Классификация дефектов деформированной стали. Неметаллические включения: оксиды, сульфиды, нитриды и т.д. Причины их возникновения, их влияние на структуру и свойства деформированного металла. Характерные отличия неметаллических включений. Макродефекты: трещины, расслоения, ликвация и др. Обезуглероженный слой в деформированной стали. Видмандштеттовая структура, пережог – причины их образования и возможность исправления дефектов. Деформационное старение. Процессы, происходящие при деформационном старении.

Дефекты деформированной стали можно классифицировать следу­ющим образом:

1. Неправильность профиля и общей формы.

2. Поверхностные дефекты.

3. Внутренние дефекты.

4. Несоответствие по механическим свойствам.

5. Дефекты микроструктуры.

6. Несоответствие различным специальным требованиям.

В настоящей главе рассмотрены поверхностные, внутренние де­фекты и дефекты микроструктуры. Причиной появления многих де­фектов служит несоблюдение технических условий горячей и холод­ной деформации стали.

Дефекты слитка могут проявляться в деформированной стали, изменяя свой вид в результате обработки давлением. Общим признаком дефектов сталеплавильного происхож­дения является ликвация, в частности фосфора и серы. Дефекты про­катного производства, как правило, не связаны со структурными изменениями, хотя иногда наблюдается частичное обезуглероживание с плавным переходом к основной структуре. Морфологические призна­ки у дефектов сталеплавильного и прокатного происхождения могут быть сходными, так как все дефекты вытянуты в направлении дефор­мации и часто имеют одинаковую форму в поперечном сечении. Воз­никновение дефектов прокатного происхождения не зависит от техно­логии сталеплавильного производства и марки стали, а связано глав­ным образом с нарушением режимов нагрева и деформации.

Некоторые дефекты деформированной стали являются общими для различных заготовок и изделий независимо от способа деформации (рис. 4.33).

Поверхностные дефекты. На поверхности заготовок, листов, про­волоки, труб, профилей, штампованных изделий наблюдаются раз­личные трещины (рис. 4.33, а): продольные, поперечные, извилистые, прерывистые и непрерывные. Причинами их образования служат раскатанные поры или подкорковые пузыри, большие остаточные напряжения в слитке или заготовке, напряжения, вызванные очень быстрым нагревом и охлаждением, а также неравномерностью дефор­мации. Форма трещин определяется их происхождением, а также способом деформации. Например, в листах и полосах они продольные или извилистые, в трубах - расположены в продольном направле­нии или по спирали.

Плены, вздутия, мелкие раковины на поверхности стальных из­делий получаются из-за внутренних дефектов литой стали, в част­ности из-за газовых пузырей, неметаллических включений. Эти дефекты носят локальный характер, но могут располагаться по всей поверхности. Закаты представляют собой смещения или завороты стали (рис. 4.33, б). Они могут появляться при закатывании усов, возникающих в случае переполнения предыдущего калибра или облоя на слитке.

К поверхностным дефектам стали относятся язвины, формирующие­ся при неравномерном травлении поверхности стали (рис. 4.33, в ), а также темные и светлые пятна и полосы. Анализ темных пятен по­казал, что вдоль направления деформации раскатана посторонняя фаза, выступающая над поверхностью стали (рис. 4.33, г). Это части­цы разрушенной футеровки нагревательных печей, вкатанные при прокатке в сталь. Появление светлых полос на поверхности стали обусловлено вскрытием сотовых пузырей при нагреве слитков перед деформацией и окислением их поверхности.

При нарушении технологии шлифовки деформирующего инстру­мента возможно появление участков с рифленой поверхностью, со­провождающееся образованием трещин и даже сквозных разрывов (рис. 4.33, д).

Деформированная сталь может иметь специфические дефекты, ха­рактерные для данного вида изделий. Например, рваная кромка на полосе (рис. 4.33, е) формируется при разрывах по кромкам из-за нарушения технологии прокатки или в результате потери пластич­ности стали в местах скопления оплавившихся в процессе деформации сульфидных включений.

Рисунок – Дефекты деформированной стали

К специфическим поверхностным дефектам штампованных изде­лий относятся складкообразование и заковы. Складкообразование представляет собой трещины, проходящие в местах перемены сече­ния и по внутренней поверхности кольцеобразных выступов. Оно может быть вызвано встречным движением стали в штампе, несовпа­дением форм исходной заготовки и полости штампа. Заковы - это складки, образующиеся на особо опасных местах изделий и направ­ленные по контуру штамповки. При холодной штамповке деталей простой и особенно сложной конфигурации из листового проката часто возникают разрывы. Им способствуют такие дефекты структуры холоднокатаной листовой стали, как неметаллические включения, разнозернистость, наличие крупных частиц цементита, неоднород­ность химического состава, а также наличие поверхностных или внут­ренних дефектов листов.

Внутренние дефекты. К распространенным внутренним дефектам деформированной стали относятся расслоение, флокены, трещи­ны. Расслоение представляет собой грубое нарушение сплошности (рис. 4.33, ж ). Причинами расслоений могут быть дефекты сталепла­вильного происхождения - остатки усадочной раковины, газовые пузыри, неметаллические включения.

Флокены - это разрывы круглой или эллиптической формы с бле­стящей поверхностью разрушения. Они формируются вследствие скопления в микрообластях водорода.

В центральной области стальных изделий могут образоваться многочисленные тонкие трещины по границам первичных зерен, вы­званные неравномерным прогревом, наличием ликвации легкоплавких элементов или карбидной ликвации. При деформации слитков сложнолегированных и высокоуглеродистых сталей, имеющих внутренние термические трещины, последние в процессе прокатки не завари­ваются, а наоборот, раскрываются, образуя полости, которые назы­вают «скворечниками».

В случае недостаточной пластичности стали и неблагоприятных температурно-скоростных условий при косой прокатке в центральной части трубной заготовки возникают напряжения, приводящие к так называемому «центральному» разрушению. Трещины появляются в местах структурной неоднородности (рис. 4.33, з). Для предотвраще­ния центрального разрушения при прокатке труб необходимо строго соблюдать температурно-скоростные условия деформации и опреде­ленный угол подачи. Это позволит получить равномерную субзеренную структуру стали.

В деформированных сталях иногда обнаруживают термические трещины, которые образуются под действием напряжений, возникаю­щих при быстром и неравномерном нагреве и резком или неравномер­ном охлаждении стали после деформации. При увеличении скорости охлаждения проката создается большая разность температур в центре и на поверхности изделия, что приводит к развитию значительных термических напряжений. В начале охлаждения поверхностные слои испытывают напряжения растяжения, а внутренние - сжатия. При дальнейшем охлаждении уменьшение объема средней части изделия сдерживается более остывшими наружными слоями. Поэтому первыми возникают наружные дефекты, а затем - внутренние. Особенно часто термические трещины образуются в высокоуглеродистых и высоколегированных труднодеформируемых сталях. Структурные напряжения появляются в результате неодновременных структурных и фазовых превращений, обусловленных разностью температур по длине и сечению прокатанного изделия.

Если напряжения при пластической деформации, а также терми­ческие и структурные напряжения совпадут по знаку, то суммарное напряжение может достичь значительной величины. В пластичной стали оно релаксирует путем микросдвигов, в малопластичной - при образовании трещин. Чем выше скорость охлаждения, тем больше вероятность появления трещин. В местах интенсивного охлаждения чаще всего формируются мелкие продольные трещины. Склонность к трещинообразованию возрастает в грубозернистой стали.

Дефекты микроструктуры деформированных и отожженных изде­лий могут образоваться при всех способах деформации. Поверхностное обезуглероживание происходит в результате взаимодействия углерода, содержащегося в стали, с кислородом или водородом окружающей среды. Обезуглероживание может быть следствием слишком длитель­ной выдержки стали при высоких температурах, попадания в печь обезуглероживающей газовой атмосферы, наличия окалины на по­верхности. Этот вид дефектов обнаруживается микроструктурно и хи­мическим анализом (рис. 4.34). В низкоуглеродистой стали с ферритной структурой в поверхностном слое при обезуглероживании растут зерна (рис. 4.34, а ), в сталях с более высоким содержанием углерода возникает ряд переходных структур (рис. 4.34, б ), что приводит к уменьшению прочности, твердости металла, снижает его сопротивле­ние деформации и износу. В некоторых случаях поверхностное обезугле­роживание полезно. Например, низкоуглеродистую холоднокатаную листовую сталь отжигают во влажном водороде для улучшения штам­пуемости, трансформаторную - в водороде или вакууме для повы­шения магнитных свойств.

Рисунок – Поверхностный обезуглероженный слой в листах из сталей 08кп и 65

Очень распространенным дефектом является полосчатая, или стро­чечная, структура деформированной стали. Существует несколько причин возникновения этого дефекта (рис. 4.35). При наличии в ли­той стали внутрикристаллической ликвации осевые участки дендритов содержат меньше углерода, кремния, фосфора, серы и других элементов по сравнению с междендритными участками. В процессе горячей прокатки дендриты аустенита, ранее располагавшиеся хаоти­чески или перпендикулярно к поверхности слитка, постепенно изме­няют свою ориентацию и переориентируются своими главными осями параллельно направлению прокатки. Структура стали становится во­локнистой. При охлаждении доэвтектоидной стали после горячей прокатки в интервале температур А Г3 - А Г1 происходит полиморфное превращение аустенита в феррит. Поскольку аустенит был неодно­роден по химическому составу, феррит появляется ранее в участках, обедненных углеродом, затем в участках аустенита, обогащенных углеродом, в результате эвтектоидного превращения образуется пер­лит. Структура стали после эвтектоидного превращения имеет резко выраженную полосчатость (рис. 4.35, а).

Полосчатость горячекатаной стали может быть обусловлена окон­чанием прокатки в межкритическом интервале температур. Если доэвтектоидную сталь прокатать в интервале температур А Гз - А Г1 , т. е. в двухфазном состоянии, в момент окончания деформации зерна аустенита и феррита будут вытянутыми. При охлаждении стали до температуры А г1 часть аустенита превращается в феррит, а после прохождения через точку А г1 оставшийся аустенит распадается на перлит. При этом вместо вытянутых зерен аустенита образуются фер­рит и перлит. Зерна избыточного феррита остаются вытянутыми. Полосчатая структура в доэвтектоидной стали может возникнуть из-за неметаллических включений, слу­жащих центрами зарождения избы­точного феррита (4.35, б).

Рисунок – Полосчатые структуры деформированной стали (х100)

Полосчатость доэвтектоидной стали уменьшается в результате длительного гомогенизирующего отжига при температуре 1250- 1300 °С, во время которого можно частично устранить ликвацию.

При горячей прокатке заэвтектоидной стали и легированных сталей карбидного и ледебуритного класса в интервале температур А ст - А г1 в процессе холодной прокатки может возникнуть карбид­ная полосчатость как результат дробления вторичного или эвтектоидного цементита и расположения его в строчки в направлении прокат­ки (рис. 4.35, в). Полосчатость такого типа называется карбидной неоднородностью. Основная причина ее образования - неравномерное распределение первичных и вторичных карбидов. Карбидная строчечность может быть уменьшена в результате спе­циального гомогенизирующего отжига при 1100-1300 °С, а также в процессе нагрева стали для горячей деформации. Карбидная неод­нородность значительно ухудшает прочность и вязкость стали.

В холоднокатаной стали также образуется волокнистая структура, что вызвано ориентировкой ферритных и перлит­ных зерен в направлении деформации. Сталь с полосчатой структурой обладает анизотропией механических свойств, причем поперек про­катки они значительно хуже, чем вдоль. На рис. 4.36 показано изме­нение значений ударной вязкости а н и относительного удлинения 5 в зависимости от угла наклона оси образца по отношению к направле­нию прокатки θ П. Для оценки качества стали испытываются попереч­ные образцы.

Структурный дефект - цементитная сетка образуется в заэвтектоидной стали при формировании вторичного цементита или карбида в виде грубых выделений на границах аустенитных зерен. Чем выше в стали содержание углерода и медленнее охлаждение, тем грубее цементитная сетка. Возникает этот де­фект в случае окончания горячей де­формации стали при температуре вы­ше А ст и слишком медленном охлаждении. Для предупреждения появле­ния цементитной сетки следует строго соблюдать температуру конца дефор­мации и, если сталь деформирована при температурах выше А ст , быстро охлаждать ее после деформации. Уст­ранить этот дефект можно путем по­вторного нагрева до температуры вы­ше А ст и ускоренного охлаждения.

Рисунок – Изменение механических свойств в зависимости от угла наклона образца по отношению к направлению прокатки.

Дефектом структуры деформиро­ванной стали является разнозерни-стость. Под ней понимают присут­ствие в структуре стали зерен раз­ных размеров, что приводит к неоднородности свойств. Следует различать Разнозернистость, связанную с ликвационными явлениями, т. е. с неоднородным распределением примесей, карбидных и карбонитридных включений, задерживающих рост зерен при горячей де­формации или отжиге, и обусловленную наследованием неоднород­ности литого состояния, неравномерностью распределения темпера­туры и деформации по толщине заготовки. В местах с очень мелкими зернами микротвердость стали повышается. Зоны с мелкозернистой структурой вытягиваются в направлении деформации.

Разнозернистость деформационного происхождения зависит от темпёратурно-скоростного режима деформации, величина зерен в стали и степень их размерной однородности определяются темпера­турами нагрева стали перед деформацией и окончания деформации, а также степенью деформации (суммарной и в последней клети, если прокатка осуществляется в несколько проходов).

Пластическая деформация всех видов неравномерна по сечению и вдоль оси деформируемого изделия. В очаге деформации возникают зоны, в которых степени деформации колеблются в довольно ши­роком интервале и могут быть ниже критических, критическими и выше критических. Такая неоднородность деформации стимули­рует рост зерен в процессе динамической и статической рекристалли­зации.

В структуре горячедеформированной стали могут наблюдаться зоны крупных слабодеформированных и нерекристаллизованных зе­рен, участки с рекристаллизованными зернами, претерпевшими пер­вичную, собирательную и даже вторичную рекристаллизацию, об­ласти с измельченными зернами. При последующей холодной дефор­мации сталь сохраняет эту неоднородность, которая усугубляется неравномерным развитием холодной деформации и проявляется при отжиге. В участках, претерпевших холодную деформацию со степе­нями выше критической, образуется нормальная зеренная структура; в зонах, где степень деформации соответствовала критической, вы­растают крупные зерна. В доэвтектоидной стали, прокатанной в интервале температур А Сз - А С1 , т. е. в двухфазной аустенитно-ферритной области, также проявляется разнозернистость структуры. Причиной ее является разная скорость динамической и статической рекристаллизации фер­рита и аустенита, причем ферритные зерна, более склонные к рекри­сталлизации, растут быстрее. Разнозернистость в деформированных сталях, как правило, имеет зональный характер. Она приводит к сни­жению прочностных и пластических свойств стали.

ЛИТЕРАТУРА

Бельченко Г.И., Губенко С.И. «Основи металографии и пластической деформации»: М., Машиностроение, 1987г.

Золотаревский B.C. «Механические свойства металлов», М.,Машиностроение, 1983г.

Новиков И.И. «Дефекты кристаллического строения», М., Машиностроение,1975г.

Владельцы патента RU 2439169:

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности определения качественной и количественной оценки степени полосчатости структуры металла листового проката, а также обеспечение изотропности свойств листового проката. Для достижения технического результата способ включает изготовление поперечных ударных образцов с острым V-образным надрезом и образцов, ориентированных вдоль толщины листового проката в Z-направлении, вырезанных таким образом, чтобы надрез находился в средней части листового проката, определение величины ударной вязкости каждого вида образцов при температуре эксплуатации и отношения величин ударной вязкости образцов где - ударная вязкость образцов с V-образным надрезом, вырезанных из средней части по толщине листового проката в поперечном направлении, - ударная вязкость образцов с V-образным надрезом, который проходит по средней части листового проката в Z-направлении. Если соотношение величин ударной вязкости находится в пределах 3-5, то листовой прокат подвергают отпуску, если соотношение величин ударной вязкости выше 5, то листовой прокат подвергают закалке с последующим отпуском. 3 табл., 3 ил.

Изобретение относится к способам контроля и корректировки технологии производства листового проката из конструкционных экономнолегированных феррито-перлитных сталей по полосчатости в результате термомеханической обработки и может быть использовано в металлургической промышленности и в различных отраслях машиностроения.

Известно, что полосчатая структура после термомеханической обработки, обусловленная ориентированным положением полигонального феррита, может приводить к образованию внутренних дефектов в виде расслоений и, соответственно, к анизотропии сопротивления стали хрупкому и вязкому разрушению, характеризуемому снижением «хрупкой» прочности особенно в Z-направлениях (вертикальная ориентация образца по толщине листа). Кроме того, известно, что полосчатость может оказывать отрицательное влияние и на усталостную прочность металла. Скорость роста трещины в Z-направлении при наличии полосчатости материала может быть в 5 раз быть выше, чем в других направлениях .

Известен способ металлографического контроля полосчатой структуры проката по ГОСТ 5640. Согласно этому способу оценка полосчатости производится на микрошлифах, позволяющих осуществлять качественно на основе шестибалльной системы определение полосчатости структуры по толщине листа. Однако данный способ, как и его современный аналог - анализаторно-цифровая металлография (панорамное изображение структуры сколь угодно большой площади с высоким разрешением на базе анализатора изображения Thixomet , ASTM E1268 для количественной микроструктурной металлографии и т.д.), не позволяет количественно и с высокой точностью оценить влияние полосчатой структуры на анизотропию сопротивления деформированию и разрушению в направлении, поперечном прокатке и в Z-направлениях и тем самым проведение корректировки не только свойств металла листа, но и технологии производства проката.

Известен способ контроля качества листового проката с помощью испытаний на ударный изгиб образцов по ГОСТ 9454 (прототип), вырезанных в направлении поперек прокатки, который позволяет выявить поверхности раздела, т.е. участки расслоения, и тем самым оценить полосчатость структуры. Так, например, данные таблицы 1 свидетельствуют, что ударная вязкость образцов различается от 3,79 до 14,3 раз. При этом излом образца, вырезанного в поперечном направлении, с низкой ударной вязкостью, может иметь участки с расслоением из-за полосчатой структуры (рис.1). В случаях, когда надрез не находится в зоне полосчатости, наличие полосчатой структуры не оказывает влияния на энергоемкость работы разрушения металла листового проката, т.к. работа зарождения трещины значительно больше работы ее распространения.

Недостатком способа является большой разброс результатов испытаний и, как следствие, низкая качественная и количественная достоверность обнаружения полосчатых структур, что затрудняет контроль как листового проката, так и технологического цикла производства. Также недостатком ГОСТ 9454 является случайный выбор места отбора образцов и положения надреза в металле.

Таблица 1
Механические свойства листового проката
Марка стали, технология производства	Толщина листа, мм	σ 0,2	σ B	δ 5	ψ Z	KV -60 , Дж	Примечание
МПа	%
08ГНФБ,	50	410	520	31	-	285;30	ψ Z - сужение в Z-направлении
закалка и отпуск	420	520	26	-	272,19
	≥390	510	≥20	≥35	≥50
650
09ГНДБ,	50	550	650	26	5; 71	186; 175
ТМО	540	630	25	43; 69	49
Требования технической документации	≥460	550	≥19	≥35	≥50
700

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности определения качественной и количественной оценки степени полосчатости структуры металла листового проката, а также возможность использования изобретения для обеспечения изотропности свойств листового проката.

Для достижения технического результата способ контроля качества листового проката феррито-перлитных сталей включает изготовление ориентированных в поперечном направлении образцов с острым V-образным надрезом, проведение испытаний по определению ударной вязкости и полосчатости структуры проката, при этом дополнительно изготавливают образцы, ориентированные по толщине листового проката в Z-направлении, при этом образцы, ориентированные в поперечном и Z-направлениях, вырезают так, что V-образный надрез находится в средней части листового проката, определяют величину ударной вязкости каждого вида образца при температуре эксплуатации (t э) и отношение величин ударной вязкости образцов:

где - ударная вязкость образцов с острым V-образным надрезом, вырезанных из средней части листового проката в поперечном направлении;

Ударная вязкость образцов с острым V-образным надрезом, вырезанных из средней части листового проката в Z-направлении, причем при соотношении величин ударной вязкости, равном 3-5, листовой прокат подвергают отпуску при 650°, а при соотношении величин ударной вязкости выше 5 листовой прокат подвергают закалке с последующим отпуском при 610°.

Для всесторонней и наиболее полной оценки спротивляемости хрупкому и вязкому разрушению с учетом влияния полосчатости, количественное проявление дефектности которой практически не определимо с помощью результатов испытаний на удар образцов в направлении, поперечному прокатке и методами классической оптической и анализаторно-цифровой металлографии, необходимо изготовить образцы, надрез которых перпендикулярен направлению проката (поперечные образцы, вырезанные из центральной зоны по толщине листа), и образцы в Z-направлениях, надрез которых расположен в средней части по толщине листа и практически параллелен полосчатой структуре. Образцы на ударную вязкость необходимо изготавливать по ГОСТ 9454, тип 11.

Контроль образцов согласно заявленному способу может осуществляться для листового проката толщиной 20 мм и более. Для изготовления образцов в Z-направлениях листов толщиной менее 55 мм допускается изготовление периферийной части образца с помощью сварки трением, ручной дуговой сварки и т.д. в соответствии с ГОСТ 28870, но при этом необходимо исключить влияние сварки на зону надреза в ударном образце.

Отношение величин ударной вязкости образцов, вырезанных в поперечном направлении, к величине ударной вязкости образцов, ориентированных вдоль толщины листового проката в Z-направлении, определяется по соотношению

при этом, если соотношение значений ударной вязкости находится в пределах от 3 до 5, то листовой прокат подвергают отпуску, если соотношение значений ударной вязкости выше 5, то листовой прокат подвергают закалке с последующим высоким отпуском при температуре 610°С. Отпуск позволяет снизить напряжения II рода, повысить пластичность и ударную вязкость стали, при этом величина полосчатости изменяется незначительно.

При проведении закалки и высокого отпуска - полной перекристаллизации структуры удается устранить полосчатую структуру (рис.2, 3), тем самым значительно снизить различие по пластичности и ударной вязкости в поперечном и Z-направлениях.

Пример выполнения способа

Для оценки влияния полосчатой структуры на анизотропию свойств и возможной корректировки этих свойств материала толстолистового проката после термомеханической обработки использован толстый горячекатаный лист из стали марки 08ГНБ после контролируемой прокатки при конечной температуре 750-720°С с последующим охлаждением на воздухе.

Химический состав исследуемой стали представлен в таблице 2.

Оценка полосчатости структуры проводилась по результатам значений ударной вязкости и механических свойств.

Результаты испытаний представлены в таблице 3.

Как видно из полученных результатов (таблица 3), а также из соотношения данных испытаний образцов на ударную вязкость в поперечном и Z-направлениях, можно полагать, что данный способ позволяет качественно и количественно определить степень полосчатости структуры, выявить объективное качество материала, а при необходимости осуществить его корректировку с помощью отпуска, снижающего структурную напряженность или термической обработки (закалка + высокий отпуск), обеспечивающей полную структурную перекристаллизацию (рис.3) с целью уменьшения или устранения полосчатости структуры. Для этого отобранные листы были подвергнуты отпуску при 650°С и термической обработке: закалке от 910°С в воде с отпуском при 610°С и выдержкой 4,5 мин/мм.

Ожидаемый технико-экономический эффект, по сравнению с прототипом, выражается в возможности осуществления контроля и корректировке свойств, а также оптимизации технологий изготовления толстолистового проката, что позволяет повысить надежность и долговечность изделий, в частности трубопроводов и судокорпусных конструкций, включая газо-нефтедобывающую морскую технику арктического исполнения, изготовленных из экономнолегированных низкоуглеродистых феррито-перлитных сталей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Марков С.И., Головин С.В., Казанцев А.Г. и др. Комплексная оценка штрипса импортной поставки 2006 г. для труб нефтемагистрали Восточная Сибирь - Тихий океан, XV Международная научно-техническая конференция «Трубы-2007», Челябинск, 2007.

2. Анастасиади Г.П., Сильников М.В. Неоднородность и работоспособность стали. СПб: Полигон, 2002, 623 с.

3. Казаков А.А., Киселев Д.В., Казакова Е.И., Чигинцев Л.С. Разработка методов оценки структурной и химической неоднородности современных трубных сталей. Сб. мат. XX Уральской школы металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов». Пермь-Екатеринбург, 2010, с.44.

4. Малахов Н.В., Мотовилина Г.Д., Хлусова Е.И., Казаков А.А. Структурная неоднородность и методы ее снижения для повышения качества конструкционных сталей. Вопросы материаловедения, 2009, №3(59), с.52-64.

Способ контроля листового проката феррито-перлитных сталей по степени полосчатости, включающий изготовление ориентированных в поперечном направлении образцов с острым V-образным надрезом, проведение испытаний по определению ударной вязкости и полосчатости структуры проката, отличающийся тем, что дополнительно изготавливают образцы, ориентированные по толщине листового проката в Z-направлении, при этом образцы, ориентированные в поперечном и Z-направлениях, вырезают так, что V-образный надрез находится в средней части листового проката, определяют величину ударной вязкости каждого вида образца при температуре эксплуатации (t э) и отношение величин ударной вязкости образцов:

где
- ударная вязкость образцов с острым V-образным надрезом, вырезанных из средней части листового проката в поперечном направлении,
- ударная вязкость образцов с острым V-образным надрезом, вырезанных из средней части листового проката в Z-направлении, причем при отношении величин ударной вязкости, равном 3-5, листовой прокат подвергают отпуску при 650°С, а при отношении величин ударной вязкости выше 5 листовой прокат подвергают закалке с последующим отпуском при 610°С.

Полосчатость Banding - Полосчатость .

Неоднородное распределение легирующих элементов или фаз, ориентированных в волокнах или плоскостях параллельных направлению обработки. См. также Banded structure - полосчатую структуру, ferrite-pearlite banding - полосчатый феррит-перлит, segregation banding - сегрегационная полосчатость .

(Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО "Профессионал", НПО "Мир и семья"; Санкт-Петербург, 2003 г.)

Синонимы :

Смотреть что такое "Полосчатость" в других словарях:

Сущ., кол во синонимов: 1 пестролепестность (5) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

полосчатость - Неоднородное распределение легирующих элементов или фаз, ориентированных в волокнах или плоскостях параллельных направлению обработки. Тематики металлургия в целом EN banding … Справочник технического переводчика

полосчатость - Чередование в горных породах сравнительно тонких параллельных слоев, различающихся составом, цветом, структурой, ориентировкой зерен. Syn.: слоистость; ленточность … Словарь по географии

Ж. отвлеч. сущ. по прил. полосчатый Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

Ferrite banding Ферритная полосчатость. Параллельные полосы свободного феррита, выстроенные в направлении обработки. Иногда называют ферритными полосками. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО Профессионал,… … Словарь металлургических терминов

Группа технологических процессов, в результате которых изменяется форма металлической заготовки без нарушения её сплошности за счёт относительного смещения отдельных её частей, т. е. путём пластической деформации (См. Деформация).… …

Грубосланцеватая регионально метаморфическая порода. Это название применяется американскими петрографами к любым кристаллически зернистым породам с гнейсовой текстурой вне зависимости от их состава. Гнейсовая текстура может быть определена как… … Энциклопедия Кольера

Сочетание ингредиентов и микрокомпонентов угля. Различают микро и макроструктуру. Макроструктура сочетание видимых простым глазом в вертикальном изломе разл. по величине, форме и вещественному Составу ингредиентов. По макроструктуре все угли… … Геологическая энциклопедия

- (от греч. chalkedon) минерал, скрытокристаллическая разновидность Кварца. Содержит примеси Fe3+, Al3+, до 1 1,5% воды и др. Под микроскопом обнаруживает тонковолокнистое, часто радиально волокнистое строение; волокна микрокристаллов… … Большая советская энциклопедия

Ориентировка склонов по отношению к странам света и к соответственно направленным в пространстве процессам, прежде всего господствующим ветрам. Склоны, открытые ветру, называются наветренными, находящиеся в ветровой тени подветренными.… … Большая советская энциклопедия

Книги

• Структурная геология , А. К. Корсаков. В учебнике рассмотрены основные формы залегания осадочных, интрузивных, вулканических и метаморфических пород. Дана морфологическая характеристика образованныхими тел и элементы их…

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.

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.

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.

Признаком любого типа шиферного излома является в той или иной мере выраженная слоистость, наблюдаемая в изломе поперечных проб. Слоистый характер поверхности разрушения может быть обусловлен только одним фактором - существованием дискретной многократно повторяющейся неоднородности свойств по сечению испытуемого объекта (на поперечных образцах) . В свете указанного, сталь с шиферным строением в изломе в первом приближении может быть уподоблена конгломерату, составленному из большого количества вытянутых в направлении течения металла при горячей обработке давлением и сваренных друг с другом микрообъемов (микрослоев) металла, не имеющих, однако, строго эквивалентных механических свойств, по крайней мере, с соседними объемами (слоями) металла. Трещина разрыва такого металла при разрушении его поперечных проб не располагается в одной плоскости, а проходит избирательно по участкам с наименьшей пластичностью, в результате чего поверхность разрушения приобретает ступенчатый характер, который и создает слоистое строение излома. То, что избирательный характер продвижения трещины разрыва связан в первую очередь с неодинаковой пластичностью, а не прочностью отдельных слоев шиферного металла, видно из того, что шиферное строение излома (за исключением очень грубого) не вскрывается при наличии у стали кристаллического излома, при котором сталь находится в малопластичном или полухрупком состоянии, и, следовательно, все объемы (слои) металла не способны пластически деформироваться в данных условиях разрушения.

Таким образом, в свете указанных представлений о механизме разрушения стали с шиферным строением в изломе объяснение его природы сводится к установлению факторов, обусловливающих дискретную многократно повторяющуюся неоднородность пластических свойств по сечению поперечных проб. В одной из первых в отечественной литературе работ, посвященных шиферному (слоистому) излому (в работе А. Н. Фарфурина, мы находим:

«Слоистость в изломе вообще есть следствие раскатки стали, обладающей достаточно развитой первичной кристаллизацией, т. е. - дендритов, которые разрастаются при остывании болванки до некоторой определенной величины и известным образом ориентируются в болванке. Так как всякая сталь состоит из дендритов той или другой величины, то, следовательно, всякая сталь носит в себе зародыши слоистости. Более резкая слоистость, встречающаяся в нижних частях листов, часто бывает обязана, кроме указанных причин, раскатке мелких пузырей, наблюдающихся в нижних сечениях болванки».

«Если дендриты при остывании болванки не получают доста

точного развития, явление слоистости может не обнаружиться, и мы получим ровный и чистый излом».

«Большое значение для проявления резкой слоистости излома, повидимому, имеет расщепление крупных дендритов по их границам при изломе». «Пузыри, раковины и т. п., если они присутствуют, только еще сильнее оттеняют это явление слоистости, а выделение вредных примесей по границам дендритов облегчает расщепление материала при изломе проб на этих границах».

Из изложенного видно, что, по А. Н. Фарфурину, неоднородность свойств, обусловливающая шиферное строение излома, является результатом прежде всего «раскатки» резко выраженной первичной дендритной структуры стали, а так же «пузыристости» стали.

В работе Г. Л. Сахарова и В. О. Баринова мы находим: «Шиферный излом, характеризующийся древовидным или слоистым строением, наблюдается на участках, изобилующих шлаковыми включениями». Эти участки «обладают пониженными механическими свойствами по сравнению со здоровой массой металла и представляют те места, на которых обнаруживаются ступеньки или уступы, характерные для шиферного излома». Другими словами, неоднородность свойств шиферной стали, по Г. Л. Сахарову и В. О. Баринову, обусловлена исключительно неметаллическими включениями. По А. Н. Минкевичу, «шиферный излом связан с так называемой полосчатой структурой». В стали, по мнению А. Н. Минкевича, могут наблюдаться три типа полосчатой или слоистой структуры:

1. Первичная полосчатость, обусловленная дендритной неоднородностью, остатками осевой рыхлости, пузырями и неметаллическими включениями: «Эти неоднородные места при ковке, штамповке и прокатке вытягиваются, получая форму соответственно деформации слитка, в виде вытянутых слоев, полосок или волокон взаимно неодинакового состава».

2. Вторичная полосчатая структура, заключающаяся в полосчатом расположении феррита и перлита. Хотя указанная структура связана со вторичной кристаллизацией, «но своим образованием обязана в процессе этой кристаллизации зародышевому действию шлаков, сернистого марганца и местам, обогащенным фосфором и окислами в твердом растворе». А. Н. Мин-кевич в данном случае имеет в виду, что частицы, играющие роль центров вторичной кристаллизации, вытянуты в направлении течения металла при обработке давлением.

3. Полосчатая структура холодной обработки, обусловленная деформацией структурных составляющих стали при ее обработке давлением ниже температуры рекристаллизации.

Таким образом, если исключить случай возникновения слоистого строения в изломе под влиянием холодной обработки давлением, поскольку это слоистое строение легко устранимо методами вторичной перекристаллизации и, следовательно, не представляет того истинного шиферного излома, который наблюдается в практике производства легированной горячеобработанной давлением конструкционной стали, то, по А. Н. Минкевичу, происхождение шиферного строения в изломе обусловлено структурной неоднородностью стали, связанной с дендритной ликвацией, пузырями, неметаллическими включениями, остатками осевой рыхлости, а также в ряде случаев вызвано образованием вторичной полосчатости.

По И. С. Гаеву, в частных случаях шиферный излом может быть вызван:

а) вытянутыми шлаками и сульфидами;

б) вытянутыми объемами ликвационного характера (участками газовой ликвации, междендритными ликвационными участками, обогащенными фосфором, хромом, никелем и другими элементами);

в) вытянутыми участками структурных составляющих вторичной кристаллизации.

Другими словами, точка зрения И. С. Гаева в значительной мере совпадает с предложенной А. Н. Минкевичем.

Аналогичное объяснение природы шиферного излома можно, найти в работах и других, в частности зарубежных, авторов, связывающих неоднородность свойств шиферной стали с одной или несколькими уже перечисленными выше причинами.

Таким образом, в настоящее время можно считать общепризнанным, что повторяющаяся неоднородность свойств шиферной стали обусловлена односторонней вытяжкой при горячей обработке давлением химически и физически разнородных составляющих (микрообъемов) стали. Что же касается природы этих составляющих, то, как видно из изложенного выше, по этому вопросу мнения исследователей несколько расходятся: одни из них считают, что составляющими являются только шлаковые включения или только объемы ликвационного характера, другие полагают, что шиферный излом может быть обусловлен действием нескольких структурных факторов. Нам кажется, что последняя точка зрения более достоверна. Мы полагаем, что шиферность никогда не может быть обусловлена действием только одного структурного фактора, поскольку в создании неоднородности свойств деформированной стали всегда принимает участие несколько структурных факторов.

Действительно, в стальном слитке всегда имеется в той или иной мере выраженная дендритная неоднородность, загрязненность неметаллическими включениями, межкристаллитная пористость и другие дефекты его строения, которые в случае сильного развития одного или нескольких из этих дефектов создают столь значительную неоднородность свойств деформированной стали, что обусловливают шиферное строение ее излома.

Соответственно можно говорить о превалирующей роли тех или иных отдельных структурных факторов и о незначительном, однако всегда усиливающем, действии других факторов, но нельзя чисто метафизически связывать появление шиферного излома только с одним каким-либо частным структурным фактором, исключая при этом совершенно роль других. В свете указанных представлений следует считать, что шиферный излом обусловлен совместным влиянием нескольких структурных факторов, из которых в частных случаях решающая роль может принадлежать:

1. Неметаллическим включениям - в основном шлакам, сульфидам и окислам.

2. Вытянутым объемам ликвационного характера, связанным с дендритной ликвацией стали.

3. Вытянутым мелким (скорее микроскопическим, чем макроскопическим) газовым пузырям, с участками газовой ликвации.

4. Вторичной полосчатости, связанной с вытянутыми неметаллическими включениями и участками микро-ликвационного характера.

Соотношение значений указанных структурных факторов определяет в каждом частном случае степень пораженности стали шиферностью, а также специфические особенности строения ее излома. Так, светлые жилки в изломе шиферной стали обычно являются результатом наличия вытянутых ликвационных объемов, обогащенных неметаллическими включениями и, наоборот, обедненных углеродом. Присутствие на фоне шиферного излома значительного количества мелких расслоев в большинстве случаев обусловлено микропористостью. Древовидный излом, т. е. древовидная шиферность, по И. С. Гаеву, связана с наличием тонких вытянутых цепочек из мелких шлаковых и оксидных включений.