/ 71 2 (65), 2012 There are results of researches of the mechanical properties and structure of the wire rod made of low-car- bon nickel molybdenum steel after reduction to toughness thermomechanical treatment in the stream of high-speed wire mill. в. А. луЦеНКО, институт черной металлургии им. З. и. НеКРАСОвА НАН украины УДК 669.017:621.771.25:621.785:669.141.232 осоБенностИ ФормИрованИя структуры И свойств прИ термомеханИческой оБраБотке катанкИ Из нИкельмолИБденовой сталИ сварочного назначенИя В условиях жесткой конкуренции для метал- лургической отрасли весьма актуальными остаются вопросы повышения качества металлопродукции, получение необходимого структурного состояния и свойств, обеспечивающих высокую технологич- ность на последующем переделе. В настоящее вре- мя возможности производства катанки превышают ее потребность, что обострило борьбу за рынки сбыта и обусловливает разработку и внедрение но- вых высокоэффективных технологических про- цессов ее производства. В последние годы возрос спрос на катанку с повышенной пластичностью, а именно низкоуглеродистую и легированную для производства сварочной проволоки. При современной технологии суммарные об- жатия при волочении катанки в проволоку доста- точно велики (до 98%). Традиционная технология производства омедненной сварочной проволоки из никельмолибденовых сталей предусматривает уда- ление окалины химическим способом; волочение катанки диаметром 6,5–5,5 мм в проволоку диаме- тром 4,0 мм; светлый рекристаллизационный от- жиг при 680 °С длительностью до 10 ч; волочение отожженной заготовки в проволоку диаметром 2,5–3,0 мм; повторный светлый рекристаллизаци- онный отжиг; волочение в проволоку конечного диаметром 0,8–1,6 мм и омеднение. Поэтому акту- ально повышение пластичности катанки при про- изводстве проволоки с сохранением необходимых качественных характеристик и сопутствующей экономией энергоресурсов за счет исключения из технологического цикла промежуточной термооб- работки. Параметры структуры, обеспечивающие высо- кую деформируемость катанки при холодной пла- стической деформации, могут быть достигнуты путем термомеханической обработки (ТМО) ка- танки в потоке высокоскоростного проволочного стана. Поэтому при разработке способов обработ- ки проката после горячей деформации необходимо учитывать влияние высокотемпературной дефор- мации и последующих условий охлаждения на ки- нетику превращений аустенита и соотношение структурных составляющих [1]. Наблюдаемая в ряде случаев повышенная об- рывность при волочении катанки из низколегиро- ванных сталей сварочного назначения обусловлена структурными факторами. Наиболее существен- ным в этом плане является наличие в структуре кристаллов высокодислокационного пластинчато- го мартенсита с многочисленными микродвойни- ками, которые при деформации служат барьерами продвижения дислокаций [2]. Образующиеся при деформации феррита и мартенсита массивные дис- локационные скопления являются источниками микро- и макротрещин, что приводит к разруше- нию проволоки в процессе волочения. Учитывая, что Ni и Mo значительно повышают устойчивость аустенита [3], при охлаждении в катанке может формироваться сложная гамма структур. Цель проведенных исследований – выявление особенностей влияния ТМО на формирование струк- туры и свойств в катанке из низкоуглеродистой ни- кельмолибденовой стали сварочного назначения. Эксперименты с варьированием режимов двух- стадийного охлаждения на линии Стелмор [4] по- казали, что наиболее благоприятный эффект в пла- не повышенной технологической пластичности при волочении катанки диаметром 5,5 мм из ни- кельмолибденовой стали для сварочной проволоки достигается при использовании разупрочняющей ТМО [1], предусматривающей после высокоско- 72 / 2 (65), 2012 ростной прокатки ускоренное охлаждение водой до температур выше Ас3 и последующее замедлен- ное охлаждение со скоростью менее 1,0 °С/с, при котором обеспечиваются условия, близкие к ква- зиизотермическим [5]. На рис. 1 приведены средние значения предела прочности катанки диаметром 5,5 мм из никельмо- либденовой стали (Св-10НМА) после различных режимов разупрочняющей ТМО. Микроструктур- ные исследования производили на образцах, име- ющих следующие механические свойства: предел прочности – 510 Н/мм2, относительное сужение – 75%, относительное удлинение – 14%. Структура катанки из низкоуглеродистой ни- кельмолибденовой стали после разупрочняющей ТМО представляет собой конгломерат структур- ных составляющих с достаточно равномерным распределением островковых участков (до 10%) перлита, бейнита и мартенсита в ферритной матри- це с полигональным зерном феррита (рис. 2). Со- гласно [3], структуры такого рода классифициру- ются как мультифазные, формирование которых осуществляется в основном при температурах межкритического (МКИТ) интервала (Ас1–Ас3), которые предпочтительны для холодной деформа- ции, так как установившееся при выдержке в МКИТ Рис. 1. Средние значения предела прочности катанки диаметром 5,5 мм из никельмолибденовой стали (Св-10НМА) после различных температурно-скоростных режимов ТМО с охлаждением после виткообразователя со скоростью: А – более 3 °С/с; Б – менее 1 °С/с Рис. 2. Микроструктура катанки из низкоуглеродистой никельмолибденовой стали после разупрочняющей ТМО: а – опти- ческая; б – растровая микроскопия; а – ×500 Рис. 3. Микроструктура катанки из низкоуглеродистой никельмолибденовой стали после разупрочняющей ТМО. а – ×25000; б, в – ×10000 / 73 2 (65), 2012 распределение внутренних напряжений между фер- ритом и аустенитом способствует развитию рекри- сталлизационных процессов в феррите с сохране- нием при последующем охлаждении его низкодис- локационного строения. Проведенный структурный анализ исследуе- мой низкоуглеродистой никельмолибденовой ка- танки свидетельствует о низкой плотности дисло- каций в феррите, в зернах которого просматрива- ются единичные и локальные скопления дислока- ции невысокой плотности (рис. 3, а). Перлит достаточно дисперсный (рис. 3, б), и его формирование происходит при тех же скоро- стях охлаждения, что и бейнита и мартенсита, поэ- тому изменение механизма распада аустенита от сдвигового к диффузионному происходит только за счет наличия концентрационной микронеодно- родности в исходном аустените. В микроучастках аустенитных островков, несколько обедненных угле- родом и легирующими элементами, прежде всего никелем, молибденом, а также и другими элемен- тами, в процессе квазиизотермического воздушно- го охлаждения после высокоскоростной прокатки от температур МКИТ на транспортере линии Стел- мор как раз и осуществляется перлитный распад аустенита. Размеры колоний перлита, соседствую- щих с ферритом и бейнитом, достаточно малы, что в данном случае подтверждает предположение о микроликвационном характере перлитного пре- вращения аустенита. Участки с бейнитой структурой (рис. 3, в) имеют достаточно широкие пластины α-фазы с выделением цементита в приграничных участках (прерывисто) и внутрипластиночно в виде дисперсных микроча- стиц. Разделение бейнита на «верхний» и «нижний» не представляется возможным, так как их пластины фактически соединяются друг с другом. Мартенсит в островковых участках упрочняю- щей фазы имеет пластиночно-реечное строение. Свойственный мартенситу рельеф на поверхности соответствующих островковых участков не выяв- ляется – они имеют гладкую фактуру поверхности (см. рис. 1, б). Такой не выявляемый (бесструктур- ный) в обычных реактивах мартенсит называют «гарденитом» [6]. Приведенные в [3] данные о возможности про- движения дислокаций через участки мартенсита были подтверждены экспериментальными резуль- татами. На снимке, полученном с участка исследо- ванной катанки из низкоуглеродистой никельмо- либденовой стали, испытанной методом стати- ческого растяжения (рис. 4, а), расположенного в непосредственной близости от места разрыва, отчетливо видна дислокационная ячеистая суб- структура феррита (рис. 4, б), а мартенситный кри- сталл (рис. 4, в) содержит пересекающие его тело трековые линии, полученные в результате дисло- кационно-деформационного воздействия. По этим линиям части мартенситного кристалла относи- тельно друг друга на внешних поверхностях обра- зуют ступени. Аналогичным образом по предложенному ме- ханизму может осуществляться перемещение дис- локаций и через бейнитные кристаллы, однако не- обходимо учитывать влияние цементитных частиц, располагающихся в виде дисперсных выделений внутри («нижнего») или по границам пластин («верхнего») бейнита. Следует однако отметить, что описанный меха- низм в низко- и среднелегированных сталях со сме- шанной (мультифазной) структурой может реализо- вываться не всегда. По крайней мере при очень высо- кой степени дислокационного насыщения мартен- ситных (бейнитных) кристаллов или при наличии в них внутренних дефектов и выделений, существен- но тормозящих перемещение дислокаций, реализа- ция такого механизма будет серьезно затруднена. Согласно [2], в кристаллах мартенсита катанки из кремнемарганцевой стали Св-08Г2С наблюдаются многочисленные микродвойники, вносящие значи- тельный вклад в повышение уровня твердости катан- ки, склонности к трещинообразованию и обрывно- Рис. 4. Схема вырезки образцов из низкоуглеродистой никельмолибденовой стали вблизи участка разрушения (а) и их ми- кроструктура. б – ×16000; в – ×22000 74 / 2 (65), 2012 сти при волочении, поэтому для обеспечения не- обходимой технологичности в исходной структуре катанки требуемое количество бейнито-мартен- ситных участков ограничивают не более 5 %. Выводы 1. Установлено, что в катанке из низкоуглеро- дистой никельмолибденовой стали в процессе вы- сокоскоростной прокатки после разупрочняющей ТМО, включающей на завершающей стадии за- медленное охлаждение, близкое к квазиизотерми- ческой выдержке, формируемая смешанная фер- рито-перлито-бейнито-мартенситная структура обеспечивает высокие пластические свойства. 2. Показана возможность реализации механиз- ма перемещения дислокаций через островковые мартенситные и бейнитные участки структуры при наложении деформационного воздействия. Учи- тывая, что количество островковых бейнито-мар- тенситных участ ков незначительное (до 10%), а расстояние между ними большое, что не препят- ствует движению дислокаций, пластические свой- ства такой катанки и ее способность к деформаци- онному формоизменению высокие, что позволяет в технологической схеме производства проволоки исключить промежуточную смягчающую термиче- скую обработку. Литература 1. Разупрочняющая термомеханическая обработка проката из углеродистой стали / В. В. Парусов, А. Б. Сычков, В. А. Лу- ценко [и др.] // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2003. № 6. С. 54–56. 2. Н е с т е р е н к о А. М., С ы ч к о в А. Б., Ж у к о в а С. Ю. Исследование причин разрушения при волочении катанки- проволоки из стали Св-08Г2С // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2006. № 6. С. 60–63. 3. Г о л о в а н е н к о С. А., Ф о н ш т е й н Н. М. Двухфазные низколегированные стали. М.: Металлургия, 1986. 4. Освоение на комбинате «Криворожсталь» производства термически обработанной катанки из низкосернистой легиро- ванной стали для сварочной проволоки / В. А. Луценко, В. В. Парусов, В. А. Поляков [и др.] // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2004. № 3. С. 68–71. 5. Л у ц е н к о В. А., С и в а к А. И., Ж у р а в л е в И. И. Термомеханическая обработка в потоке проволочного стана 150–1 КГМК «Криворожсталь» катанки из легированной стали для сварочной проволоки // Металознавство та обробка металів. 2005. № 3. С. 27–29. 6. З а в ь я л о в А. С., Т е п л у х и н Г. И., Г а б е е в К. В. Условия и механизм образования бесструктурного мартенсита (гарденита) // Металловедение и термическая обработка металлов. 1979.№ 10. С. 11–12.