Масштабные уровни эволюции структурно-фазовых состояний при упрочнении стальной арматуры и чугунных валков

Ефимов, Олег Юрьевич

Масштабные уровни эволюции структурно-фазовых состояний при упрочнении стальной арматуры и чугунных валков тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Ефимов, Олег Юрьевич АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Новокузнецк МЕСТО ЗАЩИТЫ

2007 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Масштабные уровни эволюции структурно-фазовых состояний при упрочнении стальной арматуры и чугунных валков»

Автореферат диссертации на тему "Масштабные уровни эволюции структурно-фазовых состояний при упрочнении стальной арматуры и чугунных валков"

На правах рукописи

□□3054970

Ефимов Олег Юрьевич

МАСШТАБНЫЕ УРОВНИ ЭВОЛЮЦИИ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫХ СОСТОЯНИЙ ПРИ УПРОЧНЕНИИ СТАЛЬНОЙ АРМАТУРЫ И ЧУГУННЫХ ВАЛКОВ

Специальность 01 04 07 - "Физика конденсированного состояния"

Автореферат

диссертации на соискание

ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк - 2007

003054970

Работа выполнена в государственных образовательных учреждениях высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" и "Томский государственный архитектурно-строительный университет"

Научный руководитель

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Громов Виктор Евгеньевич

доктор физико-математических наук, профессор Данилов Владимир Иванович

доктор технических наук,

доцент Смирнов Александр Николаевич

Ведущая организация

Институт металловедения и физики металлов им Г В Курдюмова ЦНИИЧМ им И П Бардина, г Москва

Защита состоится " 23 " апреля 2007 года в 10 часов на заседании диссертационного совета К212 252 01 в ГОУВПО "Сибирский государственный индустриальный университет" по адресу 654007, г Новокузнецк, Кемеровской области, ул Кирова, 42

Факс (3843) 465792, e-mail gromov@physics sibsiu ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУВПО "Сибирский государственный индустриальный университет"

Автореферат разослан " 20 " марта 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Куценко А И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Разработка и внедрение новых ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих повышение производительности труда и качественных показателей продукции, во многом определяют эффективное развитие отраслей промышленности

В настоящее время при производстве строительной арматуры в металлургической промышленности активно применяются технологии принудительного охлаждения раскатов в линии сортовых станов, обеспечивающие значительное повышение прочностных свойств без использования дорогостоящих легирующих добавок

Не менее важной проблемой, в значительной степени определяющей показатели работы станов, является повышение стойкости чугунных валков для прокатки арматуры Одним из направлений ее решения является плазменная закалка рабочей поверхности калибров валков

Целенаправленное управление эксплуатационными свойствами сталей и сплавов, разработка оптимальных режимов их упрочнения должны базироваться на знании процессов структурообразования при различных технологических воздействиях Для решения вышеуказанных технологических задач необходимо исследование физической природы и закономерностей формирования и эволюции структурно-фазовых состояний на различных масштабных уровнях в арматурных стержнях из низколегированных сталей при прерывистой закалке с температуры конца прокатки и в литых чугунных валках в процессе плазменного упрочнения и последующей эксплуатации

Работа выполнялась в соответствии с грантами Министерства образования и науки РФ по фундаментальным проблемам металлургии (2004-2006 г г), темами ГОУ ВПО "Сибирский государственный индустриальный университет" и "Томский государственный архитектурно-строительный университет"

Комплекс выполненных в рамках данной работы исследований по разработке и внедрению технологии термического упрочнения строительной арматуры в условиях ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат" удостоен премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники за 2006 год

Цель работы: установление физической природы и закономерностей формирования и эволюции на различных масштабных уровнях структурно-фазовых состояний и механических свойств термически упрочненной стальной арматуры большого диаметра и чугунных валков после плазменной обработки и эксплуатации

Для достижения цели в ходе работы решались следующие задачи

1 Исследование на различных масштабных уровнях формирования фазового состава, дефектной субструктуры, поверхности разрушения и механических свойств арматуры из стали 18Г2С диаметром 50 мм, упрочненной по режиму прерванной закалки в потоке сортового стана

2 Установление механизмов формирования градиентных структурно-фазовых состояний в стальной арматуре большого диаметра при термическом упрочнении

3 Установление закономерностей формирования дефектной субструктуры, элементного и фазового состава в условиях плазменного упрочнения валков из чугуна марки СШХНФ

4 Анализ эволюции дефектной субструктуры, элементного и фазового состава и поверхности разрушения чугунных плазменноупрочненных валков на различных масштабных уровнях при прокатке термически упроченной арматуры

5 Анализ формирования и эволюция далыюдействующих полей напряжений в процессе плазменного упрочнения чугунных прокатных валков и последующей их эксплуатации

Научная новизна впервые на макро,- мезо,- микро- и наноструктур-ном уровнях проведены сравнительные качественные и количественные исследования фазового и элементного состава, дефектной субструктуры валков из чугуна марки СШХНФ после плазменного упрочнения и эксплуатации на прокатном стане и арматуры диаметра 50 мм из стали 18Г2С после термического упрочнения по схеме прерванной закалки Проведен фрактографиче-ский анализ поверхностей разрушения, выявлены механизмы, влияющие на служебные характеристики валков и арматуры

Практическая значимость работы, подтвержденная актами внедрения ее результатов в промышленности, заключается в существенном увеличении служебных характеристик плазменноупрочненных прокатных валков и арматуры диаметром 50 мм, термически упрочненной по режиму прерванной закалки

Достоверность результатов работы определяется корректностью поставленных задач, применением апробированных методик и методов современного физического материаловедения, необходимым и достаточным количеством экспериментального материала для корректной статистической обработки, сопоставлением полученных результатов с данными других авторов

Положения, выносимые на защиту:

1 Масштабные уровни эволюции структурно-фазового состояния и де-

фектной субструктуры арматуры диаметром 50 мм из стали 18Г2С, формирующиеся в процессе термического упрочнения в линии прокатки

2 Закономерности организации фазового состава, дефектной субструктуры и механических свойств термически упрочненной арматуры.

3 Масштабные уровни эволюции структуры, фазового состава и дефектной субструктуры на поверхности валков из чугуна марки СШХНФ после плазменного упрочнения и эксплуатации на прокатном стане

4 Закономерности изменения элементного и фазового состава, дефектной субструктуры в упрочненной поверхности чугунных валков

5 Закономерности формирования дальнодействующих полей напряжений в чугунных валках после плазменной обработки и эксплуатации

Личный вклад автора состоит в научной постановке задач исследования, анализе литературных данных, выполнении металлографических, электронно-микроскопических и других исследований и механических испытаний термически упрочненной арматуры и плазменно-упрочненных валков, статистической обработке и анализе полученных результатов, внедрении технологий в производство

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались на следующих научных конференциях и семинарах Бернцггей-новских чтениях по термомеханической обработке металлических материалов", Москва, 2001, 2006, Межгосударственной научно-технической конференции "Современная металлургия начала нового тысячелетия", Липецк, 2001, XIV, XV Международных научных конференциях "Строительство, материаловедение, машиностроение (Стародубовские чтения)", Днепропетровск, 2004, 2005, XVI, XVII Петербургских чтениях по проблемам прочности, С -Петербург, 2005, 2007, Всероссийской научно-практической конференции "Металлургия, новые технологии, управление, инновации и качество", Новокузнецк, 2005; III Российской научно-технической конференции "Физические свойства металлов и сплавов", Екатеринбург, 2005, 44 Международной конференции "Актуальные проблемы прочности", Вологда, 2005, XVIII Уральской школе металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического материаловедения сталей и сплавов", Тольятти, 2006, III Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур», Москва, 2006, Всероссийской конференции "Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред и конструкций", Новосибирск, 2006, 45 международной конференции "Актуальные проблемы прочности", Белгород, 2006, III Международной научно-технической конференции "Современные проблемы машиностроения", Томск, 2006; IV Ме-

ждународной конференции "Фазовые превращения и прочность кристаллов", Черноголовка, 2006

Материалы диссертации опубликованы в 12 печатных работах, по ее результатам получено 11 патентов Список публикаций в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, приведен в конце автореферата

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, цитируемой литературы из 226 наименований, содержит 246 страниц машинописного текста, в том числе 110 рисунков и 25 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сделано обоснование актуальности проводимых исследований, отмечена научная новизна, практическая значимость и реализация результатов работы

Первая глава является обзорной и содержит анализ литературных данных о способах формирования градиентных структурно-фазовых состояний в чутунах и сталях и современных технологиях упрочнения арматурного проката.

Рассмотрены результаты работ по повышению качества термически упрочненной арматуры, в частности по предотвращению ее охрупчивания и коррозионного растрескивания Приведены данные о влиянии легирующих элементов на комплекс механических свойств арматуры из углеродистой стали Рассмотрены методы исследования фазовых превращений, происходящих при горячей пластической деформации и последующем ускоренном охлаждении, а так же методы математического моделирования превращения аустени-та при неизотермических условиях На основании проведенного анализа обоснованы цель и задачи настоящей работы

Представлен обзор технологий поверхностного упрочнения прокатных валков, включающий физико-технические представления плазменного поверхностного упрочнения железоуглеродистых сплавов с использованием дуги прямого или косвенного действия Проведен анализ перспективности использования технологий упрочнения прокатных валков в условиях ОАО "ЗСМК"

Во второй главе приведены используемые в исследованиях материалы, методики проведения экспериментов и исследования структуры, фазового состава материала и механических свойств

Материалом исследований являлась стержневая арматура номинальным диаметром 50 мм из стали 18Г2С по ГОСТ 5781 "Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций"и чугун марки СШХНФ с шаро-

видным графитом, химический состав которых соответствовал требованиям таблицы 1 (чугун дополнительно содержит 0,2-0,4% хрома и 1,4 -1,6% никеля) Прокатка арматуры проводилась на сортовом стане 450 После выхода из последней клети стержни подвергались принудительному охлаждению в установках термического упрочнения (УТУ) до температур 500-600°С, а затем доохлаждались на воздухе Термическое упрочнение проводилось по режиму прерывистой закалки

Измерение зеренной и субзе-ренной структуры стали проводили методами металлографии травленого шлифа (прибор МИМ-10) и просвечивающей электронной дифракционной микроскопии (прибор ЭМ-125), а поверхности разрушения -сканирующей электронной микроскопии (прибор SEM Philips 550) Для идентификации фаз применялся дифракционный анализ с использованием темно-польной методики и последующим индицированием микроэлектронограмм Изображения тонкой структуры материала были использованы для классификации структуры по морфологическим признакам, определения размеров, объемной доли и мест локализации вторичных фаз и выделений, скалярной <р> и избыточной р± плотности дислокаций

Определение механических свойств проката проводили стандартными методами на растяжение по ГОСТ 1497 и ГОСТ 12004, на изгиб по ГОСТ 14019 Испытания на растяжение проводили на разрывной машине ZPC-2000, на твердость - приборе ПМТ-3

Теоретическое определение параметров процесса охлаждения проводилось с помощью решения тепловой краевой задачи в осесимметричном случае для расчета температурных полей по радиусу и в зависимости от времени Использовались полуэмпирические методики расчета диаграмм изотермического распада аустенита, имеющие вид аналитических зависимостей начала и конца времени превращения от температуры для различных фазовых составляющих

Износостойкость поверхностных слоев чугуна исследовалась на лабораторной установке в условиях трения скольжения без смазки Критерием износостойкости служило предельное удельное давление, для которого изнашивание прекращается при данной величине постоянной нагрузки

В третьей главе рассмотрен вопрос повышения эксплуатационной стойкости валков для прокатки арматурной стали периодического профиля и

Таблица 1 - Химический сосгав исследованных материалов

Марка стали Содержание элементов, %

углерод кремний марганец сера | фосфор не более

сталь 18Г2С чугун СШХНФ 0,18-0,22 3,3-3,5 0,60-0,90 1,35-1,7 1,20-1,60 0,5-0,65 0,030 <0,02 0,040 <0,2

приведены результаты исследования модифицированных поверхностных слоев чугунных валков.

Плазменную поверхностную обработку образцов и прокатных валков проводили на опытно - промышленной установке, выполненной на базе наплавочной установки УПН-303, преобразование которой заключалось в подключении источник питания АГ1Р-403 и плазмотрона косвенного действия типа ПУН-3.

Представлены результаты металлографического исследования структуры модифицированных слоев чугуна СШХНФ с шаровидным графитом после плазменной обработки (рис. 1).

Рисунок 1 - Микроструйуры поверхностного слоя ч\чунз СШХНФ после плазменной обработан: а) - общий вид зоны плазменного воздействия (*200); О. о) - зоны опна&пения н ¡ермкческого алиянич. (*800)

Полученные данные позволяют выявить закономерности влияния режимов обработки на толщину и структуру поверхностных слоев валкового чугуна (табл. 2), а именно формирование упрочненного слоя, состоящего из зоны оп-

Таблица 2 - Параметры АЛаз м Си нон обработки образцов из чугу н а СШХНФ

№ n/n Режим обработки Погонная энергия, 0,05*Вт с/см! Температура поверхности t, "С Величина зон, мм Зона упрочнения (расч.), им

и V, см/с 30 ЗТВ П

1 150 2,0 663 820 -/ - 0,030 0,27

2 ¡50 1,4 950 980 - / - 0,55 0,75

3 150 0,9 1470 1225 -/- 0,84 1,30

4 5 180 1,5 1060 1140 0,66 1,02

180 10 1590 1395 1,60

' 6 200 1,4 1260 1200 -/- 0,78 1Д0

7 250 и 1700 1670 0,25 1,10 1,75

8 300 1,0 2650 2300 0,40 1,47 2,35

лавления (рис. 1 б) с твердостью 1000-1100 НУ и структурой мелкодисперсного аустенита и цементита, и зоны термического влияния с твердостью 400-990 НУ и структурой мартенсита, остаточного аустенита и графита (рис. I в).

С целью изучения изменений структуры, твердости и других свойств модифицированной поверхности моделировали температурный режим нагрева поверхности валков при прокатке. Изотермический ошуск приводит к общему снижению микротвердости упрочненных слоев (рис. 2), В конечном итоге микротвердость упрочненных поверхностных слоев остается на уровне 600-700 НУ.

-500"С -650"С -700 °С -700 °С (70ч)

0 01 0203040506 07 08 Расстояние от поверхности мм

Рисунок 2 - Влияние температуры отпуска на микротвердость упрочненного слоя чугуна марки СШХНФ Время выдержки 2 часа

Металлографические исследования показывают, что после низкотемпературной термической обработки (с температур ниже фазового превращения) в упрочненном слое сохраняются зоны плавления и термического влияния, что положительно сказывается на эксплуатационных свойствах чугуна

Плазменное упрочнение практически в два раза повышает износостойкость поверхности чугуна в сравнении с литой основой, что объясняется формироранием твердой аустенитно-мартенситной структуры (рис 3)

Оупрочн без т/о ■ 500 "С

Ж основа, литая

Дчина пути трения, м Рисунок 3 - Влияние температуры отпуска на износостойкость упрочненных поверхностных слоев чугуна

Результаты промышленных испытаний показали повышение стойкости валков чистовых клетей для прокатки периодических арматурных профилей в 1,8 раза по сравнению с нормативной стойкостью, при этом обработка проводилась в оптимальном диапазоне погонной энергии 950-1400 Втхс/см3 (табл 3)

№п/п Диаметр валков, мм Режим обработки Прокатано металла Удельный износ, мм/100т Превышение нормативной стойкости, %

сопло, мм I, А V, см/с неупр упроч

1 530 12 130 2,0 673 0,075 0,07 +18

2 505 12 150 1,7 986 0,175 0,089 +73

3 505 12 150 1,5 1026 0,175 0,08 +80

В четвертой главе рассмотрены результаты, полученные при исследовании элементного состава, поверхности разрушения, фазового состава и дефектной субструктуры фрагментов валков из чугуна марки СШХНФ сразу

после плазменной обработки и после его отработки на стане при прокатке термоупрочненной арматуры. Показано, что плазменное упрочнение валков приводит к формированию слоистой структуры. Выявлен слой, кристаллизующийся при охлаждении расплава, и зона термического влияния. Вследствие высоких скоростей нагрева и охлаждения на поверхности упрочнения формируются микродефекты (микротрещин и микровыбоин) (рис. 4а). Причи-

Рнсунок 4 - Структура поверхности ьалка после плазменной обработки (а) и эксплуатации на стане при прокатке (б). Скапируюшая электронная микроскопии

ной формирования микротрещин являются термоупругие напряжения, возникающие как следствие различия коэффициентов термического расширения матрицы и включений (графит, цементит), так и в результате возникновения в материале градиента поля напряжений вследствие высоких скоростей охлаждения изделия при плазменной обработке. Эксплуатация валка, подвергнутого плазменной обработке, сопровождается разрушением поверхностного слоя путем формирования фрагментов и выкрашивания материала в зоне контакта соседних фрагментов, (рис. 46). Слой, формирующийся при кристаллизации расплава, имеет ярко выраженную столбчатую структуру (рис. 5а). Экституа-

Поверхность воздействия

Рисунок 5 - Структура поверхности излома валка после плазменной обработки (а) и последующей отработки на стане (б). Сканирующая злеюрокная ¿микроскопия. Поверхность плазменной о^раЪогкн указана стрелками

тация плазменноупроч ценного валка на стане при прокатке термоупрочненной арматуры привела к трансформации столбчатой структуры с образованием равноосных кристаллитов, размеры которых составляют 5-8 мкм (рис. 56). На из-

ломе выявляются чашечки скола, имеющие размеры -0,8-1 мкм Последнее свидетельствует о том, что минимальным элементом разрушения поверхностного слоя являются столбики кристаллизации Между данным слоем и слоем термического влияния отчетливо выявляются протяженные трещины, указывающие на наличие поверхности раздела, вдоль которой материал расслаивается при эксплуатации валка

Методами послойной дифракционной электронной микроскопии проведены исследования фазового состава и дефектной субструктуры валков, подвергнутых плазменной обработке Выявлено формирование структуры, основными составляющими которой являются а-фаза, у-фаза, графит и карбид железа (цементит, орторомбическая кристаллическая решетка) Показано, что данные фазы распределены в объеме исследуемого материала закономерным образом, относительное содержание их существенным образом зависит от глубины анализируемого слоя

Структурно-фазовое состояние слоя, лежащего за пределами зоны термического влияния, представлено зернами перлита пластинчатой и глобулярной морфологии (основным является перлит пластинчатой морфологии), зернами «псевдоперлита», зернами графита, глобулами цементита и зернами структурно свободного феррита, содержащими в небольшом количестве на-норазмерные частицы цементита

Слой, расположенный в зоне термического влияния, состоит из набора следующих фаз аустенита остаточного, мартенсита пластинчатого и мартенсита пакетного, перлита пластинчатого и глобулярного, глобул цементита и графита Выявлено формирование в объеме колоний перлита высоконеравновесной структуры, характерной для процессов, протекающих с высокими скоростями нагрева и охлаждения А именно, образование в объемах бывших пластин феррита кристаллов мартенсита при частичном сохранении пластин цементита (рис 6) Слой, расположенный у дна ванны расплава, сформировался в результате скоростной перезакалки Основными составляющими структуры являются аустенит и мартенсит, присутствуют не растворившиеся глобулы цементита и графита Малое время термического воздействия привело к подавлению выравнивающей диффузии углерода Это способствовало формированию высоконеоднородной структуры

А именно наблюдаются зерна структурно свободного аустенита, зерна аустенита, содержащие в своем объеме и по границам частицы цементита, зерна аустенита, содержащие кристаллы мартенсита, объемная доля которых изменяется от единиц до десятков процентов, зерна, в которых мартенситное

Рисунок 6 - Электронно-микроскопическое изображение структуры упрочненного салка 11а-кетаый мартеноп" в пластинах феррита перлитной структуры; а, 6 -■ темные полис в рефлексах [П0]а-Гс и [0101Ре}С, соответственно; в, г - мнкроэлек-фпчпгряммы к (а) и (б), соотйегствйн-но (стрелкой указан рефлекс темного поля)

превращение прошло практически полностью и сформировалась структура, в основном пакетного мартенсита, характерного для низко- и среднеуглероди-стых сталей.

На поверхности плазменной обработки выявлено формирование нано-размерной структуры (размер кристаллитов 35-40 нм) на основе а-фазы. По границам кристаллов а-фазы обнаружены частицы цементита, размеры которых -3-5 нм (рис. 7а).

Рисунок 7 - Электронно-микроскопическое изображение структуры, формирующейся в результате плазменной обработки (а, б) и последующей эксплуатации яаяка на гсрокатноч стане (в, г); а, в - темные поля полученные а рефлексе [3 ¡0]'! 1-е, б, г - микро>лекгроно-граммы к (а) и (&) (стрелками указаны рефлексы темного поля)

Второй составляющей структуры поверхностного слоя являются кристаллы мартенсита в основном пакетной морфологии. В небольшом количестве обнаруживаются зерна а-фазы, размеры которых составляют 0,5-1 мкм, и островки остаточного аустенита. Глобулы цементита и графита не обнаруживаются. После эксплуатации валка на прокатном стане на поверхности формируется су б микрокристаллическая структура, размеры кристаллитов которой изменяются в пределах 0,1 А15 мкм (рис. 7в).

Плазменная обработка валков приводит к формированию дальнодейст-вующих полей напряжений, источниками которых являются внутрифазкые и межфазные границы раздела. Показано, что поля напряжений максимальной

Таблица 4 - Анализ кривизны-кручения кристаллической решетки и дальнодействующих полей __напряжений а- и у- фаз железа__

Структурные элементы Ь, нм X, 102, рад/см с, МПа

Ь(шт) Ь(тах) Х(тт) Х(тах) а(тт) о(тах)

Зерна структурно свободного феррита 250 715 2,5 7 210 350

Зерно аустенита с кристаллами мартенсита 60 200 8,5 28 390 700

Перлит пластинчатый 24 56 30,5 71 730 1120

Перлит глобулярный 8 16 106 212 1360 1930

Наноразмерные зерна феррита 5 33 52 340 960 2450

величины формируются в поверхностном слое в структуре нанокристалличе-ских зерен феррита (табл 4) Эксплуатация плазменноупрочненного валка приводит к перераспределению дальнодействующих полей напряжений, однако максимальный уровень напряжений сохраняется в структуре поверхностного слоя, а именно, в структуре зерен феррита субмикрокристаллических размеров — а = 1730 МПа, однако величина их становится несколько ниже по сравнению с плазменноупрочненными валками (а = 2450 МПа) (табл 5) Данный струк-

Таблица 5 - Анализ кривизны-кручения кристаллической решетки и дальнодействующих полей

напряжений а- и у- фаз железа

Структурные элементы Ь, нм X, 102,рад/см сг, МПа

Ь(тш) Ь(шах) Х(шт) Х(тах) сг(тт) с(тах)

Зерна структурно свободного феррита 50 230 3,5 7,5 245 360

Пакетный мартенсит 84 144 12 20 455 600

Пластинчатый мартенсит 60 200 8,5 28,5 385 705

Перлит пластинчатый 31 108 15,5 55 525 985

Наноразмерные зерна феррита 10 20 85 170 1225 1730

турный элемент наиболее опасен с точки зрения формирования в валках микротрещин Минимальный уровень полей напряжений (ст = 245 МПа) зафиксирован в зернах структурно свободного феррита Отметим, что величина данных полей близка к величине полей напряжений зерен феррита плазменноупрочненного валка (ст = 350 МПа) Методами микрорентгеноспектрального анализа выявлено перераспределение легирующих элементов в структуре валка как в процессе плазменной обработки, так и при последующей эксплуатации на прокатном стане Установлено, что на поверхности обработки наблюдается существенное снижение концентрации никеля (более чем в два раза), увеличение концентрации хрома (в ~1,5 раза) и кремния (в -1,4 раза) Концентрация марганца при этом практически не изменяется При эксплуатации плазменноупрочненного валка сохраняется тенденция к повышению содержания хрома

в поверхностном слое чугуна по отношению к объему материала; концентрация кремния и марганца при этом практически не изменяется.

В пятой главе на различных структурно-масштабных уровнях проведены исследования поверхности разрушения, фазового состава и дефектной субструктуры арматуры диаметра 50 мм из стали 18Г2С, термоупрочданной с горячего проката по схеме прерванной закалки. Установлено, что термоупрочнение с горячего проката по схеме прерванной закалки сопровождается формированием слоистой структуры, характеризующейся закономерным изменением величины микротвердости (рис. 8а).

и ж»-

^ 2ИО-

| »»•

0 5500

& ™

г ям

гхю

5 1950

Риеучак В- Зависимость микротвердости (нагрузка на сшлснтар : 1£) от расстояния до центра арматурного стержня 050 ми (а); зонное строение арматурного стержня (металлография фаштеного шлифа) (6). 1 - поверхностный; 2 - промежуточный; 3 - переходный; 4 осев ай eJtoи

Выделенные при построении профиля микротвердости слои названы поверхностным (рис. 8а, слой 1), промежуточным {слой 2), переходным (слой 3) и приосевым (слой 4). Слоистое строение арматуры проявляется на различных структурно-масштабных уровнях: макро- (образец в целом), мезо- (зерен носу 6 зерен ный ансамбль) и микро- (карбидная подсистема) уровнях. На макро-масштабном уровне анализа структуры, выполненном методами металлографии на поперечном ссчении прутка, слоевое строение проявляется в виде кон центрических зон различной травимости (рис. 86).

Методами сканирующей электронной микроскопии установлено, что поверхность разрушения поверхностной зоны имеет характерное «чашечное» строение со средним размером фасеток 3-5 мкм, что существенно меньше, чем средний размер зерен данного слоя (рис. 9а). Можно ожидать, что данные размеры соответствуют средним размерам пакетов кристаллов мартенсита закаленной стали. В отдельных случаях выявляется более дисперсный уровень структуры поверхности разрушения, размеры которого изменяются в пределах от 0,3 до 1,0 мкм, что, по всей видимости, соответствует размерам отдельных кристаллов мартенсита и субзерен. Отличительной особенностью

Рисунок 9 - Фрактотрафия поверхности разрушения приповерхностного (а) и переходного (б)

слоев термоупрочненного арматурного прутка диаметром 50 мм

поверхности разрушения переходного слоя является высокая размерная неоднородность фасеток скола, величина которых изменяется от долей до единиц микрометра (рис. 96). Данные факты свидетельствуют о высоком уровне разнообразия элементов дефектной субструктуры, формирующих данный слой прутка по сравнению с приповерхностным слоем. Поверхность разрушения центральной части прутка имеет «чашечное» строение, однако, в отличие от приповерхностного слоя, характеризуется наличием некоторого количества микропор, размеры которых достигают ~5 мкм. Одной из причин формирования микропор является разрушение субмикронных частиц карбидной фазы, присутствующих в данном объеме материала.

Закономерное изменение профиля микротвердости (рис. 8а), формирование колец различной травимости (рис. 86), особенности строения поверхности разрушения (рис. 9) обусловлены структурно-фазовым состоянием арматурного стержня, которое, в свою очередь, задастся режимом термического упрочнения. Методами дифракционной электронной микроскопии тонких фольг выявлено, что в результате принудительного охлаждения б потоке воды вследствие соответствующего изменения механизма полиморфного у=>а превращения стали в приповерхностном слое, обладающем максимальной микротверд остью, формируется преимущественно структура мартенсита отпуска (рис, 10а); структурно-фазовое состояние переходного слоя представлено субзернами и зернами феррита изотропной и анизотропной форм, зернами перлита пластинчатой морфологии и «псе в до перлита», кристаллами бейнита, пластинами видманштеттова феррита (рис. 106); центральная зона сформирована преимущественно зернами перлита пластинчатой морфологии (рис. 10в) и зернами структурно свободного феррита (рис. Юг).

Относительное содержание данных типов структуры закономерным образом изменяется по мере удаления от поверхности арматурного стержня (рис. 11). Дефектная субструктура выявленных типов структуры закономерным ным образом зависит от глубины расположения анализируемого слоя прутка.

Рисунок 10 - Электронпо-микроскоипческне изображение структуры, формирующейея к армату ре диаметра 50 мм, подвергнутой термоупрочнению с горячего проката

X, мм

Рисунок И - Диаграмма структур, формирующиеся к упрочлсчном армгиурчо» прутке 5 - область мартенсита отпуска; 2 - бейяита; 3 - субчерен анизотропных; 4 - субзерен изотропных; 5 -видманштетюва феррита; 6 - «псевдоперлита»; 7 - перлита пластинчатого; 8 - зерен феррита, 1 -поверхностная зона; П - переходная зона; Ш - це!гтральная зона

Наиболее отчетливо это выявляется при анализе поверхностной зоны прутка, в пределах которой формируется структура, образовавшаяся преимущественно по механизму сдвигового (мартенситного) у=>а превращения. Последующий отогрев прутка за счет внутреннего тепла металла привел к отпуску мартенсита. Последнее сопровождалось протеканием ряда процессов.

Во-первых, релаксацией дислокационной субструктуры, величина скалярной плотности дислокаций которой уменьшилась до <р> ~2,б-Ю10 см"2 (в закаленном состоянии величина скалярной плотности дислокаций в кристаллах пакетного мартенсита составляет <р> -МО11 см"2) (рис.)2, кривая 1). Во-

а. о

зо

20 кривизны-кручения кристаллической решет-10 ки феррита % (кривая 2) и относительного содержания субзерен Ру (кривая 3) от рас-0 стояния до поверхности арматурного стержняХ

Рисунок 12 - Зависимость величины скалярной плотности дислокаций р (кривая 1),

00 Об 10 15 20 25 30 35 <0

X, мм

вторых, снижением амплитуды кривизны-кручения кристаллической решетки феррита (рис 12, кривая 2)

В-третьих, перераспределение дислокаций с образованием ячеисто-сетчгтой и фрагментированной субструктуры В-четвертых, разрушением кристаллов мартенсита с образованием субзеренной структуры По мере удаления от поверхности охлаждения относительное содержание субзеренной структуры увеличивается (рис 12, кривая 3) В-пятых, распадом пересыщенного твердого раствора углерода в кристаллической решетке на основе а-железа. В результате этого в структуре стали фиксируется образование частиц цементита Размеры частиц, расположенных на границах зерен феррита, - изменяются в пределах 65-150 нм, на границах субзерен - от 50 до 210 нм, на границах кристаллов мартенсита - 50-60 нм, в объеме кристаллов - 30-40 нм

1. Показано, что плазменное упрочнение валков прокатного стана и термическое упрочнение арматуры по схеме прерванной закалки приводят к формированию слоистой структуры, характеризующейся закономерным изменением механических характеристик, фазового состава, дефектной субструктуры материала и поверхности разрушения и проявляющейся на различных структурно-масштабных уровнях макро- (образец в целом), мезо- (состояние зеренно-субзеренного ансамбля), микро- (состояние карбидной и дислокационной подсистем) и наносггрукгур-ном (состояние твердого раствора) уровнях

2. Установлено, что в результате плазменной обработки в чугунных валках формируются а-фаза, у-фаза, графит и карбид железа. В поверхностном слое обнаружено формирование нанокристаллической зеренной структуры на основе а-фазы (размер кристаллитов 35-40 нм), стабилизированной частицами цементита размером -3-5 нм

3. Установлено, что эксплуатация упрочненных валков сопровождается закономерным изменением дефектной субструктуры и фазового состава чугуна. Опреде-

Основные выводы

лены источники дальнодействующих полей напряжений, формирующихся в валке в результате плазменной обработки и последующей эксплуатации Показано, что поля напряжений максимальной величины формируются в поверхностном слое в структуре нанокристаллических зерен феррита.

4. Показано, что плазменная обработка приводит к перераспределению легирующих элементов в приповерхностном слое чугунных валков Выявлено существенное снижение концентрации никеля (более чем в два раза), увеличение концентрации хрома (в -1,5 раза) и кремния (в —1,4 раза) При эксплуатации плазменноу-прочненного валка сохраняется тенденция к повышению содержания хрома и существенному снижению никеля в поверхностном слое чугуна по отношению к объему материала, концентрация кремния и марганца при этом практически не изменяется

5. Выявлено, что в условиях прерывистой закалки в сечении арматуры из стали 18Г2С действуют различные механизмы полиморфного у=>а превращения, в результате чего в приповерхностном слое формируется преимущественно структура мартенсита отпуска, структурно-фазовое состояние переходного слоя представлено субзернами и зернами феррита изотропной и анизотропной форм, зернами перлита пластинчатой морфологии и «псевдоперлита», кристаллами бейнита, пластинами видманшгеттова феррита, относительное содержание которых существенным образом зависит от расстояния анализируемого слоя до поверхности охлаждения, центральная зона сформирована преимущественно зернами структурно свободного феррита и зернами перлита пластинчатой морфологии

6. Показано, что воздействие сохраненного арматурным стержнем тепла приводит во-первых, к перестройке дислокационной субструктуры и частичной аннигиляции дислокаций, снижению величины кривизны-кручения кристаллической решетки феррита, формированию субзерен и зерен рекристаллизации, во-вторых, к обеднению твердого раствора на основе а-железа атомами углерода; в-третьих, к выделению частиц цементита, морфология и средние размеры которых зависят от типа структуры и вида структурного дефекта, на котором они образуются, расстояния анализируемого слоя до поверхности прутка.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Оптимальные режимы упрочнения арматуры класса А500С после прокатки с повышенной скоростью / В Я Чинокалов, А Б Юрьев, О Ю Ефимов и др // Сталь -2003 -№ 1 -С 94-96

2 Увеличение выхода мерного проката при производстве арматурных профилей / А Б Юрьев, А И Погорелов, О Ю Ефимов // Сталь - 2003 - № 2 - С

63-64

3 Патент №2199593 МПК 7С21Д8/06. Способ изготовления проката из высокоуглеродистой стали / Р С Айзатулов, А И Погорелов, М В Никиташев, ОЮ Ефимов и др -2001104184/02, Заявлено 13 02 2001, Опубл 27 02 2003 Бюлл 6 Приоритет 13 02 2001

4 Технология производства высокопрочной стержневой арматуры малых диаметров / А Б Юрьев, В Я Чинокалов, М В Зезиков, О Ю Ефимов и др // Сталь - 2004 - № 5 - С 88-89

5 Патент №2227811 МПК 7С21Д8/08 Способ термической обработки проката / А Н Лаврик, А И Погорелов, О Ю Ефимов и др - 200212261/02, Заявлено 22 08 2002, Опубл 27.04 2004 Бюлл 12 Приоритет 22 08 2002

6 Повышение стойкости горизонтальных чугунных валков сортопрокатного стана 450 / А Б Юрьев, О Ю Ефимов, В Я Чинокалов и др // Сталь - 2005 -№6 - С 89-91

7 Влияние газонасыщенности на структуру и свойства арматурного проката из непрерывнолитой заготовки / В Я Чинокалов, И А Михаленко, А Б Юрьев, О Ю Ефимов и др //Сталь -2005.-№12 - С 71-74

8 Патент № 48828 МПК 7 В 21 В 45/02 Устройство для ускоренного охлаждения и гидротранспортирования прокатных изделий / А.Б Юрьев, В Я Чинокалов, М В Зезиков, О Ю Ефимов и др - Заявлено 14 06 2005 Опубл 10 11 2005 Бюлл 31 Приоритет 14 06 2005

9 Производство бунтовой арматуры класса А500С в условиях ОАО "ЗСМК" / А Б Юрьев, В Л Чинокалов, О Ю Ефимов и др // БНТИ "Черная металлургия" -2005 -№ 1 -С 468-49

10 Патент № 53597 МПК В21В 1/02. Кассета для продольного разделения горячего раската / А Р Фастыковский, А Б. Юрьев, О Ю Ефимов и др -2005141321/22, Заявлено 28 12 2005, Опубл 27 05 2006 Бюлл 15 Приоритет 28 12 2005 С. 942

11 Плазменное упрочнение валков сортопрокатного стана структурно-масштабные уровни модификации чугуна / А Б Юрьев, О Ю Ефимов, Ю Ф Иванов и др //Физическая мезомеханика -2006 -№2 - С 97-105

12 Патент № 53192 МПК В21Д 45/02 Устройство для термического упрочнения и гидротранспортирования прокатных изделий / А Б Юрьев, В Я Чинокалов, МВ Зезиков, ОЮ Ефимов и др - 2005139065/22, Заявлено 14 12 2005, Опубл 10 05 2006 Бюлл 13, Приоритет 14 12 2005

13 Структура термически упрочненной стержневой арматуры / А Б Юрьев, В.Я Чинокалов, О Ю Ефимов и др // Технология металлов - 2005 - № 9 -

С. 5-7

14 Патент № 51913 МПК В21В45/02 Устройство для ускоренного охлаждения и гидротранспортирования углового проката / А Б Юрьев, В Я Чинока-лов, М В Зезиков, О Ю Ефимов и др. - 2005131514/22, Заявлено 10 10 2005, Опубл 10 03 2006 Бюлл 7 Приоритет 10 10 2005

15 Прочность структурных слоев в сечении термически упрочненной арматуры / В Я Чинокалов, А Б Юрьев, О Ю Ефимов и др // Технология металлов -2005 -№ 10 -С 15-18

16 Патент №20287021 МПК C21D8/08 Способ изготовления высокопрочной термоупрочненной арматурной стали / А Б Юрьев, О Ю Ефимов, В Я Чинокалов и др - 2004138237/02, Заявлено 27 12 2004, Опубл 10 06 2006 Бюлл 31 Приоритет 27 12 2004

17 Структурно-фазовые состояния валков после плазменного упрочнения и эксплуатации / А Б Юрьев, Ю Ф Иванов, О Ю Ефимов, В Я Чинокалов и др // Известия высших учебных заведений Черная металлургия - 2006 - № 8 -С 63-67

18 Патент №55651 МПК В21В45/02 Устройство для ускоренного охлаждения и гидротранспортирования фасонных профилей проката / А.Б Юрьев, В .Я Чинокалов, MB Зезиков, ОЮ Ефимов и др -2006107008/22, Заявлено 06 03 2006; Опубл 27 08 2006 Бюлл 24. Приоритет 27 08 2006

19 Влияние плазменной обработки поверхности на структуру и твердость чугуна с шаровидным графитом / А Б Юрьев, В.Я Чинокалов, О Ю Ефимов и др //Металловедение и термическая обработка металлов - 2006 - № 6 - С 34-37

20 Решение о выдаче патента №2005131334/02(035142) Способ термической обработки прокатных валков / А Б Юрьев, О Ю Ефимов, В Л. Чинокалов и др, Заявлено 10 10 2005

21 Решение о выдаче патента №2006133497/22(036427) Устройство для термического упрочнения и гидротранспортирования прокатных изделий / Т Р. Галиуллин, О Ю Ефимов, В Я Чинокалов и др.; Заявлено 18 09 2006.

22 Решение о выдаче патента №2006145085/22(049226) Устройство для плазменной обработки изделий / Т Р Галиуллин, О Ю Ефимов, М В Никиташев, В Я Чинокалов и др , Заявлено 18 12 2006

23 Формирование структурно-фазовых состояний в арматуре большого диаметра / О.Ю Ефимов, А Б Юрьев, В Е. Громов и др // Известия высших

учебных заведений Черная металлургия — 2007 - № 2 — С 54-56

Изд лиц № 01439 от 05 04 2000 Подписано в печать _ 03 2007 г Формат бумаги 60x84 1/16 Бумага писчая Печать офсетная Уел печ л 1,22 Уч изд л 1,37 Тираж 100 экз Заказ 3 &

Сибирский государственный индустриальный университет 654007, г Новокузнецк, ул Кирова, 42

Издательский центр СибГИУ

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Ефимов, Олег Юрьевич

п.п. Наименование раздела стр.

ВВЕДЕНИЕ

1 Структурно-фазовые изменения при упрочнении арматуры и валков

1.1 Упрочнение арматурного проката: проблемы и перспективы

1.2 Формирование градиентных структурно-фазовых состояний при внешних энергетических воздействиях

1.3 Структурно-масштабные уровни формоизменения и пластической деформации

1.4 Поверхностное унрочнение калибров прокатных валков

1.4.1 Физико-технологические основы тепловых процессов при воздействии концентрированных потоков энергии

1.4.2 Технологии плазменного поверхностного упрочнения валков

1.4.3 Технологические особенности поверхностного упрочнения сортопрокатных валков

1.5 Выводы из литературного обзора и постановка задачи исследования

2 Материал исследования, методы обработки и методики анализа

2.1 Материал и параметры плазменной обработки валков

2.2 Материал стержневой арматуры

2.3 Методики исследования

2.3.1 Механические испытания

2.3.2 Оптическая микроскопия

2.3.3 Сканирующая электронная микроскопия

2.3.4 Дифракционная электронная микроскопия тонких фольг

2.3.4.1 Метод препарирования образцов

2.3.4.2 Методики анализа фазового состава и дефектной субструктуры

3 Разработка технологии упрочнения чугунных валков и стальной арматуры

3.1 Оборудование и технология плазменной обработки

3.2 Исследование структуры и свойств валкового чугуна

3.2.1 Состояние литого чугуна

3.2.2 Состояние чугуна после плазменной обработки

3.3 Промышленные испытания валков чистовых клетей стана

3.4 Термическое упрочнение арматуры диаметром 50 мм

3.4.1 Оборудование для ведения процесса уирочнения

3.4.2 Разработка режимов термического упрочнения

3.4.3 Металлографические исследования

3.5 Выводы

4 Структурно-фазовое состояние поверхности валков из чугуна СШХНФ после плазменной закалки и эксплуатации

4.1 Макромасштабный уровень эволюции структуры

4.1.1 Струюура валка после плазменной обработки

4.1.2 Структура упрочненного валка после эксплуатации на прокатном стане

4.2 Мезомасиггабный уровень эволюции структуры

4.2.1 Фрактография поверхности разрушения упрочненного валка

4.2.2 Фрактография поверхности разрушения после эксплуатации

4.3 Микромасштабный уровень эволюции структуры

4.3.1 Структура чугунного валка после плазменной обработки

4.3.1.1 Фазовый состав валкового чугуна

4.3.1.2 Морфология фаз

4.3.1.3 Кривизна-кручение кристаллической решетки и дальнодейст-вующие поля напряжений после плазменной обработки

4.3.1.4 Градиент структурно-фазового состава, формирующийся при плазменном упрочнении поверхности

4.3.2 Структура упрочненного чугунного валка после отработки на стане

4.3.2.1 Фазовый состав и дефектная субструктура чугуна

4.3.2.2 Кривизна-кручение кристаллической решетки и дальнодейст-вующие поля напряжений после эксплуатации

4.3.2.3 Градиент структурно-фазового состава чугуна после отработки валка на стане

4.4 Наномасштабный (атомарный) уровень эволюции структуры валков

4.4.1 Распределение элементов в структуре упрочненного чугуна

4.4.2 Структура чугуна после отработки валка на стане

4.5 Выводы

5 Закономерности структуро- и фазообразоваиия при термическом упрочнении арматуры из стали 18Г2С

5.1 Макромасштабный уровень организации структурно-фазового состава

5.1.1. Анализ профиля микротвердости прутка

5.1.2. Анализ поверхности поперечного шлифа

5.1.3. Фрактография поверхности разрушения

5.2. Мезомасштабный уровень организации структурно-фазового состава арматурного прутка

5.2.1. Зеренная структура стали 18Г2С

5.2.2. Фрактография поверхности разрушения стержня

5.3. Микромасштабный уровень организации структурно-фазового состава арматуры

5.4 Градиент структуры, формирующейся при термическом упрочнении арматуры

5.4.1 Фазовый состав и субструкгура поверхностного слоя (0,0-4,0 мм от поверхности прутка)

5.4.2 Структура слоев на расстоянии -4,2-6,5 мм от поверхности прутка

5.5 Структура осевой зоны прутка

5.6 Выводы

Введение диссертация по физике, на тему "Масштабные уровни эволюции структурно-фазовых состояний при упрочнении стальной арматуры и чугунных валков"

Стабильная и эффективная работа металлургического производства невозможно без использования новых технических решений на базе ресурсосберегающих технологий. Одним из направлений увеличения прочности стального проката является термическое упрочнение в линии сортовых станов, не требующее широкого привлечения дорогостоящих легирующих материалов.

Западно-Сибирский металлургический комбинат выпускает широкий, по назначению, марочному составу и служебным свойствам, сортамент стержневой арматуры (далее: стержень, пруток, арматура). А в последние два года освоена технология термического упрочнения на класс прочности А500С (сттне менее 500 МПа) стержневой арматуры номинальным диаметром 50 мм. Для реализации в линии среднесортного стана 450 технологии упрочнения по режиму прерванной закалки разработана и изготовлена установка термического упрочнения (УТУ).

Разработка технологий термического упрочнения, обеспечивающих получение требуемого комплекса прочностных и пластических свойств, требует понимания природы структурных процессов, протекающих в сталях при деформационных и температурных воздействий. Выяснение физических механизмов формирования и эволюции структурно-фазовых состояний в сталях является одной из важных задач современной физики конденсированного состояния, поскольку лежит в основе разработки и создания эффективных способов повышения служебных характеристик сталей.

К числу важнейших проблем относится стойкость прокатных валков. В последнее время для упрочнения их поверхности применяют технологии на основе концентрированных источников энергии (электроннолучевые, лазерные и т. д.), заключающиеся в воздействии на малую площадь мощных энергетических потоков высокой плотности. Процесс упрочнения заключается в высокотемпературном нагреве плазменным потоком участка поверхности анодное пятно) и его интенсивном охлаждении со скоростями, обеспечивающими закалочные структуры. При этом стойкость валков может возрастать на -60%.

Решение указанных выше практических задач невозможно понимания природы процессов формирования и эволюции структурно-фазовых состояний в сталях и сплавах в условиях энергетических и деформационных воздействий. Изучение проблемы структурно-фазовых изменений при внешних воздействиях необходимо и для развития теории и практики металловедения и термической обработки.

Не менее важной проблемой, в значительной степени определяющей показатели работы станов, является повышение стойкости чугунных валков для прокатки арматуры. Одним из направлений ее решения является плазменная закалка рабочей поверхности калибров валков.

Целенаправленное управление эксплуатационными свойствами сталей и сплавов, разработка оптимальных режимов их упрочнения должны базироваться на знании процессов структурообразования при различных технологических воздействиях. Для решения вышеуказанных технологических задач необходимо исследование физической природы и закономерностей формирования и эволюции структурно-фазовых состояний на различных масштабных уровнях в арматурных стержнях из низколегированных сталей при прерывистой закалке с температуры конца прокатки и в литых чугунных валках в процессе плазменного упрочнения и последующей эксплуатации.

Работа выполнялась в соответствии с грантами Министерства образования и науки РФ по фундаментальным проблемам металлургии (2004-2006 г.г.), темами ГОУ ВПО "Сибирский государственный индустриальный университет" и "Томский государственный архитектурно-строительный университет".

Комплекс выполненных в рамках данной работы исследований по разработке и внедрению технологаи термического упрочнения строительной арматуры в условиях ОАО "Западно-Сибирский металлуршческий комбинат" удостоен премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники за 2006 год.

Для достижения цели в ходе работы решались следующие задачи:

2 Установление механизмов формирования градиентных структурно-фазовых состояний в стальной арматуре большого диаметра при термическом упрочнении.

3 Установление закономерностей формирования дефектной субструктуры, элементного и фазового состава в условиях плазменного упрочнения валков из чугуна марки СШХНФ.

5 Анализ формирования и эволюция дальнодействующих полей напряжений в процессе плазменного упрочнения чугунных прокатных валков и последующей их эксплуатации.

Научная новизна: впервые на макро,- мезо,- микро- и наноструктур-ном уровнях проведены сравнительные качественные и количественные исследования фазового и элементного состава, дефектной субструктуры валков из чугуна марки СШХНФ после плазменного упрочнения и эксплуатации на прокатном стане и арматуры диаметра 50 мм из стали 18Г2С после термического упрочнения по схеме прерванной закалки. Проведен фрактографиче-ский анализ поверхностей разрушения, выявлены механизмы, влияющие на служебные характеристики валков и арматуры.

Положения, выносимые на защиту:

1 Масштабные уровни эволюции структурно-фазового состояния и дефектной субструктуры арматуры диаметром 50 мм из стали 18Г2С, формирующиеся в процессе термического упрочнения в линии прокатки.

4 Закономерности изменения элементного и фазового состава, дефектной субструктуры в упрочненной поверхности чугунных валков.

5 Закономерности формирования дальнодействующих полей напряжений в чугунных валках после плазменной обработки и эксплуатации.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались на следующих научных конференциях и семинарах: Бернштей-новских чтениях по термомеханической обработке металлических материалов", Москва, 2001, 2006; Межгосударственной научно-технической конференции "Современная металлургия начала нового тысячелетия", Липецк, 2001; XIV, XV Международных научных конференциях "Строительство, материаловедение, машиностроение (Стародубовские чтения)", Днепропетровск, 2004, 2005; XVI, XVII Петербургских чтениях по проблемам прочности, С.-Петербург, 2005, 2007; Всероссийской научно-практической конференции "Металлургия, новые технологии, управление, инновации и качество", Новокузнецк, 2005; III Российской научно-технической конференции "Физические свойства металлов и сплавов", Екатеринбург, 2005; 44 Международной конференции "Актуальные проблемы прочности", Вологда, 2005; XVIII Уральской школе металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического материаловедения сталей и сплавов", Тольятти, 2006; III Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур», Москва, 2006; Всероссийской конференции "Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред и конструкций", Новосибирск, 2006; 45 международной конференции "Актуальные проблемы прочности", Белгород, 2006; III Международной научно-технической конференции "Современные проблемы машиностроения", Томск, 2006; IV Международной конференции "Фазовые превращения и прочность кристаллов", Черноголовка, 2006.

Материалы диссертации опубликованы в 12 печатных работах, по ее результатам получено 11 патентов. Список публикаций в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, приведен в конце автореферата.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, цитируемой литературы из 160 наименований, содержит 182 страницы машинописного текста, в том числе 110 рисунков и 25 таблиц.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Показано, что плазменное упрочнение валков прокатного стана и термическое упрочнение арматуры по схеме прерванной закалки приводят к формированию слоистой структуры, характеризующейся закономерным изменением механических характеристик, фазового состава, дефектной субструктуры материала и поверхности разрушения и проявляющейся на различных структурно-масштабных уровнях: макро- (образец в целом), мезо-(состояние зеренно-субзеренного ансамбля), микро- (состояние карбидной и дислокационной подсистем) и наноструктурном (состояние твердого раствора) уровнях.

2 Установлено, что в результате плазменной обработки в чугунных валках формируются а-фаза, у-фаза, графит и карбид железа. В поверхностном слое обнаружено формирование нанокристаллической зеренной структуры на основе а-фазы (размер кристаллитов 35-40 нм), стабилизированной частицами цементита размером ~3-5 нм.

3 Установлено, что эксплуатация упрочненных валков сопровождается закономерным изменением дефектной субструктуры и фазового состава чугуна. Определены источники дальнодействующих полей напряжений, формирующихся в валке в результате плазменной обработки и последующей эксплуатации. Показано, что поля напряжений максимальной величины формируются в поверхностном слое в структуре нанокристаллических зерен феррита.

4 Показано, что плазменная обработка приводит к перераспределению легирующих элементов в приповерхностном слое чугунных валков. Выявлено существенное снижение концентрации никеля (более чем в два раза), увеличение концентрации хрома (в —1,5 раза) и кремния (в ~1,4 раза). При эксплуатации плазменноупрочненного валка сохраняется тенденция к повышению содержания хрома и существенному снижению никеля в поверхностном слое чугуна по отношению к объему материала; концентрация кремния и марганца при этом практически не изменяется.

5 Выявлено, что в условиях прерывистой закалки в сечении арматуры из стали 18Г2С действуют различные механизмы полиморфного у=>ос превращения, в результате чего в приповерхностном слое формируется преимущественно структура мартенсита отпуска; структурно-фазовое состояние переходного слоя представлено субзернами и зернами феррита изотропной и анизотропной форм, зернами перлита пластинчатой морфологии и «псевдоперлита», кристаллами бейнита, пластинами видманштеттова феррита, относительное содержание которых существенным образом зависит от расстояния анализируемого слоя до поверхности охлаждения; центральная зона сформирована преимущественно зернами структурно свободного феррита и зернами перлита пластинчатой морфологии.

6 Показано, что воздействие сохраненного арматурным стержнем тепла приводит: во-первых, к перестройке дислокационной субструктуры и частичной аннигиляции дислокаций, снижению величины кривизны-кручения кристаллической решетки феррита, формированию субзерен и зерен рекристаллизации; во-вторых, к обеднению твердого раствора на основе ос-железа атомами углерода; в-третьих, к выделению частиц цементита, морфология и средние размеры которых зависят от типа структуры и вида структурного дефекта, на котором они образуются, расстояния анализируемого слоя до поверхности прутка.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Ефимов, Олег Юрьевич, Новокузнецк

1. Михайлов К.В. Становление современной номенклатуры арматурных сталей // Бетон и железобетон. 1995. - № 2. - С. 6-8.

2. Совершенствование режимов термоупрочнения стержневой арматурной стали / Б.Б. Быхин, А.Т. Канаев, А.Ф. Капущак, А.А. Канаев // Сталь. 1998.-№ 12.-С. 46-48.

3. Черненко В.Т. и др. Состояние, перспективы и пути развития производства стали для армирования железобетона / В.Т. Черненко, Ю.Т. Худик, С.А. Мадатян // Сталь. 1989. - № 11. - С. 83-86.

4. Высокопрочные арматурные стали / А.П. Гуляев, А.С. Астафьев, М.А. Волкова и др.; под ред. А.П. Гуляева М.: Металлургия, 1966. - 139 с.

5. Узлов И.Г. Термомеханическое упрочнение проката эффективный путь энергосбережения и повышения качества металлопродукции // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1999. - № 5. - С. 61-63.

6. Освоение массового производства арматурной стали повышенной надежности класса А400С для железобетона / Р.С. Айзатулов, В.Т. Черненко, С.А. Мадатян и др. // Сталь. -1998. № 6. - С. 53-58.

7. Узлов И.Г. и др. Влияние температурно-деформационной обработки стали на ее структурное состояние и уровень свойств / И.Г. Узлов, В.И. Спиваков, Е.А. Шпак // Металловедение и термическая обработка металлов. -1997.-№ 1.-С. 16-18.

8. Термомеханически упрочненная свариваемая арматурная сталь Ст4кп классов Ат-НС и Ат-IIIC / И.Г. Узлов, В.В. Калмыков, А.В. Осадченко и др. // Сталь, 1994.-№7.-С. 55-57.

9. Маслаков А.А. Организация производства новых видов экономнолегированной арматурной стали классов А400С, А500С // Бюллетень НТИ ЧМ. -1998. № 5-6. - С. 40.

10. Одесский П.Д. и др. Упрочнение в потоке станов низкоуглеродистых сталей / П.Д. Одесский, С.И. Тишаев, Н.Д. Бахтеева //

11. Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. - № 9. - С. 36-38.

12. Мадатян С.А. Новое поколение арматуры железобетонных конструкций // Бетон и железобетон. 1998. - № 2. - С. 2-5.

13. Совершенствование процесса термоупрочнения арматурного проката / Н.А. Богданов, А.Б. Сычков, В.П. Лесков и др. // Сталь. 1992. - № 5.- С. 65-69.

14. Бабич В.К., Узлов И.Г. Повышение механических и эксплуатационных свойств сталей массового производства // Всесоюзная научно-техническая конференция: Тезисы докладов М., 1990. - С. 6-7.

15. Термическое упрочнение арматурной стали диаметром 32 мм / В.М. Кондратенко, В.М Иващенко, М.Г. Эрлих и др. // Сталь. 1989. - № 6. - С. 7073.

16. Микляев П.Г. и др. Кинетика разрушения / П.Г. Микляев, Г.С. Нешпор, В.Г. Кудряшов М.: Металлургия, 1979. - 278 С.

17. Высокопрочная арматура из стали 35ГС, термически упрочненная с поверхностным индукционным отпуском / Л.П. Стычинский, М.Г. Эрлих, И.Г. Хаит и др. // Сталь. 1980. -№ 9. - С. 815-817.

18. Гуляев А.П. и Кольцова Е.М. Механические свойства стали 20ГС, закаленной с прокатного нагрева // Сталь. 1989. - № 6. - С. 80-81.

19. Новая горячекатаная свариваемая арматура класса А500С / С.А. Мадатян, В.В. Дегтярев, Л.А. Збровский и др. // Бетон и железобетон. 2001. -№ 1.-С. 12-14.

20. Производство арматурной стали / Л.Н. Левченко, А.С. Натанов, Л.Ф. Машкин и др.; под ред. Л.Н. Левченко М.: Металлургия, 1984. - 136 с.

21. Меньшиков А.Э., Теплых А.Е. Структурно-магнитный фазовый переход в интерметаллиде 0-NiMn при облучении быстрыми ионами // Физика металлов и металловедение. 2000. - №5. - С. 61-70.

22. Диденко А.Н., Лигачев А.Е., Козлов Э.В., Куракин И.Б., Шаркеев Ю.П. Структурные изменения глубинных слоев материала послемодификации ионными пучками и природа его упрочнения.// Доклады Академии наук СССР.-1987.-т.296.-№4.-С.869-871.

23. Шаркеев Ю.П., Пушкарева Г.В., Рябчиков А.И. Модификация микроструктуры и механических свойств чистых металлов ионными пучками высоких энергий.// Изв. Вузов. Черная металлургия.- 1990.-№10.-С.90-91.

24. Sharkeev Yu., Gritsenko В.Р., Fortuna S.V., Perry A.J. Modification of metallic materials and hard coatings using metal ion implantation.// Vacuum. -V.52-P.247-254.

25. Электростимулированная пластичность металлов и сплавов// В.Е. Громов, Л.Б. Зуев, Э.В. Козлов, В.Я. Целлермаер. М.:Недра, 1996.-290 с.

26. Симаков В.П., Будовских Е.А., Носарев П.С., Бобров Г.В. Обработка титанового сплава импульсной гетерогенной плазмой с оплавлением и легированием поверхностного слоя алюминием и никелем.// Физика и химия обработки материалов.-1991 .-№5.-С.60-66.

27. Будовских Е.А., Сарычев В.Д., Коврова О.А. и др. Науглероживание с оплавлением поверхности титанового сплава и железа импульсным воздействием гетерогенных плазменных пучков.//Известия вузов. Черная металлургия.-1992.-№6.-С.89-93.

28. Будовских Е.А., Сарычев В.Д., Симаков В.П., Носарев П.С. Импульсное науглероживание никеля и меди воздействием плазменных пучков.// Электрон, обраб. Материалов.-1993.-№3.-С.20-24.

29. Будовских Е.А., Сарычев В.Д., Симаков В.П., Носарев П.С. О конвективном механизме жидкофазного легирования поверхности металлов при импульсном плазменном воздействии.// Физика и химия обработки материалов.-1993 .-№ 1 .-С.59-66.

30. Будовских Е.А., Назарова Н.Н., Носарев П.С. Фазовый состав и микроструктура поверхностных слоев железа, науглероженных импульсным воздействием гетерогенных плазменных пучков.// Известия вузов. Черная металлургия.-1994.-№ 12.-С.29-33.

31. Иванов Ю.Ф., Итин В.И., Лыков С.В. Фазовые и структурные изменения в стали 45 под действием низкоэнергетичного сильноточного электронного пучка.// Металлы.-1993.-№3.-С. 130-140.

32. Иванов Ю.Ф., Итин В.И., Лыков С.В. Структурный анализ зоны термического влияния стали 45, обработанной низкоэнергетичным сильноточным электронным пучком.// Физика металлов и металловедение.-1993 .-№5 .-С. 103-112.

33. Домбровский Ю.М., Бровер А.В. Обработка стали воздушно-плазменной дугой со сканированием.// Металловедение и термическая обработка металлов.-1999.-№ 1 .-С. 10-13.

34. Иванов П.П., Исакаев Э.Х., Изотов В.И. и др. Эффективный способ поверхностного упрочнения железнодорожных колес.//Сталь.-2000.-№1.-С.63-66.

35. Гладковский С.В., Калетина Ю.В., и др. Метастабильный аустенит как фактор повышения конструктивной прочности мартенситно-стареющих сталей.// Физика металлов и металловедение.- 1999.-т.87.-№3.-С.86-96.

36. Гуреев Д.М., Сидоров А.П., Ямщиков С.В. //Трение и износ.-1992.-сентябрь-октябрь.-тЛ 3.-№5.-С.881 -886.

37. Данильченко В.Е., Польчук Б.Б. Лазерное упрочнение технического железа// Физика металлов и металловедение.-1998.-т.86.-№4.-С. 124-128.

38. Иванов Ю.Ф., Гнюсов С.Ф. Модификация твердого сплава WC-сталь 110Г13Л импульсным низкоэнергетичным сильноточным электронным пучком//Известия вузов. Физика.-1996.-№8.-С. 104-110.

39. Иванов Ю.Ф., Погребняк А.Д. Влияние углерода и кислорода на структурно-фазовую модификацию a-Fe при высокодозной имплантации Ti.// Металлофизика и новейшие технологии.-1998.-т.20.-№1.-С.30-35.

40. Гнюсов С.Ф., Иванов Ю.Ф. Модификация структуры и механических свойств твердого сплава сильноточным электронным пучком.// Металлы.-1998.-№5 .-С.95-99.

41. Иванов Ю.Ф., Гнюсов С.Ф. Природа объемной модификации твердого сплава WC-сталь 110Г13Л импульсным низкоэнергетичным сильноточным электронным пучком.// Известия вузов. Черная металлургия.-1998.-№10.-С.59-63.

42. Панин В.Е., Гриняев Ю.В., Елсукова Т.Ф. и др. Структурные уровни деформации твердых тел // Изв. вузов. Физика. 1982. - № 6. -С.5-27.

43. Панин В. Е., Лихачев В. А., Гриняев 10. В. Структурные уровни деформации твердых тел. — Новосибирск: Наука, 1985. 163 с.

44. Конева Н.А., Козлов Э.В. Физическая природа стадийности пластической деформации // Известия вузов. Физика. 1990. №2. С.89-106.

45. В.В. Рыбин. Большие пластические деформации и разрушение металлов. -М.: Металлургия. 1986. 224с.

46. Конева Н.А., Жуковский С.П., Лапскер И.А. и др. Дисклинации и ротационная деформация тел. Л.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе, 1989. - С. 32-51.

47. Kuhlmann-Wilsdorf D. Energy Minimization of Dislocation in Low-Energy Dislocation Structures // Phys. Stat. sol. (a). 1987. v.104. -p.121-144.

48. Корогков B.A. Совершенствование дуговой закалки. // Тяжелое машиностроение, 2004. №6. - С. 34-37.

49. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964.-254с.

50. Криштал М.А., Жуков А.А., Кокора A.M. Струюура и свойства сплавов, обработанных излучением лазера. М.: Металлургия, 1973. -190 с.

51. Донской А.В., Клубникин B.C. Элеюроплазменные процессы и установки в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1979, - 221 с.

52. Нанесение покрытий плазмой / В.В. Кудинов, П.Ю. Пекшев, В.Е. Белащенко и др. М.:Наука, 1990. - 408 с.

53. Пузряков А.Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления: Учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, - 310 с.

54. Бобров Г.В., Ильин А.А. Нанесение неорганических покрытий. Теория, технология, оборудование. М.: «Интермет Инжиниринг», 2004, - 623 с.

55. Журавлев В.И., Сафонов Е.Н., Стариков В.В. и др. Поверхностное упрочнение чугуна с шаровидным графитом электрической дугой прямого действия. //Известия ВУЗов Черная металлургия -1994. №10. - С. 48 - 49.

56. Сафонов Е.Н., Толокнов С.Е. и др. Электродуговая закалка стальных и чугунных деталей: Информ. / СЦНТИ. 1990. Инф. 90 - 31. С. 1 - 4.

57. А. с. 1731831. Способ термической обработки прокатных валков / Ф.Д. Кащенко, JI.A. Фетняева, Е.В. Романов и др. // Открытия. Изобретения. 1992. №17.

58. А. с. 1678474 Способ подготовки прокатных валков к работе в течение эксплуатационной кампании. / А.Д. Белянский, В.В. Ветер, И.С. Сарычев и др. //

59. Открытия. Изобретения. 1991. №35.

60. А. с. 1733137 Способ подготовки прокатных валков к работе. / В Л. Тишков, А.Е. Барабанцев, А.И. Трайно и др. // Открытия. Изобретения. 1992. №18.

61. Самотугин С.С., Лаврик В.П., Лещинский Л.К. и др. Плазменная обработка экономнолегированного теплостойкого наплавленного металла. //ПроСЭМ. 2001. № 2. С. 26-31.

62. Самотугин С.С., Нестеров О.Ю., Ярмицкий А.Г. и др. Оптимизация режимов плазменной обработки инструмента. //Сварочное производство. -1998.-№7.-С. 12-15.

63. Самотугин С.С., Лещинский Л.К., Пирч И.И. и др. Плазменное поверхностное упрочнение. Киев: Техшка, 1990. -109 с.

64. Лещинский Л.К., Самотугин С.С., Горицкий В.М. и др. Структура и трещиностойкость наплавленного металла 18Х6ГМФС после плазменного упрочнения. //Автоматическая сварка. 1996. - № 8, - С. 31 - 35.

65. Самотугин С.С. Структура и свойства заэвтектоидной графитизированной стали для прокатных валков после плазменного упрочнения. //Автоматическая сварка. 2000. - № 2 - С. 39 - 42.

66. Руднюк С.И., Михайлов И.В., Томенко Ю.С. // Металловедение и термическая обработка металлов. -1990. №4. - С. 21 - 24.

67. Самотугин С.С. Плазменная обработка инструментальных сталей.

68. Автоматическая сварка. 1996. - № 8. - С. 48 - 51.

69. Нечепоренко В.А., Шеремет В.А., Морозов В.И. др. Упрочнение и эксплуатация сортопрокатных валков. //Металлургическая и горнорудная промышленность. 1999. - № 6. - С. 26 - 28.

70. Шапаренко А.В., Вакула В.И., Морозов В.И. др. Технология микроплазменного упрочнения прокатных валков из экономнолегированных материалов. // Сталь. 1997. - № 8. - С. 60 - 63.

71. Казначеев Е.Г., Морозов В.И., Шапаренко А.В. и др. Микроплазменное упрочнение валков сортопрокатных станов. // Сталь. 1994. - № 12. - С. 41 - 42.

72. А. с. 1533340. Способ термического упрочнения изделий / В.И. Морозов, А.В. Шапаренко, С.И. Рудюк и др. // Открытия. Изобретения. 1990. № 5.

73. А. с. 1591494. Способ термического упрочнения изделий / В.И. Морозов, А.В.Шапаренко, JI.B. Баскаков и др. // Открытия. Изобретения. 1991. № 1.

74. Ставрев Д.С., Ников Н.Я. //Металловедение и термическая обработка металлов. 1985. - №4. - С. 15 - 18.

75. Пат. 1806467. Способ термической обработки ручьев калибра валков из высокоуглеродистых сплавов железа. / А.В. Шапаренко, В.И. Морозов, J1.K. Левый и др. // Открытия. Изобретения. 1990.

76. Марков А.Б., Ротштейн В.П. Термический и деформационно-волновой механизмы упрочнения углеродистой стали при воздействии высокоэнергетического сильноточною электронного пучка. // ФиХОМ. 1997. - № 6 -С. 37-41.

77. Александрова Н.М., Кондратьев В.Н., Селин В.В. и др. Влияние радиационно-термической обработки сфокусированным пучком электронов на тонкую атомную структуру и карбидообразование в валковой стали 90ХФШ. // ФиХОМ. 1997. - № 1 - С. 11 - 16.

78. Опыт производства и эксплуатации литых и кованых прокатных валков повышенного качества: Тезисы докл. Всесоюзн. Семинара.- М.:

79. Черметинформация, 1986.- 145 с.

80. Поздняков В.А., Александрова Н.М. Оптимизация режимов электронно- лучевой обработки сталей. 1. Поля температур и термоупругих напряжений. // ФиХОМ. 2004. - № 5 - С. 61 - 66.

81. Поздняков В.А., Александрова Н.М. Оптимизация режимов электронно- лучевой обработки сталей. 2. // ФиХОМ. 2004. № 6 - С. 71 - 76.

82. Науменко В.Д., Науменко А.В. Сравнение эффективности способов упрочнения поверхности валков. // Сталь. 2002. - № 1 - С. 71 - 73.

83. Фрактография и атлас фрактограмм/ Справ, изд. Пер. с англ./ Под ред. Дж. Феллоуза. М. - Металлургия, 1982. - 490 с.

84. Энгеле JI., Клингеле Г. Растровая электронная микроскопия. Разрушение: Справочное изд. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1986. - 232 с.

85. Иванов Ю.Ф., Юрьев А.Б., Плевков А.В., Громов В.Е., Козлов Э.В. Морфология градиентной структуры термоупрочненной арматуры из стали 18Г2С// Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2003, №10.- С.57-61.

86. Иванов Ю.Ф., Юрьев А.Б., Плевков А.В., Громов В.Е., Козлов Э.В. Фазовая траектория структурообразования при термоупрочнении стали методом прерванной закалки // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. - №6. - С.36-42.

87. Иванов Ю.Ф., Юрьев А.Б., Коваленко В.В., Плевков А.В., Громов В.Е., Козлов Э.В. Структурные и фазовые превращения при термоупрочнении стали методом прерванной закалки// Известия академии наук. Серия физическая. 2003. -Т.67, №10. - С. 1402-1407.

88. Юрьев А.Б., Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Козлов Э.В. Структурно-фазовое состояние термоупрочненной арматуры большого диаметра // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2004. - №6. - С. 34-37.

89. Юрьев А.Б., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Козлов Э.В., Чинокалов В.Я. Механизмы формирования и изменения градиентных структурно-фазовых состояний в арматуре из стали 18Г2С // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2004. - №10. - С. 22-25.

90. Юрьев А.Б., Иванов Ю.Ф., Морозов М.М., Громов В.Е., Козлов Э.В. Сравнительный структурно-фазовый анализ термоупрочненной арматуры // Деформация и разрушение материалов. 2005. - №3. - С.43-47.

91. Иванов Ю.Ф., Юрьев А.Б., Морозов М.М., Громов В.Е. Многоуровневая градиентная структура в стержне низкоуглеродистой стали малого диаметра, термоупрочненной с горячего проката// Физическая мезомеханика. 2005. - Т.8. - №2. - С.61-68.

92. Юрьев А.Б., Иванов Ю.Ф., Морозов М.М., Громов В.Е. Закономерности формирования фазового состава, дефектной субструктуры и механических свойств арматуры при термическом упрочнении// Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2005. - №6. - С. 39-44.

93. Коваленко В.В., Иванов Ю.Ф., Юрьев А.Б., Козлов Э.В., Громов В.Е. Управление градиентными структурно-фазовыми состояниями стали прерванной закалкой // Материаловедение. 2005. - №6 (99). - С.49-52.

94. Иванов Ю.Ф., Юрьев А.Б., Морозов М.М., Ивлиев А.В., Громов В.Е. Формирование градиентных структурно-фазовых состояний в арматуре из малоуглеродистой стали // Известия вузов. Черная металлургия. 2005. №8.-С.23-25.

95. Юрьев А.Б., Иванов Ю.Ф., Морозов М.М., Громов В.Е. Морфологические разновидности феррито-цементитной смеси, формирующиеся в термоупрочненном мелкосортном прокате // Заготовительные производства в машиностроении. 2005. - №8. - С.37-40.

96. Эндрюс К., Дайсон Д., Киоун С. Электронограммы и их интерпретация. М.: Мир, 1971.- 256 с.

97. Конева Н.А., Лычагин Д.В., Теплякова Л.А., Козлов Э.В. Развороты кристаллической решетки и стадии пластической деформации // Экспериментальное исследование и теоретическое описание дисклинаций. -Л.: ФТИ, 1984.-С.161-164.

98. Теплякова Л.А., Игнатенко Л.Н., Касаткина Н.Ф., Иванов Ю.Ф. и др. Закономерности пластической деформации стали со структурой отпущенного мартенсита // Пластическая деформация сплавов. Структурно-неоднородные материалы. Томск: ТГУ, 1987. - С.26-51.

99. Чернявский К.С. Стереология в металловедении. М.: Металлургия, 1977.- 280 с.

100. Хирш П., Хови А., Николсон Р. и др. Электронная микроскопия тонких кристаллов. М.: Мир, 1968. -574 с.

101. Громов В.Е., Козлов Э.В., Базайкин В.И., Целлермаер В.Я., Иванов Ю.Ф. и др. Физика и механика волочения и объемной штамповки. -М.: недра, 1997.-293 с.

102. Владимиров В.И. Физическая теория прочности и пластичности. Точечные дефекты. Упрочнение и возврат. Л.: ЛПИ, 1975.- 120 с.

103. Эшелби Дж. Континуальная теория дислокаций. М.: ИЛИ, 1963.- 247 с.

104. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: Металлургия, 1986.- 224 с.

105. Штремель М.А. Прочность сплавов. Часть I. Дефекты решетки. -М.: МИСИС, 1999.-384 с.

106. Финкель В.М. Физические основы торможения разрушения. М.: Металлургия, 1977.- 359 с.

107. Иванов Ю.Ф., Козлов Э.В. Электронно-микроскопический анализ мартенситной фазы стали 38ХНЭМФА// Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1991.- №8,- С.38-41.

108. Гольдштейн М.И., Фарбер В.М. Дисперсионное упрочнение стали. М.: Металлургия, 1979. -208 с.

109. Лазерная техника и технология. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. / Под ред. А. Г. Григорьянца. М.: Высшая школа, 1988. 159 с.

110. Использование плазменных технологий для обработки оборудования прокатных станов / А.Б. Юрьев, В.Н. Юрченко, М.В. Никиташев и др. //Сталь. 2004. - № 5. - С. 85-86.

111. Леонтьев П.А и др. Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов / Леонтьев П.А, Чеканова Н.Т, Хан М.Г. М.: Металлургия, 1986.142 с.

112. Е.Н.Сафонов Структура и твердость чугуна после поверхностной закалки // Металловедение и термическая обработка металлов 2005. - №9.- С. 38-43.

113. Крапошин B.C. Влияние остаточного аустенита на свойства сталей и чугунов после поверхностного оплавления // Металловедение и термическая обработка металлов 1985. - №2.- С. 2-5.

114. Влияние плазменной обработки поверхности на структуру и твердость чугуна с шаровидным графитом / А.Б. Юрьев, В.Я. Чинокалов, О.Ю. Ефимов и др. //Металловедение и термическая обработка металлов. -2006.-№6.-С. 37-41.

115. Лазерная техника и технология. Методы поверхностной лазерной обработки // Под ред. А. Г. Григорьянца. М.: Высшая школа, 1987. 189 с.

116. Сафонов А.Н. Особенности лазерной закалки поверхности графити-зированных сталей и чугунов // Вестник машиностроения. 1999. - № 4. - С. 22-26.

117. Сафонов А.Н. Влияние дендритной ликвации на особенности микроструктуры при лазерной обработке железоуглеродистых сплавов // Вестник МГТУ. Машиностроение. -1996. -№ 1. С. 94 - 100.

118. Рахштадт А.Г., Капуткина J1.M., Прокошкин С.Д. и др. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна: Справочник М.: «Интермет Инжиниринг». Т.2. 2005. 526 с.

119. Тодоров Р.П., Кошовник Г.И. Распад свободного цементита // Металловедение и термическая обработка металлов. 1961. - №5. - С.29-30.

120. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1978. 392 с.

121. Исследование износостойкости валков с шаровидным графитом при прокатке балочных профилей / А.Б. Юрьев, М.В. Никиташев, В.В. Саломыкин // Сталь. 2004. - № 5. - С. 67-69.

122. Юрьев А.Б., Ефимов О.Ю. и др. Повышение стойкости горизонтальных чугунных валков сортопрокатного стана 450 // Сталь. 2005. -№6. -С. 89-91.

123. Выбор оптимальных режимов плазменного поверхностного упрочнения деталей металлургического оборудования из высокопрочного чугуна / Самотугина Ю.С., Иванов Е.И., Ляшенко Б.А. // Металл и литье Украины. 2005. - № 7-8. - С. 79-83.

124. Расчет теплового потока при нагреве тела плазменной струей / Рыкалин Н.Н., Николаев А.В., Кулагин И.Д. // Автоматическая сварка. -1996.- №6. -С. 1-5.

125. Скобло Т.С., Воронцов Н.М., Рудюк С.И. и др. Прокатные валки из высокоуглеродистых сплавов. М. Металлургия, 1994. 336 с.

126. Мирошниченко И.С. Закалка из жидкого состояния. М.: Металлургия, 1982. - 168 с.

127. Курдюмов В.Г., Утевский JI.M., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. -М.: Наука, -1977. -236 с.

128. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1978. -647 с.

129. Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение. Справочное издание. М: Металлургия, 1982.-480 с.

130. Валиев Р.З., Александров И.В. Нанокристаллические материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. М.: Логос, 2000. -272 с.

131. Петров Ю.Н. Дефекты и бездиффузионное превращение в стали. -Киев: Наукова думка, 1978. -267 с.

132. Лысак Л.И., Николин Б.И. Физические основы термической обработки стали. Киев: Техника, 1975. -304 с.

133. Иванов Ю.Ф., Ротштейн В.П. Импульсное электронно-лучевое плавление углеродистой стали: структурно-фазовые превращения перлита// Proc. 6th Intern. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tonsk. - 2002. - P.251 -254.

134. Иванов Ю.Ф. Градиентная структура, формирующаяся в перлитной стали при динамической термической обработке// Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004. - №2. - С.55-61.

135. Конева Н.А., Козлов Э.В. Природа субструктурного упрочнения // Изв. ВУЗов. Физика. 1982. - N8. - С.3-14.

136. Иванов Ю.Ф., Соснин О.В., Сучкова Е.Ю., Громов В.Е., Козлов Э.В. Эволюция пакета мартенсита в условиях многоцикловых усталостных испытаний // Известия ВУЗов. Физика. 2003. - №12. - С.3-6.

137. Иванов Ю.Ф., Соснин О.В., Сучкова Е.Ю., Громов В.Е., Козлов Э.В. Электропластификация закаленной углеродистой стали// Физическая мезомеханика. 2003. - Т.6, №6. - С. 18-24.

138. Утевский JI.M. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. -М.: Металлургия, 1973.- 584 с.

139. Мешков Ю.Я., Сердитова Т.Н. Разрушение деформированной стали. Киев: Наукова думка, 1989. - 160 с.

140. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. 4.1. М.: машиностроение, 1974. - 482 с.

141. Вигли А.Д. Механические свойства материалов при низких температурах. М.: Мир, 1974. - 373 с.

142. Курдюмов Г.В., Мильман Ю.В., Трефилов В.И. К вопросу о классификации микромеханизмов разрушения по типам // Металлофизика. -1979. Т. 1, №2. - С.55-62.

143. Бичем К.Д. Макропроцессы разрушения // Разрушение. М.: Мир, 1973. - Т.1. - С.265-375.

144. Tyson W.R., Ayres R.A., Stein D.F. Anisotropy of cleavage in B.C.C. transition metals // Acta Met. 1973. - V.21, №5. - P.621-627.

145. Puttick K.F. Ductile fracture in metals // Phil. Mag. 1959. - V.4, №44. - P.964-969.

146. Orowan E.O. Conditions for dislocation passage of precipitates // Symp. Intern. Stress in metals and alloys. London, 1968. - P.451-454.

147. Garder R.N., Wilsdorf H.G.F. Ductile fracture in pure a-Fe. Microscopic observations of an initiation mechanism // Met. Trans. 1980. -V.A11, №4. - P.659-669.

148. Рыбин B.B., Вергазов A.H., Соломко Ю.В. Закономерности внутризеренного разрушения металлов с ОЦК решеткой // ФММ. 1978. -Т.46, №3. - С.582-596.

149. Коттрелл А.Х. Теоретические аспекты процесса разрушения. Атомный механизм разрушения. М.: Металлургиздат, 1963. - С.30-58.

150. Cottrell A. Brittle fracture flow pile-ups in polycrystalline iron // Yield, flow and fracture of polycr. London; New York: Appl. Sci. Publ., 1983. - V.14. — P.l 23-129.

151. Красовский А.Я. Хрупкость металлов при низких температурах. -Киев: Наукова думка, 1980. 337 с.

152. Мешков Ю.Я. Физические основы разрушения стальных конструкций. Киев: Наукова думка, 1981. - 238 с.

153. Нотт Дж. Ф. Основы механики разрушения. М.: Металлургия, 1978.-256 с.

154. Low J.R. Relations of properties to microstructure // Trans. Soc. Mining Eng. AIME. 1954. - № 1. - P. 163-179.

155. Мешков Ю.Я., Пахаренко Г.А. Структура металлов и хрупкость стальных изделий. Киев: Наукова думка, 1985. - 266 с.

156. Тушинский Л.И., Батаев А.А., Тихомирова Л.Б. Структура перлита и конструктивная прочность стали. Новосибирск: ВО Наука, 1993. -280 с.

157. Гудремон Э. Специальные стали. М.: Металлургия, 1966. - Т.1.736 с.

158. Счастливцев В.М., Мирзаев Д.А., Яковлева И.Л. Структура термически обработанной стали. М.: Металлургия, 1994. -288 с.

159. Бернштейн М.Л., Капуткина Л.М., Прокошкин С.Д. Отпуск стали. -М.: МИСИС, 1997.-336 с.1. Актвнедрения результатов диссертационной работы "Масштабные уровни эволюции структурно-фазовых состояний при упрочнении стальной арматуры и чугунных валков"

160. В прокатном производстве ОАО "ЗСМК" в 2004-2006 г. г. был выполнен комплекс работ по внедрению технологий термического упрочнения стержневой арматуры номинальным диаметром 50 мм и плазменного упрочнения валков из литого чугуна для прокатки.

161. Главный инженер технического управления, к.т.н^^^х/ ^ Ю.А. Селезнев Начальник ЦЗЛ,к.т.н. ^^^ И.С.Кузнецов