Формирование структурно-фазовых состояний, дефектной субструктуры и свойств поверхности термомеханически упрочнённой низкоуглеродистой стали
| Parent link: | Успехи физики металлов.— , 2000- Т. 17, № 4.— 2016.— [С. 303-341] |
|---|---|
| Corporate Author: | |
| Other Authors: | , , , , |
| Summary: | Заглавие с экрана Выяснение физических механизмов формирования и эволюции структурно-фазовых состояний и дислокационных субструктур в сталях - одна из важных задач физики конденсированного состояния и современного материаловедения, поскольку лежит в основе разработки и создания эффективных способов повышения служебных характеристик изделий. Проведено термомеханическое упрочнение стали 09Г2С путём прокатки балочного профиля ДП155 и принудительного охлаждения водой в потоке стана 450 ОАО «ЕВРАЗ Объединённый Западно-Сибирский металлургический комбинат». Методами просвечивающей дифракционной электронной микроскопии проведены исследования структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры балки из стали 09Г2С, формирующейся в результате термомеханического упрочнения в потоке прокатного стана. Проанализированы процессы и механизмы, способствующие формированию наноразмерной фазы в условиях термомеханической обработки низкоуглеродистой стали. На основе использования количественных параметров структуры стали, выявленных методами металлографии и электронной дифракционной микроскопии, и оценочных соотношений физического материаловедения выполнен анализ физических механизмов, ответственных за повышение микротвёрдости поверхностного слоя при термомеханическом упрочнении, и выявлены количественные параметры, характеризующие структурно-фазовое состояние и дающие возможности оценить величину теоретического предела текучести стали. Получено качественное соответствие изменения экспериментально измеренной микротвердости и теоретически определенного предела текучести по сечению полки профиля. Установлено, что явление повышения прочности поверхностного слоя стали является многофакторным, морфологически многокомпонентным и определяется природой γ→αγ→α превращения. Основными механизмами, ответственными за высокий уровень прочности поверхностного слоя стали, являются субструктурный и деформационный, обусловленные формированием кристаллов мартенсита и бейнита. Detection of physical mechanisms of formation and evolution of structural and phase states as well as dislocation substructures in steels is one of the important problems of condensed-matter physics and contemporary materials science because it forms the basis of formation and development of effective methods for increasing the service characteristics of products. Experimental investigations of structural and phase states being formed in a cross-section of products as a result of thermomechanical treatment are very significant for understanding the physical nature of transformations since they make it possible to change structure and mechanical characteristics purposefully. Thermomechanical hardening of low-carbon steel 09Г2C (0.09 wt.% C, 2 wt.% Mn, 1 wt.% Si) was made by means of rolling of H-beam ДП 155 and forced water cooling on rolling mill 450 of open joint-stock company 'EVRAZ Consolidated West-Siberian Metallurgical Plant'. By methods of transmission diffraction electron microscopy, we investigated structural-phase states and defect substructure of H-beam (made of 09Г2С steel) formed during thermomechanical hardening on rolling mill. As established, the defect substructure state of steel a-phase is determined by (a) the mechanisms of g ® a-transformation, (b) the regime of high-temperature rolling and accelerated cooling, (c) the distance to the surface of the accelerated cooling. The correspondence of dislocation substructure and morphology of a-phase (mechanism of g ® a transformation) is revealed. In the martensite and bainite crystals, a net-like dislocation structure with a very high dislocation density that varies within the range of 5.8×1010-10.0×1010 cm-2 is a dominant one. In the ferrite and pearlite grains, a structure of dislocation chaos and net-like dislocation substructure with a relatively low values of scalar density of dislocations varying within the range 2.6·1010-3.5·1010 cm-2 are determined. We analyse the processes and mechanisms contributing to the formation of nanodimensional phase during the thermomechanical treatment of lowalloy steel. It is shown as follows: (i) in dispersion of cementite plates of pearlite colonies by cutting them with moving dislocations, the particles of 5-30 nm size are formed; (ii) the oval-shape particles of 5-15 nm size are formed during the dissolution of cementite plates of pearlite colonies and repeated precipitation on dislocations, boundaries of subgrains and grains; (iii) during the decomposition of solid solution of carbon in the a- iron occurring in the conditions of 'self-tempering' of martensite, the sizes of particles precipitated in the bulk of martensite crystals on dislocations are of 5-10 nm, and at the boundaries of martensite crystals-10- 30 nm; (iv) during the diffusion g ® a transformation at the high degree of deformation and temperatures of treatment, a dispersion of lamellar pearlite structure is observed: thickness of a-phase plates separated by the carbide plates is of » 70 nm, while thickness of carbide phase plates is » 25 nm. Using the quantitative parameters of steel structure revealed by the methods of metallography and electron diffraction microscopy, and estimate relations of physical materials science, we analyse physical mechanisms responsible for enhancement the microhardness of surface layer at the thermomechanical hardening. The quantitative parameters characterizing structural and phase states and allowing the possibilities to estimate the value of theoretical yield point for steel are determined. The quantitative correspondence of change of experimentally measured microhardness and theoretically determined yield point along the cross-section of H-beam flange is obtained. As established, the phenomenon of increase in hardness of steel surface layer is a multifactor, morphologically multicomponent one, and is determined by the nature of g ® a transformation. The main mechanisms responsible for high level of steel surface-layer hardness are substructural and deformational ones caused by the formation of martensite and bainite crystals. |
| Published: |
2016
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://doi.org/10.15407/ufm.17.04.303 http://ufm.imp.kiev.ua/ru/abstract/v17/i04/303.html |
| Format: | Electronic Book Chapter |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=656415 |