Термическое упрочнение проката
![]() | В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Термическое упрочнение проката — повышение качества проката (фасонных профилей, арматуры, листового) за счёт термической обработки в потоке прокатного производства.
Высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО)
[править | править код]Совмещение процессов горячей деформации и ускоренного контролируемого охлаждения в процессе прокатки позволяют существенно улучшить качество металлопродукции. Теоретические основы такого процесса разработаны научной школой МИСиС под руководством М. Л. Бернштейна. Существенный вклад в исследование процессов ВТМО внесли работы В. А. Займовского, Л. М. Капуткиной, С. Д. Прокошкина и др. Исследованию термомеханического упрочнения стали посвящены работы российских учёных — В. Д. Садовского, П. Д. Одесского, Л. И. Гладштейна, С. А. Мадатяна и др. Существенный вклад в практическое внедрение процессов термического упрочнения в потоке прокатного производства внесли учёные Института Чёрной металлургии (Днепропетровск): В. Т. Черненко, А. С. Кудлай, В. И. Спиваков и ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (Москва): В. А. Барышев, А. С. Ключ, Н. В. Толмачёва, С. В. Бернштейн и др. В процессе термомеханического упрочнения важным является правильное распределение степеней обжатия на каждой клети прокатного стана, скорость горячей деформации, длительность последеформационной выдержки, способ и скорость последеформационного охлаждения. За счёт термомеханического упрочнения создаётся структура динамической полигонизации аустенита, наследуемая при последующем ускоренном охлаждении низкотемпературными фазами — мартенситом, бейнитом или ферритом. Дополнительное повышение комплекса свойств (прочность, пластичность и сопротивление разрушению) происходит также за счёт более равномерного распределения упрочняющих фаз (карбидов, карбонитридов и т. п.) по границам субзёрен вместо их выделения на зёренных границах или внутри зерна.
Упрочнение фасонного проката из
малоуглеродистых и низколегированных сталей
[править | править код]Процесс обработки
[править | править код]В 80-е годы XX века было внедрено производство термически упрочнённого фасонного проката (уголки, швеллеры, двутавровые балки) на среднесортовом стане 450 Западно-Сибирского Металлургического Комбината (Новокузнецк). После прохождения последней клети прокат проходил камеру с подачей воды под давлением для ускоренного охлаждения поверхности металла. После прохождения охлаждающей камеры происходил самоотпуск поверхности проката за счёт тепла, аккумулированного в центральной части профиля. Центральная часть профиля охлаждалась с повышенной скоростью. Марки стали, проходившие термомеханическое упрочнение — Ст3сп, Ст3пс, 09Г2С, 12Г2С и т. п.
Влияние на микроструктуру и свойства
[править | править код]Процесс термомеханического упрочнения привёл к образованию микроструктуры «естественного композита». Поверхностные слои имели строение отпущенного мартенсита с небольшими количествами бейнита. Микроструктура внутреннего слоя представляла обычную феррито-перлитную смесь, но более мелкозернистую. Соответственно менялась и твёрдость, определённая по методу Виккерса. Поверхностные слои имели твёрдость до 300 HV, тогда как твёрдость центрального слоя составляла около 150 HV.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/thumb/2/2c/%D0%A2%D0%B2%D1%91%D1%80%D0%B4%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8_%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%91%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%84%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%B0.jpg/200px-%D0%A2%D0%B2%D1%91%D1%80%D0%B4%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8_%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%91%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%84%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%B0.jpg)
При электронномикроскопическом исследовании была видна фрагментация зёрен феррита.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/thumb/5/58/%D0%A1%D1%83%D0%B1%D0%B7%D1%91%D1%80%D0%BD%D0%B0_%D0%B2_%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8_%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%91%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%BC_%D1%84%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%BC_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%B5.jpg/250px-%D0%A1%D1%83%D0%B1%D0%B7%D1%91%D1%80%D0%BD%D0%B0_%D0%B2_%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8_%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%91%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%BC_%D1%84%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%BC_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%B5.jpg)
Существенное повышение прочности не приводило к снижению пластичности и сопротивления хрупкому разрушению. Например, для обычной углеродистой стали ВСт3сп предел прочности повышался до уровня 530 МПа (с уровня 350 МПа). При этом сопротивление хрупкому разрушению (ударная вязкость KCU при −70 °C) было очень высоким — 150 Дж/см².
Сварка профилей из термически упрочнённой в потоке прокатного производства стали не приводило к существенному снижению хладостойкости из-за изменений в зоне термического влияния. Локальное разупрочнение (мягкая прослойка) не приводило к снижению агрегатной прочности. Эти результаты дали возможность применять такой прокат в сварных строительных конструкциях северного исполнения вместо низколегированных хладостойких сталей.
Упрочнение листового проката из
малоуглеродистых и низколегированных сталей
[править | править код]Процесс обработки
[править | править код]Была разработана технология термического упрочнения листового проката в потоке прокатки на стане 3600 Металлургического комбината «Азовсталь» (Мариуполь). Марки стали, проходившие термическое упрочнение — ВСт3пс, ВСт3сп, 12Г2С, 17Г2С, 14Г2АФ и др.
Влияние на микроструктуру и свойства
[править | править код]В результате термомеханического упрочнения была получена макронеоднородная слоистая структура (видна при визуальном контроле травлёного сечения). Методами просвечивающей электронной микроскопии в поверхностных слоях была обнаружена развитая ячеистая субструктура (полигонизация). По субзёренным границам выделялись карбидные частицы. Плотность дислокаций в поверхностном слое составляла: ρ = 7 . В центральных по толщине слоях листа увеличивалась доля вытянутых зёрен феррита. Плотность дислокаций уменьшалась до ρ = 1,7.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/1/18/%D0%9C%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%D0%BB%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8_%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%91%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%B0.jpg)
Отличительной особенностью термически упрочнённого листового проката является изменение формы диаграммы деформации.Отклонение от закона Гука (упругого поведения) начинается при ме́ньших напряжениях (). Порог хладноломкости для образцов на ударную вязкость с острым надрезом составлял около −70 °C. Исследование хладостойкости сварных соединений термически упрочнённого листового проката (моделирование с помощью наплавки) показало, что возможно их применение для строительства в климатических районах до −65 °C.
Список литературы
[править | править код]- М. Л. Бернштейн, В. А. Займовский, Л. М. Капуткина. Термомеханическая обработка стали. М., «Металлургия», — 1983.
- М. Л. Бернштейн. Диаграммы горячей деформации, структура и свойства стали. М., «Металлургия», — 1989.
- М. А. Тылкин, В. И. Большаков, П. Д. Одесский. Структура и свойства строительной стали. М. «Металлургия», — 1983.
- А. С. Ключ. Термически упрочнённый фасонный прокат из углеродистой стали. В сборнике «Повышение свойств и эффективности использования проката для строительных стальных конструкций». М., — 1990.
- Л. И. Бебих, А. С. Ключ и др. Повышение прочности и хладостойкости листового проката из низколегированной стали путём термического упрочнения. В сборнике «Повышение свойств и эффективности использования проката для строительных стальных конструкций». М., — 1990.