О механизме упрочнения малоуглеродистой стали при механо-термической обработке в потоке прокатных станов

При такой технологии в микроструктуре, оцениваемой методами оптический металлографии, имеются заметные различия. Вместе с тем в тонкой структуре проката, упрочненного различными методами, наблюдается много общего. Из структур, формирующихся по нормальной рекристаллизационной кинетике, наблюдаются пластинчатый тонкий перлит, перлите прерывистыми цементитными пластинами, квазиэвтектоид, дисперсные частицы в теле и по границам полигональных зерен, цементитные сплошные выделения по границам и структуры промежуточного типа: игольчатый феррит, верхний бейнит и даже пакетный мартенсит и некоторые другие.

Некоторая неопределенность возникает при оценке вклада дисперсных структур (перлитообразных, формирующихся по рекристаллизационным механизмам, например структуры квазиэвтектоида, а также зерен полигонального феррита с дисперсными цементитными частицами). Если весь цементит содержится в структуре стали в виде дисперсных частиц экспериментально наблюдаемого размера, то возможен прирост прочности благодаря этому фактору на 200-300 Н/мм². Реально объем металла с такой морфологией не превышает 10-20%. Следовательно, вклад этой структурной составляющей в предел текучести (по правилу смеси) составляет до 60 Н/мм².

Таким образом, упрочнение в потоке станов позволяет одновременно повышать как прочность, так и хладостойкость проката, поскольку прирост упрочнения, в первую очередь, идет благодаря измельчению зерна. Следует подчеркнуть, что прочность проката повышается благодаря различным структурным факторам. Это позволяет объяснить, почему листы 4... 10 мм и 20...30 мм имеют близкие свойства при значительно различающихся структурах.

Таким образом, применение контролируемой прокатки для упрочнения рядовых сталей безусловно эффективно, но по ряду важных технико-экономических показателей уступает обычной прокатке в потоке станов с применением охлаждения с высокой скоростью турбулентными потоками воды, как в последнем случае не требуется использования станов с жесткими клетями; при более высокой производительности достигаются более высокие механические свойства и т. п.

В заключение отметим особенности современных процессов упрочнения массовых строительных сталей в металлургической промышленности в потоке прокатных станов.

Все освоенные процессы отличаются от классической схемы термического улучшения отсутствием печного нагрева для аустенитизации и эффективным использованием тепла, запасенного при нагреве под прокатку. Для обобщающего понятия, объединяющего все эти процессы, по нашему мнению, наиболее подходит термин деформационно-термическое упрочнение (ДТУ), появившийся в литературе около десяти лет назад.

Обсуждаемые процессы можно, в свою очередь, разделить на две большие группы. Первая — процессы, в которых упрочнение осуществляется при ускоренном охлаждении или при охлаждении со скоростями, близкими к закалочным, когда в структуре получаемого проката перед γ —> α-превращением полностью проходят процессы статической рекристаллизации аустенита. Такие процессы можно назвать термическим упрочнением с прокатного нагрева. Вторая — это схемы упрочнения с использованием эффектов ТМО. Из них применительно к сталям массового назначения освоены процессы деформационно-термического упрочнения с ускоренным охлаждением. При этом деформация нерекристаллизованного аустенита с обжатиями в чистовых клетях на ~50 % и выше может осуществляться и заканчиваться при температурах как несколько превышающих АТу (высокотемпературная контролируемая прокатка), так и несколько ниже АГз (контролируемая прокатка в межфазной области). Здесь- режимы обработки диктуются стремлением получить в аустените при γ —α а-превращении структуру динамической полигонизации.

Рассмотренные процессы не следует смешивать с высокотемпературной термомеханической обработкой (ВТМО). Особенности ВТМО с достаточной полнотой сформулированы в монографии. Согласно работе эффект ВТМО состоит в получении при закалке мартенситной структуры, при этом свойства (прочностные характеристики и сопротивление интеркристаллитному разрушению) повышаются при прямом наследовании этой структурой эффектов, имеющих место в деформированном аустените. Оптимальная структура деформированного аустенита образуется после динамического возврата и при деформациях 20-30%.

В работе приведены сведения об использовании ВТМО при прокатке сталей бейнитного класса для строительных конструкций. Установлено, что реализация такого процесса в условиях металлургической промышленности не эффективна.

В работе разъяснялось понятие ТМО с точки зрения влияния на механические свойства: отмечено, что при полной реализации эффекта ТМО, по сравнению с закалкой после печного нагрева, одновременно увеличиваются характеристики прочности и хладостойкости, при неполной реализации эффекта ТМО прочностные свойства повышаются, а хладостой кость снижается. В ряде случаев эти свойства остаются одинаковыми после обеих схем упрочнения. В этом случае упрочнение по схеме ТМО имеет только экономические преимущества, что также немаловажно.