blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2021-9-669-678blackmet-2172Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESОсобенности формирования структуры и механических свойств в прокате различной толщины из низкоуглеродистой микролегированной стали в условиях литейно-прокатного комплексаFeatures of the formation of structure and mechanical properties in rolled products of various thicknesses from low-carbon microalloyed steel produced by casting and rolling complexНауменкоВ. В.NaumenkoV. V.

Виталий Владимирович Науменко, к.т.н., начальник отдела по исследованиям и разработкам Центра исследовательских лабораторий

607060, Нижегородская обл., Выкса, ул. Бр. Баташевых, 45

607036, Нижегородская область, Выкса, р. п. Шиморское, ул. Калинина, д. 206

 

Vitalii V. Naumenko, Cand. Sci. (Eng.), Head of Division of Research and Development of the Center of Research Laboratories

45 Br. Batashevykh Str., Vyksa, Nizhny Novgorod Region 607060

206 Kalinina Str., Shimorskoe, Vyksa District, Nizhny Novgorod Region 607060

naumenko_vv@vsw.ruСметанинК. С.SmetaninK. S.

Кирилл Сергеевич Сметанин, главный специалист по электронной микроскопии и рентгенографии лаборатории металловедения

607060, Нижегородская обл., Выкса, ул. Бр. Баташевых, 45

Kirill S. Smetanin, Chief Specialist on Electron Microscopy and Radiography of the Laboratory of Metal Science

45 Br. Batashevykh Str., Vyksa, Nizhny Novgorod Region 607060

smetanin_ks@vsw.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8926-0110МунтинА. В.MuntinА. V.

Александр Вадимович Мунтин, к.т.н., доцент кафедры «Оборудование и технологии прокатки»

105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5/1

Aleksandr V. Muntin, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Rolling Equipment and Technologies”

5/1 Baumanskaya 2-ya Str., Moscow 105005

muntin_av@omk.ruБарановаО. А.BaranovaO. А.

Ольга Александровна Баранова, инженер-исследователь лаборатории металловедения

607060, Нижегородская обл., Выкса, ул. Бр. Баташевых, 45

Ol’ga A. Baranova, Research Engineer of the Laboratory of Metallography

45 Br. Batashevykh Str., Vyksa, Nizhny Novgorod Region 607060

baranova_oa@vsw.ruКовтуновС. В.KovtunovS. V.

Станислав Владимирович Ковтунов, специалист отдела по исследованиям и разработкам

607060, Нижегородская обл., Выкса, ул. Бр. Баташевых, 45

Stanislav V. Kovtunov, Specialist of the Research and Development Department

45 Br. Batashevykh Str., Vyksa, Nizhny Novgorod Region 607060

kovtunov_sv@omk.ruОАО «Выксунский металлургический завод»; Выксунский филиал НИТУ «МИСиС»РоссияJSC “Vyksa Metallurgical Plant”; Vyksa Branch of the National University of Science and Technology “MISIS”Russian FederationОАО «Выксунский металлургический завод»РоссияJSC “Vyksa Metallurgical Plant”Russian FederationМосковский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаРоссияBauman Moscow State Technical University (Bauman MSTU)Russian Federation202107102021649669678Copyright © Науменко В.В., Сметанин К.С., Мунтин А.В., Баранова О.А., Ковтунов С.В., 20212021Науменко В.В., Сметанин К.С., Мунтин А.В., Баранова О.А., Ковтунов С.В.Naumenko V.V., Smetanin K.S., Muntin А.V., Baranova O.А., Kovtunov S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2172

Представлены результаты исследования влияния параметров микроструктуры на величину ударной вязкости в интервале температур испытаний от 0 до ‒80 °С с шагом 20 °С образцов Шарпи с острым концентратором напряжений и образцов Менаже с круглым концентратором напряжений от рулонного проката различной толщины. Прокат произведен в условиях литейно-прокатного комплекса АО «Выксунский металлургический завод» из низкоуглеродистой микролегированной стали. Работа выполнена с применением оптической и сканирующей электронной микроскопии. Показано, что при едином химическом составе стали и режимах термомеханической обработки металл меньшей толщины (6, 8  мм) характеризуется более высокими прочностными свойствами (в среднем на 10  МПа по  временному сопротивлению и на 30 МПа по пределу текучести) и запасом по вязким свойствам при отрицательных температурах при близких значениях номера зерна и среднего размера зерна по ГОСТ 5639, соответствующему 10 ‒ 11 номерам. Показано, что из исследованного проката наименьшим уровнем хладостойкости обладает металл толщиной 12 мм, температура вязко-хрупкого перехода которого составляет ‒50  °С. Установлено, что в структуре проката различных толщин наблюдается разброс по размеру зерен. В прокате меньших толщин присутствуют более мелкие зерна, соответствующие 14 номеру, в прокате больших толщин наоборот, более крупные зерна, соответствующие 8 номеру. Путем проведения электронно-микроскопического исследования методом обратно рассеянных электронов установлено, что в прокате толщиной 6, 8 мм наблюдается большее количество большеугловых границ, которые являются барьерами для распространения хрупких трещин. Построенные ориентационные карты микроструктуры показали наличие явно выраженной текстуры деформации, соответствующей ориентировкам <110>||НП и  (<113>…<112>)||НП для проката толщиной 6 мм.

The article considers results of the study of microstructure parameters effect on the impact strength in temperature range from 0 to –80  °C in 20  °C increments of Charpy samples with a sharp stress concentrator and Mesnager test pieces with a circular stress concentrator from rolled coils of low-carbon microalloyed steel with various thicknesses. The used roll products were produced in conditions of JSC “Vyksa Metallurgical Plant”. The tests were performed using optical and scanning electron microscopy. It is shown that with the same chemical composition and thermomechanical treatment modes, the metal of smaller thickness (6, 8 mm) is characterized by higher strength properties (on average, by 10 MPa for temporary resistance, by 30 MPa for yield strength) and a margin for viscous properties at negative temperatures at close values of grain score and average grain size corresponding to 10 – 11 numbers according to the State standard GOST 5639. The metal with a thickness of 12 mm has the lowest level of cold resistance, and the temperature of brittle transition is minus 50 °C. Structure of rolled products of various thicknesses has a variation in grain size. Rolled metal of smaller thicknesses have a smaller grains corresponding to number 14, rolled metal of larger thicknesses has a larger grains corresponding to number 8. By conducting electron microscopic studies using the backscattered electron method, it was found that a greater number of large-angle boundaries, which are barriers for brittle cracks propagation, are observed in the 6, 8 mm thick rolled products. The constructed orientation maps of the microstructure showed the presence of pronounced deformation texture corresponding to the orientations <110>||RD (rolling direction) and (<113>...<112>)||RD for rolled products with a thickness of 6 mm.

конструкционная стальлитейно-прокатный комплексмикроструктурамеханические свойстваударная вязкостьдифрак ция обратно рассеянных электроновкристаллографическая ориентировкамалоугловые и большеугловые границыstructural steelcasting and rolling complexmicrostructuremechanical propertiesimpact strengthelectron backscattered diffractioncrystallographic orientationsmall-angle and large-angle boundariesReferencesЭфрон Л.И. Металловедение в «большой» металлургии. Трубные стали. М.: Металлургиздат, 2012. 696 с.Efron L.I. Metal Science in the “Big” Metallurgy. Pipe Steels. Mos cow: Metallurgizdat, 2012, 696 p. (In Russ.).Кислица В.В., Ламухин А.М., Исаев О.Б. и др. Литейно-про катный комплекс – новые технологии в производстве рулонного проката трубного назначения // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2013. № 4. С. 50‒56.Kislitsa V.V., Lamukhin A.M., Isaev O.B., etc. Foundry and rolling complex – new technologies in the production of rolled products for pipe purposes. Chernaya metallurgiya. Bulletin of Scientific, Techni cal and Economic Information. 2013, no. 4, рр. 50–56. (In Russ.).Науменко В.В., Багмет О.А., Матросов М.Ю., Мунтин А.В., Кичкина А.А., Дьяконов Д.Л. Влияние системы микролегиро вания на структуру рулонного проката, произведенного в условиях ЛПК // Сталь. 2020. № 7. С. 58‒64.Naumenko V.V., Bagmet O.A., Matrosov M.Yu., Muntin A.V., Kich kina A.A., D’yakonov D.L. The influence of a microalloying sys tem on the structure of a coiled strip produced under conditions of endless strip production. Steel in Translation. 2020, vol. 50, no. 7, pp.  501–508. https://doi.org/10.3103/S0967091220070104Науменко В.В., Багмет О.А., Мурсенков Е.С. Освоение про изводства в условиях литейно-прокатного комплекса проката трубного назначения из хладостойких и стойких к сероводород ному растрескиванию сталей системы микролегирования V-N // Металлург. 2019. № 2. С. 42‒52.Naumenko V.V., Bagmet O.A., Mursenkov E.S. Assimilation of production under casting and rolling conditions of pipe rolled pro duct from steels of the V–N microalloying system resistant to cold and hydrogen sulfide cracking. Metallurgist. 2019, vol. 63, no. 1-2, pp.  163–175. https://doi.org/10.1007/s11015-019-00806-xЛамухин А.М., Дубинин И.В. Пуск литейно-прокатного комплекса и освоение производства высокачественного проката для электросварных труб // Металлург. 2010. № 1. С. 38‒44.Lamukhin A.M., Dubinin I. V. Startup of a casting-rolling comp lex and mastery of the production of high-quality rolled products for electric-welded pipes. Metallurgist. 2020, vol. 54, no. 1-2, pp. 19–27. https://doi.org/10.1007/s11015-010-9268-3Червонный А.В., Рингинен Д.А., Частухин А.В., Эфрон Л.И., Мунтин А.В., Науменко В.В., Багмет О.А. Формирование структуры и свойств рулонного проката трубного назначения при производстве в условиях литейно-прокатного комплекса // Металлург. 2018. № 10. С. 40‒47.Chervonnyi A.V., Ringinen D. A., Chastukhin A.V., Éfron L.I., Mun tin  A.V., Naumenko V.V., Bagmet O.A. Structure and property forma tion for pipe coiled rolled product during manufacture under casting and rolling complex conditions. Metallurgist. 2019, vol.  62, no. 9-10, pp. 1012–1021. https://doi.org/10.1007/s11015-019-00748-4Schwinn V., Schuetz W., Fluess P., Bauer J. Prospects and state of the art of TMCP steel plates for structural and linepipe applications // Materials Science Forum. 2007. Vol. 539-543. Part 5. P. 4726‒4731. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.539-543.4726Schwinn V., Schuetz W., Fluess P., Bauer J. Prospects and state of the art of TMCP steel plates for structural and linepipe applications. Materials Science Forum. 2007, vol. 539-543, part 5, pp. 4726–4731. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.539-543.4726Hara T., Shinohara Y., Terada Y., Asahi H., Doi N. Metallurgical de sign and development of high deformable high strength line pipe suitable for strain-based design // Int. Offshore and Polar Engineer ing Conf. Osaka, Japan, June 21‒26, 2009. P. 73‒79.Hara T., Shinohara Y., Terada Y., Asahi H., Doi N. Metallurgical de sign and development of high deformable high strength line pipe suitable for strain-based design. Int. Offshore and Polar Engineer ing Conf. Osaka, Japan, June 21–26, 2009, pp. 73–79.DeArdo A.J. Fundamental metallurgy of niobium in steel. Develop ment and production of high strength pipeline steels // Proceedings of the Int. Symp. Niobium 2001. (Orlando, USA) / TMS. Niobium 2001 Lim. P. 427‒500.DeArdo A.J. Fundamental metallurgy of niobium in steel. Develop ment and production of high strength pipeline steels. Proceedings of the Int. Symposium Niobium 2001 (Orlando, USA) / TMS. Niobium 2001 Lim, pp. 427–500.DeArdo A.J. Producing high quality niobium-bearing steels using the CSP process at Nucor steel Berkeley // Proceedings of the 5th Int. Conf. HSLA Steels 2005 Sanya, Hainan, China, November 8‒10, 2005 / Iron & Steel Supplement 2005. Vol. 40. P. 23‒29.DeArdo A.J. Producing high quality niobium-bearing steels using the CSP process at Nucor steel Berkeley. Proceedings of the 5th Int. Conf. HSLA Steels 2005 Sanya, Hainan, China, November 8-10, 2005 / Iron & Steel Supplement. 2005, vol. 40, pp. 23–29.Hillenbrand H., Gras M., Kalwa C. Development and production of high strength pipeline steels // Proceedings of the Int. Symp. Niobi um 2001, Orlando, Florida, USA, December 2‒5, 2001. P. 543‒569.Hillenbrand H., Gras M., Kalwa C. Development and production of high strength pipeline steels. Proceedings of the Int. Symp. Niobium 2001, Orlando, Florida, USA, December 2-5, 2001, pp. 543–569.Schwinn V., Fluess P., Bauer J. Production and progress of plates for pipes strength level of X80 and above // Proceedings of the Pipe Dreamers Conf., Yokohama, Japan, 2002. P. 98‒114.Schwinn V., Fluess P., Bauer J. Production and progress of plates for pipes strength level of X80 and above. Proceedings of the Pipe Dreamers Conf., Yokohama, Japan, 2002, pp. 98–114.Windhager M., Kneissl A., Jeglitsch F. Evolution of microstructure during the thermomechanical processing of HSLA steels // Proceed ings of the Int. Symp. on Processing, Microstructure and properties of HSLA Steels, November 3‒5, 1987, Pittsburgh, Pennsylvania. P. 105‒116.Windhager M., Kneissl A., Jeglitsch F. Evolution of microstructure during the thermomechanical processing of HSLA steels. Proceed ings of the Int. Symp. on Processing, Microstructure and proper ties of HSLA Steels, November 3-5, 1987, Pittsburgh, Pennsylvania, pp.  105–116.Zhang X., Yang C., Shang C. New development of HSLA steels in China // HSLA Steels 2015, Microalloying 2015 & Offshore Engi neering Steels Conference Proceedings. 2015. P. 3‒15. https://doi.org/10.1002/9781119223399.ch1Zhang X., Yang C., Shang C. New development of HSLA steels in China. HSLA Steels 2015, Microalloying 2015 & Offshore Engi neering Steels Conference Proceedings. 2015, pp. 3–15. https://doi.org/10.1002/9781119223399.ch1Yang C. R&D application of V-N microalloyed steels in China // HSLA Steels 2015, Microalloying 2015 & Offshore Engineering Steels Conference Proceedings. 2015. P. 917‒930. https://doi.org/10.1002/9781119223399.ch115Yang C. R&D application of V-N microalloyed steels in China. HSLA Steels 2015, Microalloying 2015 & Offshore Engineering Steels Conference Proceedings. 2015, pp. 917–930. https://doi.org/10.1002/9781119223399.ch115Багмет О.А., Науменко В.В., Сметанин К.С. Исследование хладостойкости рулонного проката для труб, изготовленного в условиях литейно-прокатного комплекса. Часть 1 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2017. № 9 (747). С. 9‒14.Bagmet O.A., Naumenko V.V., Smetanin K.S. A study of the cold re sistance of coiled stock for pipes produced at foundry rolling works. Part 1. Metal Science and Heat Treatment. 2018, vol. 59, no. 9-10, pp. 551–555. https://doi.org/10.1007/s11041-018-0188-3Колбасников Н.Г., Зотов О.Г., Шамшурин А.И., Лукьянов А.А. Исследование бейнита реечной морфологии в высокопрочной трубной стали // Металловедение и термическая обработка металлов. № 6. 2013. С. 3‒9.Kolbasnikov N.G., Zotov O.G., Shamshurin A.I., Luk’yanov A.A. Study of lath morphology bainite in high-strength pipe steel. Metal Science and Heat Treatment. 2013, vol. 55, no. 5-6, pp. 287–293. https://doi.org/10.1007/s11041-013-9621-9Методы исследования текстур в материалах / М.Л. Лобанов, А.С. Юровских, Н.И. Кардонина и др. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2014. 115 с.Lobanov M.L., Yurovskikh A.S., Kardonina N.I., etc. Methods of Studying Textures in Materials. Yekaterinburg: UrFU, 2014, 115 p. (In Russ.).Уманский Я.С. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. М.: Металлургия, 1982. 632 с.Umanskii Ya.S. Crystallography, Radiography and Electron Micro scopy. Moscow: Metallurgy, 1982, 632 p. (In Russ.).Платов С.И., Краснов М.Л., Урцев Н.В., Данилов С.В., Лобанов М.Л. Структурно-текстурные состояния штрипсов стали 06Г2МБ после контролируемой термомеханической обработки // Металловедение и термическая обработка металлов. 2020. № 1. С. 56‒61.Platov S.I., Krasnov M.L., Urtsev N.V., Danilov S.V., Lobanov  M.L. Structural and textural states of steel 06G2MB strips after controlled thermomechanical treatment. Metal Science and Heat Treatment. 2020, vol. 62, no. 1-2, pp. 55–60. https://doi.org/10.1007/s11041-020-00512-5Joo M.S., Suh D.W., Bae J.H., Bhadeshia H.K.D.H. Role of deamination and crystallography on anisotropy of Charpy toughness in API-X80 steel // Materials Science and Engineering: A. 2012. Vol. 546. P. 314‒322. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.03.079Joo M.S., Suh D.W., Bae J.H., Bhadeshia H.K.D.H. Role of de amination and crystallography on anisotropy of Charpy toughness in API-X80 steel. Materials Science and Engineering: A. 2012, vol.  546, pp. 314–322. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.03.079Haskel H.L., Pauletti E., Martins J.P., Carvalho A.L.M. Microstructure and microtexture assessment of delamination phenomena in Charpy impact tested specimens // Materials Research. 2014. Vol. 17. No. 5. P. 1238‒1250. https://doi.org/10.1590/1516-1439.268314Haskel H.L., Pauletti E., Martins J.P., Carvalho A.L.M. Microstruc ture and microtexture assessment of delamination phenomena in Charpy impact tested specimens. Materials Research. 2014, vol. 17, no. 5, pp. 1238–1250. https://doi.org/10.1590/1516-1439.268314Misra R.D.K., Nathahi H., Siciliano F., Carneiro T. Effect of texture and microtexture on resistance to cracking of high-strength hot rolled Nb-Ti micro-alloyed steels // Metallurgical and Materials Transactions A. 2004. Vol. 35. P. 3024‒3029.Misra R.D.K., Nathahi H., Siciliano F., Carneiro T. Effect of tex ture and microtexture on resistance to cracking of high-strength hot-rolled Nb-Ti micro-alloyed steels. Metallurgical and Materials Transactions A. 2004, vol. 35, pp. 3024–3029.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.