Влияние режимов поперечно-винтовой прокатки на механические свойства и вязкость разрушения трубной стали

В работе методами механических испытаний, оптической металлографии, электронной просвечивающей и растровой сканирующей микроскопии исследовано влияние трех режимов многопроходной поперечно-винтовой прокатки (ПВП) на микроструктуру, механические свойства и вязкость разрушения феррито-перлитной трубной стали 09Г2С. Показано, что после всех режимов ПВП наблюдается изменение параметров исходной зеренной структуры заготовки с формированием слоистости в распределении зерен по размерам – вблизи поверхности заготовки размер глобулярных зерен составляет 1 – 4 мкм, длина вытянутых зерен в центральной части заготовки варьируется от единиц до десятков мкм, ширина – от 1 до 8 мкм. Механические испытания на одноосное растяжение и ударную вязкость проводили на образцах, вырезанных из центральной части прутка. Установлено, что ПВП приводит к увеличению предела текучести и предела прочности стали после всех исследуемых режимов при незначительном понижении общей пластичности. Наибольшее увеличение ударной вязкости при Т = –70 °С наблюдается после контролируемой ПВП в интервале температур 850 – 500 °С. С помощью электронно-микроскопических исследований показано, что особенности механического поведения образцов после ПВП связаны со структурными превращениями, происходящими в стали при прокатке и охлаждении. Основным фактором упрочнения является измельчение ферритных зерен и формирование субзеренной структуры после ПВП. Повышение ударной вязкости связано с более однородной мелкодисперсной структурой проката, не содержащей пластин цементита и бейнита. Процессы разрушения исходных образцов стали и после ПВП в зависимости от температуры анализируются на основе записанных диаграмм ударного нагружения и структур в зонах долома образцов Шарпи.

низкоуглеродистая сталь, поперечно-винтовая прокатка, механические характеристики, зеренная структура, диаграммы ударного нагружения, зоны разрушения

1. Рыбин В.В., Малышевский В.А., Хлусова Е.И. Структура и свойства хладостойких сталей для конструкций северного исполнения // Вопросы материаловедения. 2006. No 1 (45). С. 24–44.

2. Горынин И.В., Рыбин В.В., Малышевский В.А., Хлусова Е.И. Хладостойкие стали для технических средств освоения арктического шельфа // Вопросы материаловедения. 2009. No 3 (59). С. 108–126.

3. Чжао Ф., Чжао Л. Бейнитные стали с ультранизким содержанием углерода и перспективы их применения // Вопросы материаловедения. 2008. No 1 (53). С. 52–61.

4. Tian Y., Wang H.T., Wang Z.D., Misra R.D.K., Wang G.D. Microstructural evolution and the precipitation behavior in X90 linepipe steel during isothermal processing // Journal of Materials Engineering and Performance. 2018. Vol. 27. No. 4. P. 1494–1504. https://doi.org/10.1007/s11665-018-3197-x

5. Mishin I.P., Naydenkin E.V, Ratochka I.V., Lykova O.N., Manisheva A.I. Study of the effect of combined rolling with subsequent aging on structure and mechanical properties of near β titanium alloy // AIP Conference Proceedings. 2019. Vоl. 2167. Article 020230. https://doi.org/10.1063/1.5132097

6. Naizabekov A.B., Lezhnev S.N., Arbuz A.S. The effect of radialshear rolling on the microstructure and mechanical properties of technical titanium // Solid State Phenomena. 2020. Vol. 299. P. 565–570. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.299.565

7. Иванов К.В., Найденкин Е.В., Лыкова О.Н., Раточка И.В., Мишин И.П., Винокуров В.А. Эволюция структуры и механических свойств сплава ВТ6 при поперечно-винтовой прокатке и последующих деформационных и термических обработках // Известия вузов. Физика. 2017. Т. 60. No 7. С. 126–132. https://doi.org/10.1007/s11182-017-1199-z

8. Surikova N.S., Panin V.E., Narkevich N.A., Mishin I.P., GordienkoA.I. Formation of a multilevel hierarchical mesosubstructure by cross rolling and its influence on the mechanical behavior of austenitic steel // Physical Mesomechanics. 2018. Vol. 21. No 5. P. 430–440. https://doi.org/10.1134/S1029959918050077

9. Горелик С.С., Добаткин С.В., Капуткина Л.М. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: МИСИС, 2005. 432 с.

10. Счастливцев В.М., Табачникова Т.И., Яковлева И.Л., Круглова А.А., Хлусова Е.И., Орлов В.В. Особенности структуры бейнита в низкоуглеродистых свариваемых сталях после термомеханической обработки // Вопросы материаловедения. 2009. No 3(59). С. 26–38.

11. Jun Hu, Lin-Xiu Du, Hui Xie, Peng Yu, Misra R.D.K. A nanograined/ultrafine-grained low-carbon microalloyed steel processed by warm rolling // Materials Science and Engineering: A. 2014. Vol. 605. P. 186–191. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.03.064

12. Hohenwarter A., Kapp M.W., Volker B., Renk O., Pippan R. Strength and ductility of heavily deformed pearlitic microstructures // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 219. Article 012003. https://doi.org/10.1088/1757899X/219/1/012003

13. Li Y.J., Kang J., Zhang W.N., Liu D., Wang X.H., Yuan G., Misra R.D.K., Wang G.D. A novel phase transition behavior during dynamic partitioning and analysis of retained austenite in quenched and partitioned steels // Materials Science & Engineering: A. 2018. Vol. 710. P. 181–191. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.10.104

14. Счастливцев В.М., Яковлева И.Л., Терещенко Н.А., Курбан В.В., Корнилов В.Л., Салганик В.М., Песин А.М. Особенности химического состава и структура низкоуглеродистых низколегированных трубных сталей после контролируемой прокатки // Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. No 5(635). С. 3–8.

15. Ghosh S., Mula S. Thermomechanical processing of low carbon Nb-Ti stabilized microalloyed steel: Microstructure and mechanical properties // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 646. P. 218–233. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.08.072

16. Tian J., Xu G., Liang W., Yuan Q. Effect of annealing on the microstructure and mechanical properties of low-carbon steel with ultrafine grains // Metallography, Microstructure and Analysis. 2017. Vol. 6. No. 3. P. 233–239. https://doi.org/10.1007/s13632-017-0350-0

17. Ravi A.M., Kumar A., Herbi M., Sietsma J., Santofimia M. J. Impact of austenite grain boundaries and ferrite nucleation on bainite formation in steels // Acta Materialia. 2020. Vol. 188. P. 424–434. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.01.065

18. Shamsujjoha M. Evolution of microstructures, dislocation density and arrangement during deformation of low carbon lath martensitic steels // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 776. Article 139039. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139039

19. Eres-Castellanos A., Caballero F.G., Garcia-Mateo C. Stress or strain induced martensitic and bainitic transformations during ausforming processes // Acta Materialia. 2020. Vol. 189. P. 60–72. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.03.002

20. Яковлева С.П., Махарова С.Н., Борисова М.З. Структура, свойства и особенности разрушения низколегированной стали в субмикрокристаллическом состоянии // Металлы. 2006. No 4. С. 71–78.

21. Фаpбер В.М., Хотинов В.А., Морозова А.Н., Лежнин Н.В., Мартин Т. Диагностика изломов и энергоемкости вязкого разрушения при инструментальных испытаниях на ударный изгиб // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. No 6. С. 22–25.

22. Хотинов В.А., Фабер В.М., Морозова А.Н. Оценка уровня вязкости трубных сталей с помощью диаграмм ударного разрушения // Диагностика, ресурс и механика материалов и конструкций. 2015. No 2. С. 57–66.

23. Фабер В.М., Хотинов В.А., Морозова А.Н., Селиванова О.В., Полухина О.Н., Карабаналов М.С. Исследование области долома в образцах Шарпи высоковязкой стали 08Г2Б // Металловедение и термическая обработка металлов. 2018. No 6 (756). С. 11–15. https://doi.org/10.1007/s11041-018-0282-6