CC BY
16
УДК 669.14.018.243
I. О. ВАКУЛЕНКО, М. М. ГРИЩЕНКО (ДПТ), В. Г. РАЗДОБРССВ (1ЧМ НАНУ)
ВИЗНАЧЕННЯ ОБ'еМНО1 ЧАСТКИ ЗМ1ЦНЕНОГО ШАРУ В ПРОКАТ З ВУГЛЕЦЕВО1 СТАЛ1
Розглянуто вплив об'емно! частки змiцненого шару та парамет^в магнино! фази на piBeHb мiцностних характеристик термозмiцненоrо прокату.
Рассмотрено влияние объемной доли упрочненного слоя и параметров магнитной фазы на уровень прочностных характеристик термоупрочненного проката.
The paper examines the influence of voluminous share and the parameters of magnetic phase on the level of strength characteristics of thermally strengthened rolled metal.
На металургшних тдприемствах при виготов-ленш прокату, призначеного для залiзничного транспорту, широке розповсюдження отримали термiчm та термомехашчш обробки, яю сприяють досягненню тдвищеного комплексу властивостей металу. Аналiз сучасних досягнень у технологи формування структури термозмiцненого прокату вказуе на значну структурну неоднорщшсть, яка виникае по перерiзу металу [1] . Слд вiдзначити, що в цiлому структура металу мае деюлька зон. Починаючи вщ поверхш, на яюй формуеться шар з мартенситоподiбною структурою, далi слiдуе перехвдна зона, яка являе собою сумш промiжних структур з рiзним ступенем вщпуску. Та нарештi, центральнi об'еми мають структуру гарячекатано-го металу. Зi зростанням ступеня змiцнення дов-жина окремих зон з рiзним сполученням структу-рних складових змшюеться, пропорцiйно гм змь нюються i властивостi сталi. Таким чином, наби-рають великого значення питання, яю дозволяють оцiнити довжину прошарюв металу з рiзним стру-ктурним станом, зокрема з мартенситоподiбною структурою, як головною в досягненш високих рiвней мiцнiсних властивостей металу тсля тер-момеханiчного змiцнення [1].
Мета роботи - це спроба оцiнити об'емну частку змщненого шару при термомехашчнш обробцi вуглецево! сталi, яка може бути корис-ною при виготовленш металевих виробiв для залiзничного транспорту.
Матерiалом для дослiджень був стрижневий прокат дiаметром 14 мм зi сталей з вмiстом ву-глецю до 0,22 %, виробництва металургшного комбiнату «Криворiжсталь». Температура кiнця прокатки була 1100 °С. Умови змщнення зм> нювались за рахунок включення необх1дно! ю-лькостi охолоджуючих пристроГв. Крiм цього, кiлькiсть пристроГв та Гх взаемна розташова-нiсть, на шляху просунення прокату, зумовлю-
вала довжину пауз мiж етапами охолодження. Мехашчш властивостi визначали з аналiзу криво! деформацii при розтяганш. Структурнi зм> ни в сталi вивчали за допомогою електронно-мшроскошчних дослiджень та методик юльюс-но! металографii [2].
Залежно вiд хiмiчного складу сталi, сортаменту та призначення потрiбне сполучення властивостей досягають за рахунок рiзних схем термiчного змiцнення [1].
При виготовленнi значно! кiлькостi видiв прокату, технологiчною документащею зумов-люються межi коливання вмюту вуглецю та легуючих елементiв, що разом з вщхиленнями умов термозмщнення призводять до коливання абсолютних значень властивостей прокату вщ середнього рiвня. На пiдставi цього швидке ре-агування та уточнення умов змщнення будуть сприяти шдвищенню рiвномiрностi властивостей по парти металу та дадуть змогу диферен-цiювати його по рiвнях мiцностi. Так, прокат з дослщжуваних сталей пiсля охолодження до температури 750... 780 °С мае мщностш влас-тивостi на рiвнi 420.450 Н/мм2. Як показали мшроструктурш дослiдження зазначений р> вень мщносп зумовлено бiльшою мiрою здрiб-нюванням феритного зерна. Подальше знижен-ня температури кiнця охолодження, вiд 750.780° до 650.600 °С, супроводжуеться зростанням мщностних властивостей. Як свщ-чать структурш дослiдження, ферито-перлiтна сумiш, подiбна гарячекатаному стану з розм> ром зерна фериту 8-9 батв, змшюеться на бiльш складну структуру. У цьому разi шари металу на поверхш являють собою вщпущеш при рiзних температурах структури, яю сформованi за механiзмом зсуву, а внутршш об'еми - це су-мiш фериту з глобулами цементиту рiзного рiв-ня дисперсностi (рис. 1).
Рис. 1. Структура сталi з 0,22 % С тсля прискореного охолодження до температури 600 °С:
а, в - поверхневi шари; б, г - серединнi. (Збшьшення 800 (а, б); 24000 (в, г))
Разом зi структурними дослщженнями було проведено вимiрювання мiкротвердостi вщ по-верхнi термозмiцненного прокату. На пiдставi аналiзу експериментальних даних було встано-влено, що починаючи вщ поверхневих прошар-кiв металу, мшротвердють (И^) по експоненщ-
альнiй залежностi знижуеться (рис. 2). Пюля досягнення деяко! глибини просунення, вим> рювання И^ показали незмшнють значень. На
пiдставi цього, вщстань вiд поверхнi у глибину металу до моменту, коли значення мшротвер-достi стають незмiнними, являе собою товщину шару термозмiцненного прокату. Зростання рiвня змiцнення викликае не тшьки збiльшення И^ на поверхш, а й змiнювання вигляду само!
залежносп И^ : вона стае бшьш пологою (рис. 2).
Отже, вимiрювання мiкротвердостi дозволяе оцiнити довжину термозмщненного шару металу та його об'емну частку (/). Разом з цим, з урахуванням умов роботи прокатного стану та технологи термiчного змщнення, наведений метод не дае змогу вимiрювати /.
Одним iз альтернативних методiв, який дозволить дуже швидко у промислових умовах знайти значення об'емно! частки металу, що пе-ретворюеться при охолодженнi iз аустенiту та
стае феромагнетиком, е електромагштнометрич-ний [3]. Застосування цього методу дае змогу ощнювати кшетику перетворень аустешту при р1зних умовах та схемах прискореного охолодження прокату [3; 4]. Перев1рка мож-ливост тако! роботи була проведена в умовах стану ДС 250-1. Оснащення його спещально розробленим обладнанням для вим1рювання еле-ктромагштних властивостей стал [4], дало змогу ощнити об'емну частку термозм1цненного шару та зв'язати його значення з р1внем мщностних властивостей прокату. При незмшнш схем1 прискореного охолодження, зростання концентрацп атом1в вуглецю в стал1 супроводжуеться шдви-щенням м1цносп, пропорщйно !м зростае об'емна частка металу з феромагттними властивостями (/) (рис. 3). Для анал1зу можливосп прогнозу-
вання м1цносп стал (св) вщ / розглянемо за-
лежшсть щшьносп зв'язку м1ж зазначеними характеристиками.
На шдстав1 наведених залежностей встанов-лено, що зростання концентрацп атом1в вуглецю в стал1 супроводжуеться зниженням швид-
кост1 змши с„ в1д
d с„
в
г
с„ = с„
Рис. 2. Мжротвердють фериту в стал1 залежно в1д ввдсташ в1д поверхш прокату
( св
1
С
(1)
( св
/и.
(2)
Рис. 3. Вплив вм1сту вуглецю:
а - 0,173; б - 0,19; в - 0,20; г - 0,21; д - 0,22 % С на залежтсть св вщ /
Для термозмiцненого стану (рис. 4, а), мож-на записати:
де С - концентращя атомiв вуглецю в сталi.
У першому наближенш р1вень мщшсних властивостей, який досягае в прокат! тсля його прискореного охолодження, може бути оцшений за р1внянням:
де св - деяке значення мщносп сталi, коли /ц = 0.
Враховуючи пропорцшне зростання мщност-них властивостей сташ вiд концентрацii атомiв
вуглецю [1], величина с^ повинна теж залежати вiд вмiсту вуглецю. Дшсно, знаходження величин с^ , яке здшснили за екстраполяцii залежно-стей, до перетину з вюсю ординат (рис. 3), коли /^ дорiвнювало нульового значення тдтвер-
дило це допущення. Знайденi значення с^ показали прямопропорцiйну залежнiсть вщ кон-центрацii вуглецю в стат (рис. 4, б).
Пiдставляючи експериментальш значення
. (Св 0 .
/ , з урахуванням залежностi - та св вiд
/
вмiсту вуглецю в стат, в спiввiдношеннi (2), були розраховаш величини мiцностi (позначе-
мо Гх як с ). Порiвняльний аналiз абсолютних
значень св i с показав достатньо хороший
збт Квадратичне вiдхилення вiд середнього значення не перевищувало 12 %.
На пiдставi отриманих результатiв стае мо-жливим застосування електромагнiтного методу для оцшки об'емно! частки термозмщненно-го прокату та може бути корисним при розроб-цi швидкiсного контролю i технологiчних па-раметрiв виробництва металу, призначеного для залiзничного транспорту.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Большаков В. И. Термическая обработка строительной стали повышенной прочности / В. И. Большаков, К. Ф. Стародубов, М. А. Тылкин. -М.: Металлургия, 1977, - 200 с.
2. Салтыков С. А. Стереометрическая металлография. - М.: ГНТИЧЦМ, 1958 - 446 с.
3. Узлов И. Г. Исследование процесса прерванной закалки проката / И. Г. Узлов, Р. В. Гвоздев, В. В. Парусов и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1982, - № 2. -С. 26-28.
4. Чигринский В. А. // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. науч. тр. / ИЧМ НАНУ. - К.: Наук. думка, 1998. -Вып. 2. - С. 400-405.
Надшшла до редколегп 30.11.2004.
