Выпуски УФМ »  Том 17, выпуск 4

Формирование структурно-фазовых состояний, дефектной субструктуры и свойств поверхности термомеханически упрочнённой низкоуглеродистой стали

В. Е. Громов$^{1}$, Ю. Ф. Иванов$^{2,3}$, Е. Г. Белов$^{4}$, В. Б. Костерев$^{4}$, Д. А. Косинов$^{1}$

$^1$Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007 Новокузнецк, РФ
$^2$Институт сильноточной электроники СО РАН, просп. Академический, 2/3, 634055 Томск, РФ
$^3$Национальный исследовательский Томский политехнический университет, просп. Академический, 2/3, 634055 Томск, РФ
$^4$ОАО «ЕВРАЗ — Объединённый Западно-Сибирский металлургический комбинат», шоссе Космическое, 16, 654043 Новокузнецк, РФ

Получена: 05.05.2016. Скачать: PDF

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 $\gamma \rightarrow \alpha$ превращения. Основными механизмами, ответственными за высокий уровень прочности поверхностного слоя стали, являются субструктурный и деформационный, обусловленные формированием кристаллов мартенсита и бейнита.

Ключевые слова: термомеханическое упрочнение, двутавровая балка, структура, дислокационная субструктура, трибологические свойства, механизмы упрочнения.

PACS: 61.72.Lk, 81.65.Lp, 81.40.Cd, 81.40.Ef, 81.70.Bt, 83.50.Uv

Citation: V. E. Gromov, Yu. F. Ivanov, E. G. Belov, V. B. Kosterev, and D. A. Kosinov, Formation of Structural-Phase States, Defect Substructure and Properties of a Surface of Thermomechanically Hardened Low-Carbon Steel, Usp. Fiz. Met., 17, No. 4: 303—341 (2016) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.17.04.303

Цитированная литература (71)  
  1. Л. М. Капуткина, М. Л. Берштейн, В. А. Займовский, Термомеханическая обработка стали (Москва: Металлургия: 1983).
  2. Л. И. Тушинский, Теория и технология упрочнения металлических сплавов (Новосибирск: Наука: 1990).
  3. П. Д. Одесский, И. И. Ведяков, Малоуглеродистые стали для металлических конструкций (Москва: Интермет Инжиниринг: 1999).
  4. О. Г. Соколов, В. П. Леонов, Металл, № 5: 115 (2001).
  5. М. Л. Бернштейн, Структура деформированных металлов (Москва: Металлургия: 1977).
  6. П. Д. Одесский, Д. П. Хромов, МиТОМ, № 3: 13 (1992).
  7. Ю. Д. Морозов, А. М. Степашин, С. В. Александров, Металлург, № 5: 43 (2002).
  8. Н. П. Лякишев, С. И. Тишаев, П. Д. Одесский, А. В. Рудченко, Известия РАН. Металлы, № 2: 96 (1993).
  9. Л. И. Эфрон, Д. А. Литвиненко, А. А. Ефимов, Известия РАН. Металлы, № 6: 99 (1993).
  10. Б. Б. Быхин, А. Т. Канаев, А. Ф. Капущак, А. А. Канаев, Сталь, № 12: 46 (1998).
  11. А. Б. Юрьев, Упрочнение строительной арматуры и прокатных валков (Новосибирск: Наука: 2006).
  12. В. Е. Громов, О. Ю. Ефимов, В. Б. Костерев, А. Б. Юрьев, В. Я. Чинокалов, Структурно-фазовые состояния и свойства упрочненных стального проката и чугунных валков (Новокузнецк: Интер-Кузбасс: 2011).
  13. О. Ю. Ефимов, В. Я. Чинокалов, М. В. Зезиков, Е. Г. Белов, Е. Ф. Иванов, О. В. Дикань, А. В. Смарыгин, И. М. Чернов, Устройство для ускоренного охлаждения и гидротранспортирования шахтной стойки (ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат»): Патент 81911 РФ, МПК В21В 45/02, № 2008135416, заявл. 01.09.2008, опубл. 10.04.2009, Бюл. № 10.
  14. А. Б. Юрьев, О. Ю. Ефимов, В. Я. Чинокалов, М. В. Зезиков, Е. Г. Белов, Устройство для ускоренного охлаждения и гидротранспортирования двутавра (ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат»): Патент 97284 РФ, МПК В21В 45/02, № 2010111067/22, заявл. 23.03.21010, опубл. 10.09.2010. Бюл. № 25.
  15. А. Б. Юрьев, В. Д. Сарычев, В. Я. Чинокалов, М. В. Зезиков, В. Е. Громов, Известия вузов. Черная металлургия, № 2: 38 (2002).
  16. Э. В. Козлов, А. В. Плевков, А. Б. Юрьев, Известия вузов. Физика, № 3: 49 (2002).
  17. А. Б. Юрьев, В. Е. Громов, В. Я. Чинокалов, В. Я. Целлермаер, Э. В. Козлов, Материаловедение, № 10: 26 (2003).
  18. Ю. Ф. Иванов, А. Б. Юрьев, А. Б. Плевков, Известия вузов. Черная металлургия, № 10: 57 (2003).
  19. А. Б. Юрьев, Ю. Ф. Иванов, М. М. Морозов, В. Е. Громов, Э. В. Козлов, Деформация и разрушение материалов, № 3: 43 (2005).
  20. В. Е. Панин, В. А. Лихачев, Ю. В. Гриняев, Структурные уровни деформации твердых тел (Новосибирск: Наука: 1985).
  21. В. Е. Громов, Э. В. Козлов, В. А. Бердышев, Градиентные структурно-фазовые состояния в рельсовой стали (Москва: Недра: 2000).
  22. О. Ю. Ефимов, А. Б. Юрьев, В. Е. Громов, Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, № 12: 57 (2007).
  23. Е. Г. Белов, В. Я. Чинокалов, Л. М. Полторацкий, О. Ю. Ефимов, В. Е. Громов, Проблемы черной металлургии и материаловедения, № 3: 62 (2009).
  24. Е. Г. Белов, О. Ю. Ефимов, Л. М. Полторацкий, В. Я. Чинокалов, В. Е. Громов, Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, № 12: 18 (2009).
  25. Е. Г. Белов, Л. М. Полторацкий, О. Ю. Ефимов, С. В. Коновалов, В. Е. Громов, Известия ВУЗов. Черная металлургия, № 2: 33 (2010).
  26. П. Хирш, А. Хови, Р. Николсон, Д. Пэшли, М. Уэлан, Электронная микроскопия тонких кристаллов (Москва: Мир: 1968) (пер. с англ.).
  27. Д. Брандон, У. Каплан, Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля (Москва: Техносфера: 2004) (пер. сангл.). Crossref
  28. Л. М. Утевский, Дифракционная электронная микроскопия в металловедении (Москва: Металлургия: 1973).
  29. Г. Томас, М. Дж. Гориндж, Просвечивающая электронная микроскопия материалов (Москва: Наука: 1983) (пер. с англ.).
  30. Ю. Н. Петров, Дефекты и бездиффузионное превращение в стали (Киев: Наукова думка: 1978).
  31. В. М. Счастливцев, Д. А. Мирзаев, И. Л. Яковлева, Структура термически обработанной стали (Москва: Металлургия: 1994).
  32. А. Ю. Калетин, В. М. Счастливцев, Н. Т. Карева, М. А. Смирнов, Физ. мет. металловед., 56, № 2: 366 (1983).
  33. Н. А. Конева, Э. В. Козлов, Известия ВУЗов. Физика, № 8: 3 (1982).
  34. Ю. Ф. Иванов, Сб. трудов «Эволюция дислокационной структуры, упрочнение и разрушение сплавов» (Томск: ТГУ: 1992), с. 52.
  35. Н. А. Конева, Э. В. Козлов, Вестник ТГАСУ, № 1: 21 (1999).
  36. В. Е. Громов, Э. В. Козлов, В. И. Базайкин, В. Я. Целлермаер, Ю. Ф. Иванов, Физика и механика волочения и объемной штамповки (Москва: Недра: 1997).
  37. Л. И. Тушинский, А. А. Батаев, Л. Б. Тихомирова, Структура перлита и конструктивная прочность стали (Новосибирск: Наука: 1993).
  38. Ю. Ф. Иванов, Э. В. Козлов, Известия ВУЗов. Черная металлургия, № 12: 38 (1990).
  39. Ю. Ф. Иванов, Э. В. Козлов, Известия ВУЗов. Физика, № 2: 39 (1993).
  40. Ю. Ф. Иванов, Известия ВУЗов. Физика, № 5: 74 (1993).
  41. Ю. Ф. Иванов, Э. В. Козлов, Известия ВУЗов. Черная металлургия, № 12: 26 (1994).
  42. Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, В. В. Целлермаер, Н. А. Попова, Э. В. Козлов, Известия ВУЗов. Черная металлургия, № 6: 31 (2001).
  43. Ю. Ф. Иванов, А. Б. Юрьев, В. В. Коваленко, А. В. Плевков, В. Е. Громов, Э. В. Козлов, Известия академии наук. Серия физическая, 67, № 10: 1402 (2003).
  44. А. Б. Юрьев, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Э. В. Козлов, Известия ВУЗов. Черная металлургия, № 6: 34 (2004).
  45. В. В. Коваленко, Ю. Ф. Иванов, А. Б. Юрьев, Э. В. Козлов, В. Е. Громов, Материаловедение, № 6 (99): 49 (2005).
  46. А. Б. Юрьев, Ю. Ф. Иванов, М. М. Морозов, В. Е. Громов, Известия ВУЗов. Черная металлургия, № 6: 39 (2005).
  47. Ю. Ф. Иванов, И. Б. Целлермаер, В. П. Ротштейн, В. Е. Громов, Физическая мезомеханика, 9, № 5: 107 (2006).
  48. О. Ю. Ефимов, А. Б. Юрьев, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Известия ВУЗов. Черная металлургия, № 2: 54 (2007).
  49. Yu. F. Ivanov, V. E. Gromov, and S. V. Konovalov, Arabian Journal for Science and Engineering, 34, No. 2А: 219 (2009).
  50. В. Е. Громов, Ю. Ф. Иванов, С. В. Коновалов, А. Б. Юрьев, О. Ю. Ефимов, Е. Г. Белов, В. Б. Костерев, В. Я. Чинокалов, Прочность и пластичность материалов при внешнем энергетическом воздействии (Новокузнецк: Издательство «Интер-Кузбасс»: 2010), с. 152.
  51. М. В. Белоус, В. Т. Черепин, М. А. Васильев, Превращения при отпуске стали (Москва: Металлургия: 1973).
  52. G. Speich and Р. R. Swann, J. Iron and Steel Inst., 203, No. 4: 480 (1965).
  53. В. И. Изотов, А. Г. Козлова, Физика и механика материалов, 80, вып. 1: 97 (1995).
  54. В. И. Изотов, Г. А. Филиппов, Физика и механика материалов, 87, вып. 4: 72 (1999).
  55. G. R. Speich, Trans. Met. Soc. AIME, 245, No. 10: 2553 (1969).
  56. D. Kalich and E. M. Roberts, Met. Trans., 2, No. 10: 2783 (1971). Crossref
  57. E. J. Fasiska and H. Wagenblat, Trans. Met. Soc. AIME, 239, No. 11: 1818 (1967).
  58. N. Ridley, H. Stuart, and L. Zwell, Trans. Met. Soc. AIME, 246, No. 8: 1834 (1969).
  59. С. И. Веселов, Е. З. Спектор, Физика и механика материалов, 34, № 5: 895 (1972).
  60. М. В. Белоус, Металлофизика: Респ. межвед. сб., № 32: 79 (1970).
  61. М. В. Белоус, Закономерности формирования карбидных и нитридных фаз при отпуске сплавов железа (Автореферат дис. … д-ра техн. наук) (Киев: 1972).
  62. В. Н. Гриднев, В. Г. Гаврилюк, В. М. Надутов, Ю. А. Полушкин, Физика и механика материалов, 50, вып. 3: 582 (1980).
  63. Ю. Ф. Иванов, Е. В. Корнет, Э. В. Козлов, В. Е. Громов, Закаленная конструкционная сталь: структура и механизмы упрочнения (Новокузнецк: Изд-во СибГИУ: 2010).
  64. В. И. Трефилов, С. А. Фирстов, Ю. В. Мильман, Физические основы прочности тугоплавких металлов (Киев: Наукова думка: 1975).
  65. П. Б. Хирш, Ф. Дж. Хэмпфри, Физика прочности и пластичности (Москва: Металлургия: 1972), с. 158.
  66. A. J. E. Foreman and M. I. Maki, Phil. Mag., 14, No. 9: 911 (1966). Crossref
  67. П. Хаазен, Физическое металловедение (Москва: Мир: 1968), с. 248.
  68. Р. Фляйшер, У. Хиббард, Структура и механические свойства металлов (Москва: Металлургия: 1967), c. 85.
  69. М. И. Гольдштейн, Б. М. Фарбер, Дисперсионное упрочнение стали (Москва: Металлургия: 1979).
  70. Э. В. Козлов, Н. А. Попова, Ю. Ф. Иванов, Л. А. Теплякова, Известия ВУЗов. Физика, № 10: 13 (1992).
  71. L. A. Norstrom, Scandinavian J. Met., 5, No. 4: 159 (1976).
Цитируется (3)
  1. V. E. Gromov, A. A. Yur’ev, Yu. F. Ivanov, S. V. Konovalov et al., Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 39, 1599 (2018).
  2. V. E. Kormyshev, V. E. Gromov, Yu. F. Ivanov and S. V. Konovalov, Usp. Fiz. Met. 18, 111 (2017).
  3. V. V. Kurylyak and G. I. Khimicheva, Usp. Fiz. Met. 18, 155 (2017).

© 2013–2018 «ИМФ НАН Украины»