объеме зерна. В результате деформирования зёрна, а вместе с ними зоны ликвации вытягиваются в направлении обработки, а металл приобретает волокнистую структуру.
В то же время высокая т-ра, при к-рой деформируют. металл, способствует его рекристаллизации, вследствие к-рой восстанавливается полиэдрическая структура (зеренная), старые вытянутые зерна исчезают, а неметаллические вклю-чепия остаются на тех же местах, свидетельствуя о прежней волокнистости.
В процессе охлаждения стали места скопления неметаллических включений становятся центрами об-)азования зародышей феррита. Зокруг таких включений образуются богатые ферритом области, проявляющиеся под оптическим микроскопом в виде светлых участков — свет-ловин (рис.). Перлит, как и феррит, располагается в структуре обособленно.
Зачастую вследствие волокнистости, вызванной неметаллическими включения.ми, феррит и перлит размещаются узкими полосами, образуя полосчатую структуру. Иногда (в сталях для -полосовых пружин) такая структура полезна.
В основном же она ухудшает св-ва стали (особенно ударную вязкость), к-рые в металле с полосчатой структурой неравнозначны в продольном и поперечном направлении. С., вследствие различной травимости участков стали с разным содержанием примесей, выявляют металлографическим анализом. Чтобы избежать С.
, связанных с зарождением феррита на межзерен-ных включениях, сталь быстро охлаждают. Количество С., обусловленных виутрикристаллитной ликвацией, уменьшают отжигом при высокой т-ре. Однако наиболее эффективный способ предотвращения С. заключается в металлург, очистке стали от неметаллических включений. [c.350]
Наконец, следует упомянуть эксперимент Нортона и Спейла , посредством которого можно объяснять образование полосчатых структур в опале процессом, отличным от диффузии полосчатый опал был тонко размолот и взмучен в воде.
Пря отложении осадка из водной суспензии была обнаружена точно такая же полосчатость, какую минерал имел первоначально эта полосчатость оказалась аналогичной полосчатым структурам, иногда встречающимся в глинистых осадках. [c.
303]
