15 апреля 2017г.
Активное формирование необходимой оптимальной структуры и свойств материалов в твердом состоянии является актуальной задачей в различных областях металлургии и машиностроения. Одним из методов, обеспечивающих решение таких задач, служит совместное воздействие температуры или ее изменения с пластической деформацией различного вида [1-3,6-11]. Большинство разработанных режимов деформационной термоциклической обработки (ДТЦО) направлено на улучшение механических свойств металлов и сплавов. В меньшей мере внимание уделяется физическим свойства материалов. Однако в этом направлении можно выделить ряд работ, в том числе тепловым, магнитным и электрическим. [4,5,8,10]. Кроме того, дополнительным резервом улучшения структуры и свойств материалов может служить последующая термическая обработка [1,4,5]. Поэтому целью работы являлось определение воздействия циклической прокатки и последующего отжига на структуру и удельное сопротивление горячекатаной стали Ст3пс.
Для исследования была взята низкоуглеродистая сталь Ст3пс, выплавленная в ОАО «»НКМК» (г. Новокузнецк). Химический состав опытной стали, в % (вес.): C – 0,19; Si – 0,07; Mn – 0,54; P – 0,013; S – 0,028; Cr – 0,3; Ni – 0,03; Fe – ост. Термоциклической прокатке подвергали сляб размером 165×500×1800 мм на стане 500. Один цикл прокатки включал нагрев до 1300°С, выдержка 2-2,5 ч, обжатие (степень деформации 10-15) % и охлаждение на воздухе до температуры ниже Аr1. Было проведено 5 циклов обработки. Изменение толщины заготовки по циклам 165→140→120→110→100→90 мм и далее до толщины листа 5 мм по промышленной технологии ОАО «НКМК». Из листа были вырезаны образцы размером 5×20×100 мм и термоциклически
прокатаны до толщины 4, 3, 2 и 1 мм за 1-5 циклов при 750 °С. Предварительно образцы выдерживали при 850 °С в течение 30 минут. Степень обжатия в циклах для разных толщин составляла 20, 25, 30, и 50 % соответственно. Подробнее технология ДТЦО изложена в работе [5]. Отжиг листовых образцов проводили в печах сопротивления СНОЛ 2.2, 5.2/12,5-И1. Микроструктуру изучали на микроскопе ЛабоМет-И1. Для измерения электрического сопротивления применяли двойной мост Томсона (М88) Погрешность метода определения удельного сопротивления составляла 0,05·10-8 Ом·м.
Микроструктура горячекатаного листа из стали Ст3пс, изготовленного по промышленной режиму и с использованием циклической прокатки, состоит из равномерно распределенных, зерен феррита и колоний перлита. Отличие заключается в том, что несколько уменьшается средний размер зерна феррита от 8 до 6 мкм и перлитных колоний. Кроме того в структуре стали после циклической прокатки снижается объемная доля перлита. Определение удельного электрического сопротивления образцов из листовой стали показало, что после использования циклической прокатки его величина составляет 16,8∙10-8 Ом∙м, что на 3-5 % ниже, чем у листовой стали промышленного производства (~17,4∙10-8 Ом∙м). Влияние циклов деформации на удельное электрическое сопротивление стали, изготовленной с ДТЦО, при дальнейшей термоциклической прокатке от 5 до 1 мм показано на рисунке 1.
Рисунок 1 – Диаграмма зависимости удельного электрического сопротивления от количества циклов деформации листовой стали Ст3пс
Можно констатировать, что увеличение количества циклов деформации повышает удельное сопротивление прокатанного листа, что, по-видимому, связано с увеличением протяженности границ зерен, являющихся дефектами кристаллического строения, в структуре деформированной стали и неполном снятии наклепа в тонких листах. Так, средние размеры зерен феррита и перлитных колоний уменьшились после 4- го цикла прокатки до 2-3 мкм. Причем, увеличение степени деформации в цикле приводит к более интенсивному росту удельного электрического сопротивления образцов, вырезанных из проката.
Резервом снижения удельного электрического сопротивления горячекатаной стали может являться последующая термическая обработка, позволяющая получить более равновесную структуру с меньшим количеством дефектов кристаллического строения и уровнем напряжений по сравнению с деформированным состоянием стали. В качестве термической обработки, приводящий к равновесному состоянию деформированный металл, обычно, используют отжиг. Поэтому в работе для горячекатаной стали Ст3пс был выбран отжиг, который проводили интервале температур от 400 до 900 °С с шагом 100 °С в течение 1 ч. Результаты определения удельного электрического сопротивления образцов из горячекатаной листовой стали Ст3пс в отожженном состоянии приведены на рисунке 2.
Анализ кривых для горячекатаной стали промышленного изготовления и с использованием циклической прокатки показал, что общая тенденция изменения удельного сопротивления в том и другом случае аналогична. Только уровень абсолютных значений в случае использования предварительной термоциклической прокатки ниже в среднем на 3÷4 %. Установлено монотонное снижение величины удельного электрического сопротивления стали с повышением температуры отжига до 700°С для обоих режимов деформации. Минимальное значение для горячекатаной стали, изготовленной с использованием циклической прокатки, после отжига более чем на 3 % ниже, чем у образцов без термической обработки. Абсолютная величина удельного сопротивления для отожженной стали в этом случае составляет 16,2∙10-8 Ом∙м. Увеличение удельного электросопротивления стали с повышением температуры отжига до 900°С, может быть, связано с коагуляцией при этих температурах цементита, находящегося в перлитной составляющей после ДТЦО в дисперсном виде.
Рисунок 2 – Влияние
температуры
отжига на удельное электрическое
сопротивление
горячекатаной стали Ст3пс, изготовленной по промышленному режиму и с применением циклической прокатки
Таким образом общий уровень снижения удельного электрического сопротивления горячекатаной стали Ст3пс за счет использования режима ДТЦО (циклическая прокатка) и последующего отжига при 700°С в течение 1 ч составляет в среднем 6-8 %. по сравнению с промышленной технологией. Применение в циклах высоких степеней обжатия (20-50 %) для получения тонкого листа (1-3 мм) ведет к увеличению удельного электрического сопротивления пропорционально количеству циклов и степени деформации.
Список литературы
1.
Prudnikov A.N. Hardening low carbon steel 10 by using of thermalcyclic deformation and subseauent heat treatment// A.N. Prudnikov, V.A. Prudnikov // Materials
science. Noneguilibrium pahse transformations. – 2016. – №4. – pp. 10-13.
2.
Prudnikov A.N. Deformable heatproof tanseutectic sillumin for pistons // A.N. Prudnikov // Steel in Translation. – T. 39. – № 6. – С. 456-459.
3.
Prudnikov A.N. Production, structure and properties of engine pistons made from transeutectic deformable silumin// A.N. Prudnikov // Steel in Translation. – 2009.– T. 39. – № 5. – С. 391-393. 4.
Прудников А.Н. Влияние термоциклической ковки и последующего отжига на коэрцитивную силу и линейное расширение
стали 10 /.А.Н. Прудников, В.А. Прудников // Актуальные проблемы в машиностроении: – 2016.– № 3.– С. 451-456.
5.
Прудников А.Н. Влияние термической обработки на электрические свойства низкоуглеродистой стали, изготовленной с использованием ДТЦО / А.Н. Прудников, В.А. Прудников // Инновации в машиностроении: Сб. материалов VII Межд. науч.-практ. конф.– Кемерово: КГТУ, 2015.– С. 377- 380.
6.
Прудников А.Н. Комплексное воздействие отжигов и термоциклической ковки на структуру и свойства заэвтектических силуминов
// Деформация и разрушение материалов.– 2014.– № 2.–С. 14 - 20.
7. Прудников А.Н. Оценка структуры, свойств и загрязненности неметаллическими включениями деформационно-термоциклически обработанной стали 10 / А.Н. Прудников, В.А. Прудников и др. / Металлургия: технология, инновации, качество: Сб. материалов ХIХ Межд. науч.-практ. конф – Новокузнецк, СибГИУ, 2015. – С. 35 - 39.
8.
Прудников А.Н. Поршневые деформируемые заэвтектические силумины // Технология металлов.– 2014.– № 2.– С. 8 - 11.
9. Прудников А.Н. Структурно-технологические основы разработки прецизионных силуминов с регламентированным содержанием водорода / Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.16.09 / НГТУ, Новосибирск, 2013. – 40 с.
10.
Прудников А.Н. Технология производства, структура и свойства поршней двигателей из заэвтектического деформируемого силумина // Изв. ВУЗов. Черная металлургия.– 2009.– № 5.– С. 45-48.
11. Татаурова Э.В.Влияние термоциклической обработки на структуру и свойства углеродистых сталей // Металлы. – 2002. – № 1. –С. 82-87.
