Обобщенные диаграммы и уравнения рекристаллизации холоднодеформированной стали Ст. 3

Изучены процессы рекристаллизации стали Ст. 3 в ферритном состоянии. Образцы диаметром 8 мми высотой 10 ммдеформировали сжатием при 20 °С на 20 – 80 %, отжигали при 400 – 735 °С от 5 мин до 10 ч и охлаждали на воздухе. На образцах определяли размер зерна на продольных (по отношению к оси сжатия) шлифах. После разделения всего массива экспериментальных данных (степень деформации ε, температура Т, время отжига τ, размер зерна D) на три группы (нет рекристаллизации, начало и конец первичной рекристаллизации), методом дискриминантного математического анализа найдены уравнения гиперплоскостей, наилучшим образом разделяющих эти группы. Показано, что рекристаллизация не наблюдается, если температура ниже 465 °С, либо если степень деформации ниже 20 % при любых сочетаниях остальных параметров. Деформированная структура полностью рекристаллизуется, если экспериментальные точки находятся в области параметров: Т > 550 °С, е > 40 %, τ > 30 мин. Самое большое измельчение зерна (до 7 – 10 мкм) получали после деформации с максимальной степенью (80 %). Первая критическая (физическая) степень деформации, после которой размер рекристаллизованного зерна больше исходного, отсутствует. Вторая критическая (техническая) степень деформации составляет 25 – 35 % для температур 530 – 735 °С. При таких степенях наблюдалось измельчение зерна в сравнении с исходным деформированным состоянием. Математическую связь размера рекристаллизованного зерна с параметрами опытов анализировали двояко: по Аррениусу в виде D=Aε^Nτ^Mexp (-Q/RT) и по Холломону с линейной зависимостью от температуры (D ~ T). Решение по Аррениусу дало следующее уравнение: log(D) = 2,08 – 0,33log(ε) + 0,023log(τ) – 967,31 1/T. Из него найдена энергия активации процесса рекристаллизации, равная ~18 000 Дж/моль. Для случая анализа по Холломону предложено в качестве параметра Холломона использовать функцию вида Р_Н =  T/1000 [СН – log(τ) + log(ε)], а константу Холломона СН находить численными методами. Для этих условий получено уравнение d = –21,317 – 0,034T + 0,0032log(τ)T – 0,0032log(ε)T. Точность обоих описаний, определенная через сумму квадратов отклонений измеренных значений размеров зерен от рассчитанных, равна ~3,3 мкм или (при нормировке на среднее значение) ~20 %.

1. Лизунов В.И., Шкатов В.В., Моляров В.Г., Канев В П. Управление по структуре качеством стали при горячей прокатке // Металловедение и термическая обработка стали. 1999. № 4. С. 52 – 56.

2. Лизунов В.И., Моляров В.Г., Корочкин Е.А. Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Матер. конф. Т. 4. – М.: Металлургия, 1994. С. 39 – 43.

3. Горелик С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1978. – 568 с.

4. Горелик С.С., Капуткина Л.М., Добаткин С.В. Рекристаллизация металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 2003. – 452 с.

5. Humphreys F.J., Hatherly M. Recrystallization and related annealing phenomena. – Amsterdam: Elsevier, 2012. – 128 p.

6. Doherty R., Hughes D., Humphreys F. etc. Current issues in recrystallization: A Review // Materials Science and Engineering A. 1997. Vol. 238. No. 2. P. 219 – 274.

7. Jacques P., Delannay F., Cornet X. etc. Enhancement of the mechanical properties of a low-carbon, low-silicon steel by formation of a multiphased microstructure containing retained austenite // Metallurgical and Materials Transactions A.1998. Vol. 29A. No. 9. P. 2383 – 2393.

8. Tokizane M., Matsumura N., Tsuzaki K. etc. Recristallization and formation of austenite in deformed lath martensitic structure of low carbon steels // Metallurgical and Materials Transactions A. 1982. Vol. 13. No. 5. P. 1379 – 1388.

9. Tsuji N., Maki T. Enhanced structural refinement by combining phase transformation and plastic deformation in steels // Scripta Materialia. 2009. Vol. 60. No. 12. P. 1044 – 1049.

10. Torres C.R., Sanchez F., Gonzalez A. etc. Study of the kinetics of the recrystallization of cold-rolled low-carbon steel // Metallurgical and Materials Transactions A. 2002. Vol. 33A. No. 1. P. 25 – 31.

11. Lu Y., Molodov D.A., Gottstein G. Recrystallization kinetics and microstructure evolution during annealing of a coldrolled Fe – Mn – C alloy //Acta Materialia. 2011. Vol. 59. No. 8. P. 3229 – 3243.

12. Штремель М.А. Прочность сплавов. Часть 2. Деформация – М.: МИСИС, 1996. – 584 с.

13. Беломытцев М.Ю., Мордашев С.В. Ползучесть Ст.3 в условиях кратковременного ресурса // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. № 11. С. 798 – 801.

14. Рогельберг И.Л., Шпичинецкий Е.С. Диаграммы рекристаллизации металлов и сплавов: Справочник. – М.: Металлургиздат, 1950. – 280 с.

15. Lin Y., Chen M.-S., Zhong J. Study of static recrystallization kinetics in a low alloy steel // Computation Materials Science. 2008. Vol. 44. No. 2. P. 316 – 321.

16. Mao H., Zhang R., Hua L., Yin F. Study of static recrystallization behaviors of GCr15 steel under two-pass hot compression deformation // J. of Materials Engineering Performance. 2015. Vol. 24. No. 2. P. 930 – 935.

17. Taheri A. K., Maccagno T., Jonas J. J. Effect of cooling rate after hot rolling and of multistage strain aging on the drawability of lowcarbon-steel wire rod // Metallurgical and Materials Transactions A. 1995. Vol. 26A. No. 5. P. 1183 – 1193.

18. Akbari E., Karimi Taheri K., Karimi Taheri A. The effect of prestrain temperature on kinetics of static recrystallization, microstructure evolution, and mechanical properties of low carbon steel // J. of Materials Engineering Performance. 2018. Vol. 27. No. 5. P. 2049 – 2059.

19. Qu H.P., Lang Y.P., Yao C.F. etc. The effect of heat treatment on recrystallized microstructure, precipitation and ductility of hotrolled Fe–Cr–Al–REM ferritic stainless steel sheets // Materials Science and Engineering A. 2013. Vol. 562. P. 9 – 16.

20. Тальбо Ж. Поведение железа высокой чистоты при отжиге. – В кн.: Физические и химические свойства металлов высокой чистоты. – М.: Металлургиздат, 1964. С. 183 – 222.

21. Shen G., Zheng C., Gu J., Li D. Coupled simulation of ferrite recristallization in a dual-phase steel considering deformation heterogeneity at mesoscale // Computation Materials Science. 2018. Vol. 149. P. 191 – 201.

22. Shi-Hoon Choi, Jae Hyung Cho. Primary recrystallization modeling for interstitial free steels // Materials Science and Engineering A. 2005. Vol. 405. No. 1. P. 86 – 101.

23. Suna G.S., Dua L.X., Hua J., MisraR.D.K. Microstructural evolution and recrystallization behavior of cold rolled austenitic stainless steel with dual phase microstructure during isothermal annealing // Materials Science and Engineering A. 2018. Vol. 709. P. 254 – 264.

24. Шкатов В.В., Лизунов В.И., Чернышев А.П. Методика количественного сопоставления кинетики изотермических и неизотермических превращений // Изв. вуз. Черная металлургия. 1990. № 7. С. 109 – 110.

25. Шкатов В.В., Чернышев А.П., Лизунов В.И. Кинетика сфероидизации перлита в углеродистой стали // Физика металлов и металловедение. 1990. № 10. С. 122 – 128.

26. Шкатов В.В., Чернышев А.П., Лизунов В.И. Превращения феррито-перлитной структуры при охлаждении рулонов горячекатаной полосовой стали 09Г2 // Изв. вуз. Черная металлургия. 1990. № 11. С. 61 – 63.

27. Oyarza M., Martınez-de-Guerenu A., Gutierrez I. Effect of stored energy and recovery on the overall recrystallization kinetics of a cold rolled low carbon steel // Materials Science and Engineering A. 2008. Vol. 485. No. 1. P. 200 – 209.

28. Etesami S.A., Enayati M.H. Microstructural evolution and recrystallization kinetics of a coldrolled, ferrite-martensite structure during intercritical annealing // Metallurgical and Materials Transactions A. 2016. Vol. 47A. No. 7. P. 3271 – 3276.

29. Doherty R.D., Cahn R.W. Nucleation of new grains in recrystallization of cold-worked metals // Journal of the Less-Common Metals. 1972. Vol. 28. P. 279 – 296.

30. Mazaheri Y., Kermanpur A., Najafizadeh A., Kalashami A.G. Kinetics of ferrite recrystallization and austenite formation during intercritical annealing of the coldrolled ferrite/martensite duplex structures // Metallurgical and Materials Transactions. 2016. Vol. 47 A. No. 3. P. 1040 – 1051.

31. Химушин Ф.Ф. Жаропрочные стали и сплавы. – М.: Металлургия, 1969. – 752 с.

32. Розенберг В.М. Основы жаропрочности металлических материалов. – М.: Металлургия, 1973. – 328 с.

33. Гарофало Ф. Законы ползучести и длительной прочности металлов. – М.: Металлургия, 1968. – 304 с.

34. Tamura M., Abe F., Shiba K. etc. Larson–Miller constant of heatresistant steel // Metallurgical and Materials Transactions A. 2013. Vol. 44a. P. 2645 – 2661.

35. Адаскин А.М., Бутрим В.Н., Кремнев Л.С. и др. Определение константы Холломона для жаропрочного сплава на основе хрома с целью прогнозирования его свойств // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 10. С. 34 – 38.

36. Адаскин А.М., Бутрим В.Н., Кубаткин В.С., Сапронов И.Ю. Кривые деформационного упрочнения и механические свойства жаропрочного сплава на основе хрома в зависимости от термической обработки и температуры испытаний // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 10. С. 50 – 63.

37. Janjusevic Z., Gulisia Z., Mihalovic M., Pataric A. The investigation of applicability of the Hollomon-Jaffe equation on tempering the HSLA steel // Chemical Industry and chemical Engineering Quarterly. 2009. Vol. 15. No. 3. P. 131 – 136.

38. Etesami S.A., Enayati M.H., Kalashami A.G. Austenite formation and mechanical properties of a cold rolled ferrite-martensite structure during intercritical annealing // Materials Science and Engineering A. 2017. Vol. 682. P. 296 – 303.

39. Wu H., Du L., Ai Z., Liu X. Static recrystallization and precipitation behavior of a weathering steel microalloyed with vanadium // J. of Materials Science Technologies. 2013. Vol. 29. No. 12. P. 1197 – 1203.

40. Гладштейн В.И. Оценка влияния напряжений и температуры на накопление поврежденности в гибах паропроводов путем моделирования живучести металла при испытании образцов с надрезом // Металловедение и термическая обработка металлов. 2011. № 12 (678). С. 42 – 48.

41. Шлякман Б.М., Ямпольский О.Н., Ратушев Д.В. Один способ определения константы С в параметре Холломона // Металловедение и термическая обработка металлов. 2010. № 9 (663). С. 48 – 51.

42. Мельниченко А.С. Статистический анализ в металлургии и материаловедении. – М.: ИД МИСиС, 2009. – 268 с.