Научно-технический и производственный журнал.
Издается с января 1958 года. Индекс: 70383
ISSN 2410-2091 (Online), ISSN 0368-0797 (Print)
 
 
 
 

Послать статью

 

ОБОБЩЁННЫЕ ДИАГРАММЫ И УРАВНЕНИЯ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННОЙ СТАЛИ СТ.3

стр. 879-886

Авторы: Беломытцев М. Ю.1

1 Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4)
Беломытцев М. Ю. - д.т.н., профессор кафедры металловедения и физики прочности (email: myubelom@yandex.ru)

Аннотация: Изучены процессы рекристаллизации стали Ст.3 в ферритном состоянии. Образцы диаметром 8 мм и высотой 10 мм деформировали сжатием при 20 ºС на 20 – 80 %, отжигали при 400 – 735 ºС в течение от 5 минут до 10 часов 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 и время отжига τ , размер зерна D) на 3 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 ºС, 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 ºС - 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 = A ∙ (ε)N ∙(τ)M ∙ exp( - Q/RT), и по Холломону с линейной зависимостью от температуры (D ~ T). Решение по Аррениусу дало следующее уравнение log (D) = 2,08 -0,33 ∙ log(ε) + 0,023 ∙ log(τ) – 967,31 ∙ 1/T. Из него найдена энергия активации процесса рекристаллизации, равная ~18000 Дж/моль. Для случая анализа по Холломону предложено в качестве параметра Холломона использовать функцию вида РН = Т/1000 • [ СН - log(τ) + log(ε)], а константу Холломона СН находить численными методами. Для этих условий получено уравнение d = -21,317 - 0,034 • T + 0,0032 • log(τ) • T - 0,0032 • log(ε) • T. Точность обоих описаний, определённая через сумму квадратов отклонений измеренных значений размеров зёрен от рассчитанных, равна ~ 3,3 мкм или (при нормировке на среднее значение) ~ 20 % .

Ключевые слова: строительные стали, рекристаллизация, обобщённая диаграмма рекристаллизации, энергия активации, зависимость Аррениуса, зависимость Холломона

DOI: 10.17073/0368-0797-2019-11-879-886

Библиография:
  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. Чёрная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Материалы конференции. 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., Jonas J., Jensen D.J., Kassner M., King W., McNelley T., McQueen H., Rollett A. 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 , Harlet Ph., Ladriere  J. 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., Maki T., Tamura I. 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., Actis F., Herreara R. 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 cold-rolled 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., Мордашёв С.В. Ползучесть ст.3 в условиях кратковременного ресурса // Изв. вуз. Чёрная 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 low-carbon-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., Chen H.T., Yang C.Q. The effect of heat treatment on recrystallized microstructure, precipitation and ductility of hot-rolled 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., Misra R.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. Чёрная 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. Чёрная 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 cold- rolled, 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 cold- rolled 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., Sakasegawa H.,  Tanigawa H. Larson–Miller constant of heat-resistant steel // Metallurgical and Materials Transactions A. 2013. Vol. 44a. P. 2645 – 2661.
  35. Адаскин А.М., Бутрим В.Н., Кремнев Л.С., Кубаткин В.С., Сапронов И.Ю. 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 tha 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 повреждённости в гибах паропроводов путём 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.

Дата поступления: 11.05.2018

Главный редактор

Леонтьев Леопольд Игоревич

Главный редактор Известия вузов Черная металлургия