Закономерности формирования фазового состава и дефектной субструктуры термоупрочненной стали на разных масштабных уровнях

Морозов, Максим Михайлович

Закономерности формирования фазового состава и дефектной субструктуры термоупрочненной стали на разных масштабных уровнях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Морозов, Максим Михайлович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Новокузнецк МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Закономерности формирования фазового состава и дефектной субструктуры термоупрочненной стали на разных масштабных уровнях»

Автореферат диссертации на тему "Закономерности формирования фазового состава и дефектной субструктуры термоупрочненной стали на разных масштабных уровнях"

На правах рукописи

Морозов Максим Михайлович

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ФАЗОВОГО СОСТАВА И ДЕФЕКТНОЙ СУБСТРУКТУРЫ ТЕРМОУПРОЧНЕННОЙ СТАЛИ НА РАЗНЫХ МАСШТАБНЫХ УРОВНЯХ

специальность 01.04.07 - «Физика конденсированного состояния»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк — 2006

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

Научный руководитель: Доктор физико-математических наук,

доцент Иванов Ю.Ф.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Данилов В.И.

кандидат технических наук Лебошкин Б.М.

Ведущее предприятие: Институт машиноведения РАН (г.Москва)

Защита состоится в «21» декабря 2006 года в Ю00 часов на заседании диссертационного совета К 212.252.01 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 библиотеке ГОУВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Автореферат разослан «/<£ » ноября 2006г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент еУ" (7*^ / Куценко А.И.

Мг-г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

Уровень прочности строительной арматуры, как и других видов прокатной продукции, повышают за счет увеличения содержания легирующих элементов в стали или различных усложнений технологии производства. На практике приняты три основных способа упрочнения арматуры: легирование, деформация в холодном состоянии и термическое (термомеханическое) упрочнение. Общепризнанно, что наиболее эффективным из них является термическое упрочнение, позволяющее, при минимальном легировании стали, повысить временное сопротивление (до 1000 МПа и более), снизить порог хладноломкости и чувствительность к концентраторам напряжений, повысить конструктивную прочность и на-

I •

дежность изделий. Альтернативы способу термического упрочнения арматуры для армирования железобетона в настоящее время нет - любое другое решение требует значительного увеличения расхода легирующих элементов или других материальных ресурсов. Однако технологический процесс термоупрочнения арматуры является сложным из-за влияния многих факторов (скорость прокатки, марка стали, диаметр и температура арматуры, технологическая схема упрочнения и т.п.). Для целенаправленного управления им необходимо знание количественных закономерностей структурно-фазовых превращений в процессе термоупрочнения для каждой марки стали, диаметра заготовки и технологических параметров процесса. Анализ процесса термомеханической обработки стали проводится без учета структурных и масштабных уровней деформации, что не позволяет сформировать целостную физическую картину преобразований в дефектной подсистеме материалов. Все вышеизложенное подчеркивает актуальность и своевременность настоящей работы.

Цель работы: выявление закономерностей и механизмов эволюции механических свойств, фазового состава и дефектной субструктуры углеродистой стали марки СтЗпс на различных масштабных уровнях для повышения эффективности технологии упрочнения арматуры различного диаметра в линии прокатного стана по режиму прерванной закалки.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Исследование механических свойств арматуры различного диаметра (12, 20, 25 мм), термоупрочненной посредством прерванной закалки в потоке быстроходного стана, путем испытаний на одноосное растяжение и построения профиля микротвердости.

2. Выявление возможных механизмов разрушения арматурных стержней различного диаметра путем изучения фрактографии поверхности разрушения.

3. Исследование на различных структурно-масштабных уровнях фазового состава и дефектной субструктуры арматуры различного диаметра, термоупрочнен-ной посредством прерванной закалки в потоке быстроходного стана.

4. Выявление градиентов структурно-фазовых состояний, дислокационных субструктур и механических характеристик, формирующихся в результате тёрмоуп-рочнения арматуры различного диаметра.

5. Установление закономерностей и корреляций изменения параметров, характеризующих состояние фазового состава и дефектной субструктуры стали, на различных масштабных уровнях в термоупрочненной арматуре разного диаметра.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые на различных структурных и масштабных уровнях проведены комплексные исследования с использованием методов и методик современного физического материаловедения фазового состава, дефектной субструктуры, поверхности разрушения арматурных стержней различного диаметра, термоупроч-ненных посредством прерванной закалки в потоке быстроходного стана.

2. Выявлен градиентный характер изменения фазового состава и дефектной субструктуры термоупрочненной арматуры.

3. На различных структурных и масштабных уровнях впервые установлены закономерности эволюции дефектной субструктуры и фазового состава стали марки СтЗпс в зависимости от диаметра термоупрочненной арматуры.

Полученные в работе результаты могут быть использованы для развития теории фазового превращения в металлах и сплавах, в том числе и сталях, а также теории термического и термомеханического упрочнения материалов. Основные положения, сформулированные в диссертации, могут представлять интерес как учебный материал и использоваться при подготовке специальных курсов лекций по физике конденсированного состояния и физическому материаловедению.

Практическая значимость. Обеспечивая повышение служебных характеристик, применение метода прерванной закалки арматуры диаметром 12, 20, 25 мм позволяет в максимальной степени использовать, во-первых, структурно-фааовые ресурсы экономнолегированных углеродистых сталей, во-вторых, дорогостоящие легирующие элементы, в-третьих, тепловые возможности прокатного стана и, наконец, в-четвертых, исключить дополнительные технологические операции.

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, в получении данных оптических, электронно-микроскопических и других исследований, в обработке полученных результатов, формулировании выводов. Положения, выносимые на защиту

1. Объем экспериментальных результатов, полученных при исследовании механических свойств, фазового состава и дислокационной субструктуры термо-упрочненной арматуры из стали марки СтЗпс, на макро, мезо- и микроуровнях.

2. Влияние диаметра арматуры на механические свойства, фазовый состав и дефектную субструктуру термоупрочненной арматуры.

3. Экспериментально выявленные градиенты микротвердости, фазового состава и дефектной субструктуры стали марки СтЗпс, термоупрочненной посредством прерванной закалки в потоке быстроходного стана.

4. Установленные на основе экспериментальных исследований закономерности и корреляции формирования структурно-фазовых состояний арматуры из стали марки СтЗпс при термоупрочнении.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью, большим объемом экспериментальных данных и сопоставлением полученных результатов с результатами других авторов.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях, совещаниях и семинарах: ХЫП Международной конференции "Актуальные проблемы прочности", Витебск. 2004.; XV Петербургских чтениях по проблемам прочности Санкт-Петербург 2005.; XIII Республиканской научной конференции аспирантов, магистратов и студентов. Гродно," 2005; 44 Международной конференции "Актуальные проблемы прочности", Вологда. 2005; VI Международной конференции "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов", Воронеж, 2005; Международной конференции "Современное материаловедение: достижения и проблемы", Киев, 2005.; XVIII Уральской школе металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов", Тольятти, 2006.; Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современная техника и технологии", Томск, 2005; XVI Петербургских чтениях по проблемам прочности, посвященных 75-летию со дня рождения В.А. Лихачева. Санкт-Петербург, 2006; Всероссийской научно-практической конференции "Металлургия: новые техно-

логии, управление, инновации и качество", Новокузнецк, 2005; III Российской научно-технической конференции "Физические свойства металлов и сплавов", Екатеринбург, 2005, III Евразийской научно-практической конференции "Прочность неоднородных структур", Москва, 2006, Бернштейновских чтения по термомеханической обработке металлических материалов, Москва, 2006.

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 22 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 171 наименования, содержит 126 страниц машинописного текста, включая 15 таблиц и 48 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель исследований и положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Формирование градиентных структурно-фазовых состояний в сталях в процессе производства» проведен анализ работ по теме диссертации, опубликованных в отечественных и зарубежных научных изданиях, рассмотрены современные проблемы и тенденции производства сортового проката, отмечены работы, посвященные изучению процессов формирования градиентных структурно-фазовых состояний в сталях и сплавах. Отдельное внимание уделено анализу работ, посвященных моделированию процессов изменения структуры и механических свойств сталей. В результате выполненного анализа определены основные задачи диссертационной работы.

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

Материалом исследований являлась стержневая арматура номинальным диаметром 12, 20, 25мм из стали марки СтЗпс по ГОСТ 380 «Сталь углеродистая обыкновенного качества». ■

Прокатка арматуры проводилась на мелкосортных станах 250-1 (арматура №12) и 250-2 (арматура №20, №25). После выхода из чистовой клети стержни в линии стана подвергались принудительному охлаждению до температур 500-600°С, а затем доохлаждались на спокойном воздухе и резались на мерные длины. Термическое упрочнение проводилось по режиму прерванной закалки, тех-

нологические параметры которой варьировались изменением скорости прокатки и температуры раскатов на выходе из последней клети.

Изменение зеренной и субзеренной структуры стали проводили методами металлографии травленого шлифа (прибор МИМ-10) и просвечивающей электронной дифракционной микроскопии (прибор ЭМ-125). Для идентификации фаз, присутствующих в материале, применялся дифракционный анализ с использованием темнопольной методики и последующим ипдицированием микро-электронограмм. 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; амплитуды кривизны-кручения кристаллической решетки %.

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 разрывных машинах УММ-200 и ZPC-2000, на микротвердость - приборе ПМТ-3.

В главе 3 «Макроструктурный уровень организации термоупрочненной арматуры» излагаются результаты, полученные при исследовании механических свойств, поверхности разрушения и структурно-фазового состояния арматуры, термоупрочненной посредством прерванной закалки в потоке быстроходного стана, т.е. характеристик материала, которые можно отнести к макроскопическим. Исследования выполнены путем испытаний арматурных стержней на одноосное растяжение и построения профиля микротвердости, а также методами оптической и сканирующей электронной микроскопии. Прослежено изменение механических характеристик и параметров структуры образца в целом, а также в зависимости от расстояния до поверхности арматурного стержня номинальным диаметром 12, 20 и 25 мм.

Параметры, характеризующие механические свойства арматуры, представлены в табл.1. Из анализа представленных результатов следует, что охлаждение арматуры по используемым в настоящей работе режимам, независимо от диаметра стержня, гарантирует получение механических свойств, соответствующих требованиям ТУ 14-1-5254-94 для класса прочности А500С. С другой стороны, с ростом диаметра арматурного стержня снижаются значения предела текучести <т0,05 и относительного удлинения после разрыва 65. Одновременно с

этим, значения условного предела текучести а0,г и предела прочности ст. изменяются, проходя через минимум.

Таблица 1 - Механические свойства арматуры стали марки СтЗпс

Профиль Механические свойства

Оод МПа а„, МПа 85,% 0о,о5» МПа

№12 557,5 649,1 22 524,4

№20 525 641,7 22 488,3

№25 583,7 736,8 18 429,0

Требования ТУ 14-1-525494 для класса А500С 520 620 14 -

Изменение механических характеристик арматурного стержня в зависимости от расстояния до поверхности прутка анализировали путем построения профиля микротвердости (нагрузка на индентор составляла ~1Н). Полученные результаты выявили подобие профилей микротвердости для стержней всех трех диаметров. А именно, по мере удаления от поверхности стержня величина микротвердости изменяется квазипериодическим образом. Это позволило выделить четыре характерных слоя, далее называемых поверхностным (П), первым, вторым и третьим переходными и центральную область стержня (Ц) (рис.1).

Исследования структурно-фазового состояния арматуры на макроуровне (образец в целом) осуществляли методами металлографии. Анализировали шлифы поперечного сечения прутка. В результате проведенных исследований было установлено, что технология термического упрочнения, реализующаяся путем прерывистой закалки с горячего проката, способствует формированию в сечении

стержня градиента структуры и фазового состава стали, проявляющегося при травлении шлифа в виде некоторого количества слоев, различающихся степенью травимости. Выявленная при исследовании макроструктуры поперечного сечения прутка неоднородность, проявившаяся в виде концентрических колец различной травимости, свидетельст-неоднородности структурно-фазового состояния стали. Действитель-

Повсрхность

Центр

Рис.1. Характерный профиль микротвердости, реализующийся в арматурном прутке стали СтЗпс после термоуп- в^еТ 0 рочнения; цифрами и буквами обозначены слои различной травимости

но, как уже отмечалось выше, профиль микротвердости арматуры изменяется квазипериодическим образом. Первый максимум микротвердости соответствует поверхностному слою прутка; второй максимум — второму переходному слою (рис.1). В обоих случаях фиксируется повышенный уровень травимости шлифа. Слои, обладающие сравнительно низкими значениями микротвердости, на травленом шлифе выглядят заметно более светлыми.

В качестве параметра мезоуровня при количественной оценке состояния структуры стали был выбран размер зерен феррита. Установлено, что с увеличением диаметра арматуры средний размер зерен как прутка в целом, так и каждого из слоев в отдельности увеличивается. Максимальных значений средний размер зерен достигает в центральной зоне прутка. Сопоставляя результаты анализа профиля микротвердости и зеренного ансамбля; отмечено, что выявленные изменения микротвердости стали невозможно объяснить, используя лишь знание среднего размера зерна в каждой из зон прутка. Так, в арматуре диаметра 12 мм средний размер зерен феррита в первом переходном слое минимален (6,3 мкм) и устойчиво возрастает при перемещении к центру, достигая значения 10,4 мкм в центральной зоне. Одновременно с этим микротвердость стали изменяется квазипериодическим образом с увеличением расстояния от поверхности охлаждения (рис.1). Подобные закономерности обнаружены и при сопоставлении результатов анализа микротвердости и зеренной структуры арматурных прутков №20 и №25. Следовательно, прочностные характеристики арматурных стержней стали марки СтЗпс формируются, в основном, на внутризеренном (микро-) уровне.

Весьма информативным интегральным методом анализа структуры стали на макро- и мезоуровнях, обладающем высокой разрешающей способностью, является метод сканирующей электронной микроскопии поверхности разрушения. Было установлено, что, независимо от расстояния до центра прутка излом имеет ямочное строение, указывающее на вязкий характер разрушения материала (рис.2). На внутренней поверхности ямок часто наблюдается определенный узор, образованный следами скольжения, наиболее ярко проявляющийся в условиях множественного скольжения материала в процессе разрушения (рис.2б). На «дне» ямок обнаруживаются включения, которые привели к их образованию (рис.2б, включение указано стрелкой). При этом наибольшее количество частиц обнаруживается в слое, разделяющем промежуточный и основной фрагменты поверхности разрушения (рис.2г). Если предположить, что размеры включений линейно связаны с размерами образующихся ямок разрушения, то можно вы-

явить следующие факты. В слое материала, прилегающем к наружной части прутка, минимальные размеры ямок составляют -0,8 мкм, в основном объеме прутка — ~2,5 мкм. Последнее хорошо коррелирует с результатами анализа структуры стали, проведенного методами металлографии и сканирующей электронной микроскопии травленого шлифа. А именно, формирующаяся в приповерхностном слое структура мартенсита отпуска, как правило, имеет более дисперсную карбидную фазу по сравнению со структурой бейнита или зернами феррита.

Рис.2. Фрактография поверхности разрушения прутка стали марки СтЗпс диаметром 12 мм. Стрелками указаны: на (а) - направление распространения магистральной трещины; па (б) - частица, расположенная в ямке разрушения.

Таким образом, представленные в настоящем разделе результаты позволяют заключить, что прочностные характеристики арматурных стержней стали марки СтЗпс формируются, в основном, на внутризеренном (микро-) уровне.

В главе 4 «Микро- и мезоуровпи структурно-фазового состояния тер-моупрочненной арматуры» изложены результаты исследований фазового состава и дефектной субструктуры стали, выполненные методами дифракционной электронной микроскопии тонких фольг. В результате исследования фазового состава арматурных стержней стали марки СтЗпс, выполненных методами микродифракционного анализа тонких фольг, выявлено присутствие а-фазы (ОЦК

кристаллическая решетка на основе железа, феррит), карбида железа (цементит, орторомбическая кристаллическая решетка, Ре3С) и, в весьма незначительном количестве, у-фазы (ГЦК кристаллическая решетка на основе железа, остаточный аустенит). Данные фазы находятся в определенном сочетании и формируют мартенситную (мартенсит отпуска) и бейнитную структуры, зерна структурно свободного феррита и пластины видманштеттова феррита, зерна перлита и «псевдоперлита» (зерна феррита, содержащие некоторое количество частиц цементита глобулярной и/или игольчатой (пластинчатой) морфологий). Данные структуры определенным образом расположены в объеме арматурного прутка, формируя его служебные характеристики. На рис.3 приведены диаграммы, демонстрирующие изменение относительного содержания в стали представленных выше структур, в зависимости от расстояния до поверхности обработки в прутках различного диаметра. Отчетливо видно, что, независимо от диаметра прутка, поверхностный слой, обладающий максимальной микротвердостью, имеет структуру мартенсита отпуска. Второй максимум микротвердости, обнаруживаемый во втором переходном слое, связан с формированием бейнитно-мартенситной структуры. В образцах №12 и №25 относительное содержание данных структур заметно выше, чем в образце №20. Последнее обстоятельство, очевидно, определяет и сравнительно более высокие значения микротвердости

Рис.3. Структурно-фазовые диаграммы состояния арматуры стали марки СтЗпс, термоупрочненной с прокатного нагрева; а - №12; б - №20; в - №25; 1 - мартенсит отпуска; 2 - бейнит; 3 - перлит; 4 — зерна феррита с выделениями цементита (псевдоперлит); 5 — структурно-свободный феррит; 6 — ввдманипеттов феррит.

X, ММ

данных слоев образцов № 12 и №25 по отношению к образцу №20 (табл. 1).

Первый минимум микротвердости (первый промежуточный слой) и спад микротвсрдости в третьем промежуточном слое связан с формированием структуры зеренного типа, а именно структуры «псевдоперлита» и зерен феррита, содержащих частицы цементита различной морфологии и размеров. Одновременно с этим, в данных промежуточных слоя наблюдается формирование зерен феррита, не содержащих в своем объеме частиц цементита. Максимальная объемная доля данного типа структуры фиксируется, как отмечалось выше, в арматуре №20.

Электронно-микроскопический дифракционный анализ термоупрочнен-ной арматуры показывает, что практически во всех выявленных структурно-фазовых составляющих стали обнаруживаются изгибные экстинкционные контуры. Присутствие изгибных экстинкционных контуров на электронно-микроскопических изображениях структуры образца, полученных при анализе тонких фольг, указывает на наличие в материале дальнодействующих полей напряжений, одной из характеристик которых является кривизна-кручение кристаллической решетки. Установлено, что величина кривизны-кручения кристаллической решетки, а также амплитуда дальнодействующих полей напряжений определяются формирующейся структурой. Результаты данного анализа приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Кривизна-кручение кристаллической решетки (х) и амплитуда дальнодействующих полей напряжений (и) в структурных составляющих стали

Тип структуры <Х>, Ю3, см-1 <а>, МПа сттах, МПа

Зерна феррита 0,87 392 401

Зерна феррита рекристаллизации 2,03 594 785

Пластины видманштеттова феррита 1,34 486 513

Пластинчатый перлит 1,37 492 556

«П севдоперлит» 0,97 414 471

Кристаллы мартенсита отпуска 1,59 . 530 664

Кристаллы бейнита 2,33 641 653

Величина средних дальнодействующих полей напряжений максимальна в кристаллах бейнита; минимальна — в зернах структурно свободного феррита. Однако следует отметить, что данные средние величины не всегда правильно отражают реальную картину полей напряжений в материале. Отчетливо видно, что максимальные величины поля напряжений обнаруживаются в кристаллах

мартенсита и в зернах феррита, сформировавшихся в результате динамической рекристаллизации мартенситной структуры стали.

Дислокационный ансамбль, в котором формируются различные типы дислокационной субструктуры, относится к подуровню дислокационного ансамбля. Этот же структурный уровень включает в себя и различные формирования, образующиеся в дислокационном ансамбле - сетки, сгущения, ячейки, фрагменты, микрополосы, субграницы и т.д. Характеристики данных типов дислокационной субструктуры и расположение. их относительно структурно-фазовых составляющих стали в обобщенном виде приведены в табл.3.

Анализируя результаты, представленные в табл.3, можно отметить, что, независимо от структурно-фазовой составляющей стали, наиболее распространенным типом дислокационной субструктуры является сетчатая, содержащая, как отмечалось выше, дислокационные клубки и сгущения; наименее распространенной является ячеистая дислокационная субструктура. Наиболее высокая плотность дислокаций отмечается в ячеистой и ячеисто-сетчатой субструктуре, наименьшая — в субструктуре дислокационного хаоса.

Таблица 3 - Характеристики дислокационной субструктуры арматурного прутка

стали СтЗпс

Тип структуры хаос сетки Ячейки-сетки ячейки

<Р>, Ю10 см"2 5, % <Р>, Ю10 см"2 5, % <Р>, Ю10 см'2 5, % <Р>, Ю10 см"2 6, %

Зерна феррита 1,2 16 2,5 48 4,0 36 нет

Зерна феррита рекристаллизации 1,0 100 нет нет нет

Видманштеттов феррит нет 2,7 100 нет нет

Пластинчатый перлит 1,2 50 1,8 50 нет нет

«Псевдоперлит» 1,6 37,5 2,5 50 нет 4,1 12,5

Мартенсит отпуска 1,5 12,5 2,9 62,5 3,2 12,5 3,2 12,5

Бейнит нет 2,7 100 нет нет

***В таблице: <р> - скалярная плотность дислокаций в данном типе субструктуры; 5 относительное содержание данного типа дислокационной субструктуры.

Дислокационная субструктура исследуемой стали весьма тесно связана с карбидной фазой. Термоупрочнение стали посредством прерванной закалки в потоке быстроходного стана сопровождается последовательным протеканием процесса закалки и следующего за ней отпуска арматуры под действием тепла объема прутка. Отогрев закаленной стали сопровождается одновременным протеканием целого ряда процессов, основными из которых.являются перераспределение атомов углерода между кристаллической решеткой и дефектами, распад твердого раствора с образованием частиц карбидной фазы, перераспределение дислокаций, их аннигиляция, выход на границы зерен, пакетов, кристаллов мартенсита и бейнита, протекание процесса динамической рекристаллизации.' Образующиеся в процессе отпуска стали частицы карбидной фазы и частицы, сформировавшиеся непосредственно в процессе закалки, играют определяющую роль в стабилизации дислокационной субструктуры, препятствуя перемещению отдельных дислокаций, дислокационных образований, субграниц фрагментов и субзерен и границ кристаллов мартенсита, бейнита и пакетов мартенсита. Значимую роль в эффективности стабилизирующих свойств играют форма и размеры частиц, плотность их расположения, места формирования. Анализируя структуру стали можно выделить целый ряд дислокационных субструктур, сформировавшихся при взаимодействии с частицами карбидной фазы. А именно, структура дислокационного хаоса; клубки и сгущения дислокаций; сетчатая дислокаци-. онная субструктура и ячеисто-сетчатая дислокационная субструктура.

Электронно-микроскопические исследования термоупрочненной стали СтЗпс с позволили выявить закономерности формирования фазового состава и : дефектной субструктуры арматурного прутка в зависимости, во-первых, от диаметра стержня и, во-вторых, от расстояния до поверхности стержня отдельно для каждого из трех исследуемых в работе диаметров. ; Изменения содержания рассмотренных выше типов структуры стали в за-

висимости от расстояния до поверхности стержня отдельно для каждого из трех исследованных в работе диаметров арматуры, приведены на рис.4. Отчетливо видно, что в поверхностном слое стержня, не зависимо от диаметра арматуры, основной является структура, сформировавшаяся по сдвиговому механизму у=>а

100-

80-

гй 60-

5> 40-

и.

20-

100

(?П

£ .10

о.

' 5

1 2 ' 3 X, мм 4

б 100

во

2 во

^ •

5-"

0 1 2 3 4 X, мм Й в

100

•чв (50

Й 40

О-

. 0

\ 1 в

КГ 4

100 превращения (рис.4, кривая 1). К данному типу структуры мы отне-

°° ели мартенситную и бейнитную. «

По мере удаления от по-

ао '

верхности стержня изменения объемной доли данного типа структуры носят немонотонный характер, достигая некоторого промежуточного максимума во втором переходном слое и практически спадая до нуля в центральной зоне стержня. Подобным немонотонным образом изменяется содержание в к» стали «псевдоперлита». Отчетливо " видно (рис.4, кривая 2), что неза-°° висимо от диаметра арматуры объ-

емная доля зерен «псевдоперлита»

го -

достигает максимальных значений в первом переходном слое и в центральной зоне стержня. Остальные

0123458780

О, мм

Рис.4. Зависимость объемной доли структурно-фазовых составляющих арматуры из ста- ^Р11 выявленных в стали типа

ли СтЗпс от расстояния до поверхности структуры (зерна феррита и пла-стержня, а - арматура № 12, б - №20, в - №25.

1 — структуры сдвигового у=>а превращения стинчатого перлита, кристаллы (мартенсит + бейнит), 2 - «псевдоперлит», 3

структурно-свободный феррит, 4 - перлит .

видманштеттова феррита) имеют

пластинчатый, 5 - видманштеттов феррит. сравнительно малую объемную долю; их относительное содержание увеличивается по мере удаления от поверхности стержня и достигает максимальных значений в центральной зоне прутка. При этом, чем больше диаметр стержня, тем ярче проявляется данная тенденция (рис.4а-в).

Основные выводы

Методами металлографии, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, путем испытаний на одноосное растяжение и построения профиля микротвердости проведены исследования на разных масштабных уровнях механических характеристик, фазового состава, зеренной и субзеренной структуры и поверхности разрушения арматуры диаметра 12, 20 и 25 мм из стали марки СтЗпс, термоупрочненной методом прерванной закалки в потоке быстроходного стана.

1. Показано, что охлаждение арматуры по режиму прерванной закалки независимо от диаметра стержня, гарантирует получение механических свойств, соответствующих требованиям ТУ 14-1-5254-94 для класса прочности А500С.

2. Установлено, что технология термического упрочнения, реализующаяся в результате прерывистой закалки, формирует структуру естественного компози-

• та, проявляющуюся

- на макроуровне в виде колец повышенной травимости на поверхности шлифа и квазипериодического изменения микротвердости по сечению прутка;

- на микроуровне в закономерном распределении структур, сформировавшихся по сдвиговому и диффузионному механизмам у-»а превращения.

3. Выявлен ярко выраженный градиентный характер организации структурно-фазового состояния арматуры стали СтЗпс, термоупрочненной посредством прерванной закалки в потоке быстроходного стана, позволивший провести разделение объема стержня на четыре слоя (поверхностный и три переходных) и центральную зону.

4. Установлено, что поверхностный слой, независимо от диаметра арматуры, сформирован структурой сдвигового механизма у=>сс превращения железа. Центральная зона прутка сформирована структурами, образовавшимися по диффузионному механизму превращения. Структура переходных зон

формируется в результате протекания и сдвигового и диффузионного механизмов у=>а превращения.

5. Показано, что по мере удаления от поверхности стержня структурно-фазовый состав стали изменяется немонотонным образом: в первом и третьем переходных слоях преобладающими являются структуры, образовавшиеся по диффузионному механизму превращения, во втором - по сдвиговому.

6. Установлено, что прочностные характеристики арматурных стержней стали марки СтЗпс, термоупрочненной методом прерванной закалки в потоке быстроходного стана, формируются, в основном, на внутризеренном (микро- и субмикроразмерном) уровне. Выявлено хорошее согласие между поведением профиля микротвердости арматурного прутка и градиентами структурно-фазовых состояний стали. Показано, что поверхностный и объемный максимумы величины микротвердости стали обусловлены преобладанием в данных слоях материала продуктов сдвигового механизма превращения.

7. Показано, что количественные параметры дислокационной субструктуры (скалярная и избыточная плотность дислокаций, кривизна-кручения кристаллической решетки, амплитуда дальнодействующих полей напряжений) определяются типом формирующихся в сечении арматуры структур.

8. Установлено, что варьированием параметров режима термической обработки стали можно управлять градиентами структурно-фазовых состояний и, соответственно, механическими характеристиками арматуры.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Юрьев А.Б. Формирование и эволюция структурно-фазовых состояний в арматуре при прерывистом термоупрочнении // А.Б.Юрьев, Ю.Ф.Иванов, В.Е.Громов, М.М.Морозов // Материалы XLIII Международной конференций "Актуальные проблемы прочности" / ВГТУ. — Витебск, 2004. - С. 309.

2. Юрьев А.Б. Роль прерывистой закалки в регулировании градиентных структурно-фазовых состояний // А.Б. Юрьев, Ю.Ф. Иванов, Э.В. Козлов, М.М. Морозов // Сборник тезисов XV Петербургских чтений по проблемам прочности / ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. - С-П., 2005. - С. 22.

3. Юрьев А.Б. Структурно-фазовый анализ термоупрочненной арматуры // А.Б.Юрьев, М.М.Морозов, Ю.Ф.Иванов [и др.] // Сборник тезисов XV Петербургских чтений по проблемам прочности / ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. - С-II., 2005. - С. 23.

4. Юрьев А.Б. Формирование зеренного ансамбля и механических свойств в термоупрочненной арматуре / А.Б.Юрьев, М.М. Морозов, Ю.Ф.Иванов [и др.] // Вестник горно-металлургической секции РАЕН. Отделение металлургии. -2005.-С. 247-251.

5. Иванов Ю.Ф. Многоуровневая градиентная структура в стержне низкоугле-•родистой стали малого диаметра, термоупрочненной с горячего проката / Ю.Ф.Иванов, А.Б.Юрьев, М.М. Морозов [и др.] // Физическая мезомеханика.

..» 2005. -Т.8. - №2.- С.61-68. "

6. Юрьев А.Б. Structural phase analysis of the, thermostrengthened rebar // А.Б.Юрьев, M. Морозов, Ю.Ф.Иванов [и др.] // Тезисы докладов XIII Республиканской научной конференции аспирантов, магистратов и студентов / ГГУ. - Гродно, 2005. - С. 114-116.

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

8. Юрьев А.Б. Формирование структурно-фазовых состояний в термоупрочненной арматуре прерывистой закалкой // А.Б. Юрьев, М.М. Морозов, О.Ю. Ефимов [и др.] // Тезисы докладов 44 Международной конференции "Актуальные проблемы прочности" / ВолГТУ. - Вологда, 2005. - С. 38. '

9. Иванов Ю.Ф. Формирование градиентных сгруктурно-фазовых состояний в арматуре из малоуглеродистой стали / Ю.Ф. Иванов, А.Б. Юрьев, М.М. Морозов [и др.] И Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 2005. - № 8. - С.23-26.

Ю.Юрьев А.Б. Механизмы формирования высоких механических свойств строительных сталей // А.БЛОрьев, М.М.Морозов, В.Е.Громов [и др.] // Материалы VI Международной конференции "Действие электромагнитных полей

на пластичность и прочность материалов" / ВГТУ. - Воронеж, 2005. - 4.2. - С. 154-157.

П.Юрьев А.Б. Природа градиентных структурно-фазовых состояний в термоуп-рочненной арматуре из малоуглеродистой стали // А.БЛОрьев, Ю.Ф.Иванов, М.М.Морозов [и др.] // Тезисы международной конференции "Современное материаловедение: достижения и проблемы" / ИМФ. - Киев, 2005. - С.41.

12. Юрьев А.Б. Морфологические разновидности ферритоцементитной смеси, формирующейся в термоупрочненном мелкосортном прокате / А.Б. Юрьев, Ю.Ф. Иванов, М.М. Морозов [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении. - №8. - 2005. - С. 37-40. ¡

13. Юрьев А.Б. Особенности и закономерности термоупрочнения арматуры стали марки СтЗпс методом прерванной закалки / А.Б.Юрьев, Ю.Ф.Иванов, М.М.Морозов [и др.] // Материаловедение. 2005. № 10. - С.38-44.

14. Юрьев А.Б. Сравнительный анализ процессов термоупрочнения арматуры разного диаметра / А.Б.Юрьев, М.М.Морозов, Ю.Ф.Иванов [и др.] // Тезисы докладов XVIII Уральской школы металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов" / ТГУ. — Тольятти, 2006.-С.40.

15.Юрьев А.Б. Формирование градиентных структур в термоупрочненной арматуре из малоуглеродистой стили // А.Б.Юрьев, Ю.Ф.Иванов, М.М.Морозов [и др.] // Тезисы докладов Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современная техника и технологии" / ТПУ. - Томск, 2005. - т.2. - С.35.

16^Юрьев А.Б. Формирование композитной структуры при термоупрочнении арматуры / А.Б.Юрьев, М.М.Морозов, Ю.Ф.Иванов [и др.] // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2005. №1. - С.33-34.'

17. Юрьев А.Б. Физическая природа формирования прочностных характеристик термоупрочненной арматуры стали марки СтЗпс // А.Б. Юрьев, М.М. Морозом, Ю.Ф. Иванов [и др.] // Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции "Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество" / СибГИУ, Новокузнецк, 2005. - С.100-103.

18. Юрьев А.Б. Физическая природа структурно-фазовых превращений в арматуре при термоупрочнении // А.Б.Юрьев, М.М.Морозов, Ю.Ф.Иванов [и др.] // Тезисы III Российской научно-технической конференции "Физические свойства металлов и сплавов" / УГТУ-УПИ. - Екатеринбург, 2005. - С. 205.

19. Юрьев А.Б. Structural-phase states in thermostrengthened reinforcement // А.Б. Юрьев, М.М. Морозов, В.Е. Громов [и др.] // Сборник тезисов XVI Петербургских чтений по проблемам прочности, посвященных 75-летию со дня рождения В.А. Лихачева / ФТИ. - С-Пб., 2006. - С.53.

20. Морозов М.М. Градиентные структурно-фазовые состояния, формирующиеся в термоупрочненной арматуре // М.М.Морозов, А.Б.Юрьев, Ю.Ф.Иванов [и др.] // Тезисы докладов III Евразийской научно-практической конференции "Прочность неоднородных структур" / МИСиС. - Москва, 2006. - С.98.

21. Юрьев А.Б. Формирование градиентных: структурно-фазовых состояний в арматуре большого диаметра при прерванной закалке / А.Б. Юрьев, О.Ю. Ефимов, Ю.Ф. Иванов, ..., М.М. Морозов // Фундаментальные проблемы современного материаловедения, — 2006.-№1. —С.102-105.

22. Ефимов О.Ю. Формирование и эволюция структурно-фазовых состояний при термомеханической обработке // О.Ю. Ефимов, А.Б. Юрьев, М.М. Морозов [и др.] // Тезисы докладов Берштейновских чтений по термомеханической обработке металлических материалов / МИСиС. - М., 2006. - С.42.

Изд.лиц. № 01439 от 05.04.2000. Подписано в печать _.11.2006.

Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная Усл.печ.л. Уч.издл./37 Тираж 100 экз. Заказ

ГОУВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42 Издательский центр ГОУ ВПО «СибГИУ»

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Морозов, Максим Михайлович

Содержание.

Введение.

Глава 1. ФОРМИРОВАНИЕ ГРАДИЕНТНЫХ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫХ СОСТОЯНИЙ В СТАЛЯХ В ПРОЦЕССЕ

ПРОИЗВОДСТВА.

1.1. Современные проблемы и тенденции производства сортового проката.

1.1.1. Неоднородность металла непрерывнолитой заготовки.

1.1.2. Влияние технологии производства на качество и свойства сортового проката.

1.1.3. Способы упрочнения стержневой арматуры.

1.1.4. Влияние примесей в сталях на физико-механические свойства проката.

1.2. Формирование градиентных структурно-фазовых состояний

1.2.1. Общие закономерности.

1.2.2. Формирование и эволюция градиентных структурно-фазовых состояний в толстых сварных швах.

1.2.3. Формирование и эволюция градиентных структурно-фазовых состояний в арматуре при термоупрочнении.

1.3. Структурные уровни пластической деформации.

1.4. Моделирование процессов изменения структуры и механических свойств сталей.

1.5. Выводы из литературного обзора.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Материал исследования.

2.2 Методики металлографических исследований.

2.3 Методики исследования с использованием просвечивающей

2.4 Методики исследования механических свойств.

ГЛАВА 3. МЕЗОУРОВНИ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО

СОСТОЯНИЯ ТЕРМОУПРОЧНЕННОЙ АРМАТУРЫ.

3.1. Механические свойства арматурного прутка, термоупрочненного с горячего проката.

3.2. Профиль микротвердости арматуры разного диаметра.

3.3. Структурно-масштабные уровни арматурного пруткаанализ травленого шлифа.

3.3.1. Макроуровень - кольца различной травимости.

3.3.2. Мезоуровень (уровень зеренного ансамбля).

3.3.3. Микроуровень (внутризеренная структура стали).

3.4. Фрактография поверхности разрушения стали.

Выводы по главе.

ГЛАВА 4. МИКРО- И МЕЗОУРОВНИ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРМОУПРОЧНЕННОЙ

АРМАТУРЫ.

4.1. Макроуровень - градиент фазового состава термоупрочненной стали.^

4.2. Мезоуровень - изгиб-кручение кристаллической решетки феррита, дальнодействующие поля напряжений.

4.3. Мезоуровень - подуровень дислокационного ансамбля.

4.4. Закономерности и корреляции формирования структурнофазового состояния арматуры при термоупрочнении.

Выводы по главе.'.

Введение диссертация по физике, на тему "Закономерности формирования фазового состава и дефектной субструктуры термоупрочненной стали на разных масштабных уровнях"

дефектной подсистеме материалов. Все вышеизложенное подчеркивает актуальность и своевременность настоящей работы.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

3. Исследование на различных структурно-масштабных уровнях фазового состава и дефектной субструктуры арматуры различного диаметра, термоупрочненной посредством прерванной закалки в потоке быстроходного стана.

4. Выявление градиентов структурно-фазовых состояний, дислокационных субструктур и механических характеристик, формирующихся в результате термоупрочнения арматуры различного диаметра.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые на различных структурных и масштабных уровнях проведены комплексные исследования с использованием методов и методик современного физического материаловедения фазового состава, дефектной субструктуры, поверхности разрушения арматурных стержней различного диаметра, термоупрочненных посредством прерванной закалки в потоке быстроходного стана.

Практическая значимость. Обеспечивая повышение служебных характеристик, применение метода прерванной закалки арматуры диаметром 12, 20, 25 мм позволяет в максимальной степени использовать, во-первых, структурно-фазовые ресурсы экономнолегированных углеродистых сталей, во-вторых, дорогостоящие легирующие элементы, в-третьих, тепловые возможности прокатного стана и, наконец, в-четвертых, исключить дополнительные технологические операции.

Положения, выносимые на защиту

1. Объем экспериментальных результатов, полученных при исследовании механических свойств, фазового состава и дислокационной субструктуры термоупрочненной арматуры из стали марки СтЗпс, на макро, мезо- и микроуровнях.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях, совещаниях и семинарах: XLIII Международной конференции "Актуальные проблемы прочности", Витебск. 2004.; XV Петербургских чтениях по проблемам прочности Санкт-Петербург 2005.; XIII Республиканской научной конференции аспирантов, магистратов и студентов. Гродно, 2005; 44 Международной конференции "Актуальные проблемы прочности", Вологда. 2005; VI Международной конференции "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов", Воронеж, 2005; Международной конференции "Современное материаловедение: достижения и проблемы", Киев, 2005.; XVIII Уральской школе металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов", Тольятти, 2006.; Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современная техника и технологии", Томск, 2005; XVI Петербургских чтениях по проблемам прочности, посвященных 75-летию со дня рождения В.А. Лихачева. Санкт-Петербург, 2006; 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, III Евразийской научно-практической конференции "Прочность неоднородных структур", Москва, 2006, Бернштейновских чтения по термомеханической обработке металлических материалов, Москва, 2006.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

Основные выводы

2. Установлено, что технология термического упрочнения, реализующаяся в результате прерывистой закалки, формирует структуру естественного композита, проявляющуюся

- на мезоуровне в виде формирования промежуточного слоя, характеризующегося сравнительно большим количеством зерен минимальных размерных классов, образовавшихся, по-видимому, в результате термоциклирования стали в процессе прерывистой закалки; на микроуровне в закономерном распределении структур, сформировавшихся по сдвиговому и диффузионному механизмам у-»а превращения.

4. Установлено, что поверхностный слой, независимо от диаметра арматуры, сформирован структурой сдвигового механизма у=>а превращения железа. Центральная зона прутка сформирована структурами, образовавшимися по диффузионному механизму у=>а превращения. Структура переходных зон формируется в результате протекания и сдвигового и диффузионного механизмов у=>а превращения.

6. Установлено, что прочностные характеристики арматурных стержней стали марки СтЗпс, термоупрочненной методом прерванной закалки в потоке быстроходного стана, формируются, в основном, на внутризеренном (микро-и субмикроразмерном) уровне. Выявлено хорошее согласие между поведением профиля микротвердости арматурного прутка и градиентами структурно-фазовых состояний стали. Показано, что поверхностный и объемный максимумы величины микротвердости стали обусловлены преобладанием в данных слоях материала продуктов сдвигового механизма превращения.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Морозов, Максим Михайлович, Новокузнецк

1. Кан Ю. Е., Кугушин А.А. Проблемы производства сортового проката из не-прерывнолитых заготовок // Бюллетень НТИ ЧМ. 1998. - №7-8. - С.7-10.

2. Луценко А.Н., Монид В.А., Никифоров В.В. и др. Совершенствование технологии сортовой прокатки при переходе на непрерывнолитую заготовку // Прокатное производство. 2003. - №2. - С.31-33.

3. Дюдкин Д.А. Качество непрерывнолитой стальной заготовки. Киев: Техника, 1988.-253 с.

4. Манохин А.И. Получение однородной стали. М.: Металлургия, 1978. - 224 с.

5. Дефекты стали: Справочник / Под ред. С.М. Новощековой, М.И. Виноград. -М.: Металлургия, 1984.-200 с.

6. Рутес B.C., Аскольдов В.И., Евтеев Д.П. и др. Теория непрерывной разливки -М.: Металлургия, 1971.-296 с.

7. Разумов С.Д., Родионов В.Е., Заверюха А.А. Систематизация дефектов структуры непрерывнолитой стали и пути их устранения // Сталь. 2002. - №11. - С. 26-29.

8. Атлас дефектов стали: Пер. с нем. Е.Я Капуткина / под ред. М.Л. Бернштейна М.: Металлургия, 1979. - 188 с.

9. Лапотышкин Н.М., Лейтес А.В. Трещины в стальных слитках. М.: Металлургия, 1969.- 111 с.

10. Ю.Рябов А.В., Поволоцкий Д.Я., Рябов В.В. и др. Усвоение висмута при легировании автоматной стали в процессе сифонной разливки // Известия Челябинского научного центра, 2001. вып.1, с.38-40.

11. Поверхностные дефекты непрерывного слитка и пути предотвращения их образования: серия "Сталеплавильное производство". Вып.1. М.: Черметин-формация, 1984.-23 с.

12. Нихендзи Ю.А. Стальное литье. М.: Металлургиздат, 1948. - 398 с.

13. З.Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки. М.: Машиностроение, 1979.-335 с.

14. М.Мовчан Б.А. Границы кристаллов в литых металлах и сплавах. Киев: Техника, 1970.-212 с.

15. Скок Ю.А. Механические свойства стали при температурах вблизи солидуса.- Киев: Препринт ИПЛ АН УССР, 1986. - 66 с.

16. Чигринов A.M., Паршин В.М., Чигринов М.Г. и др. Опыт непрерывной разливки на горизонтальных машинах в сортовом производстве // Сталь. 1998. -№6.-С. 14-17.

17. Кан Ю.Е., Кугу шин А. А. Проблемы производства сортового проката из непрерывнолитых заготовок / Тр. II Конгресса прокатчиков. Череповец, 27-30.10. 1997 г. М.: АО "Черметинформация", 1998. - С. 303-306.

18. Жучков С.М., Кулаков JI.B., Стеблов А.Б., Венислав Ю.М. Методика оценки склонности непрерывнолитых заготовок прямоугольного сечения к образованию угловых трещин // Заводская лаборатория. 1994. - №6. - С. 57-58.

19. Смирнов А.Н. Перспективы развития непрерывной разливки стали // Металлург.-2002.-№1.-С. 44.

20. Накацумо С., Такахаси X., Китагава Ю. и др. Производство высококачественной стали с разливкой на УНРС №2 на заводе "Дайдо Стил" // Денки Сейко.- 1995. Т.66. - №1. - С. 36-46.

21. X. Мисуми, Т. Касама, Т. Сэки и др. Ликвация в слитке, подвергнутом обжатию в не полностью затвердевшем состоянии // Ликвация в слитке, подвергнутом обжатию в неполностью затвердевшем состоянии // Дзайре то пуросэку. 1994.-Т. 7.-№4.-С. 1212.

22. А.М. Ламухин, А.В. Зиборов, В.Я. Имгрунт и др. Результаты испытания системы мягкого обжатия непрерывнолитого сляба с жидкой сердцевиной // Сталь. -2002.-№3.-С. 57-59.

23. Полещук В.М., Лохматов А.П., Киселев А.П. Распределение деформаций при пережиме сортовой заготовки цилиндрическими бойками // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. К.: Наукова думка, 1999. -Вып. 3.

24. Бахтинов Ю.Б. О путях усовершенствования производства сортовых заготовок // Производство проката. 2000. - №2. - С. 14-19.

25. К.Ф. Стародубов, И.Г. Узлов, В.Я. Савенков и др. Термическое упрочнение проката / под ред. К.Ф. Стародубова М.: Металлургия, 1970. - 367 с.

26. Н.Н. Смирнягина, А.П. Семенов и др. Электронно-лучевое модифицирование и борирование железоуглеродистых сплавов // Физика и химия обработки материалов. 2000. - №3. - С. 44-49.

27. И.Г. Козырь, Р.В. Бородин, А.В. Воропоев и др. Структура и свойства инструментальной стали после обработки электронным пучком и термического отпуска // Физика и химия обработки материалов. 1998. - №3. - С. 30-33.

28. Г.Г. Бондаренко, А.Ю. Дидык, К.А. Костин и др. // Механические свойства конструкционных сталей, облученных тяжелыми высокоэнергетическими ионами Металлы. 1998. - №3. - С. 82-83.

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

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

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

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

33. Гуляев А.П., Кольцова И.М. Механические свойства стали 20ГС, закаленной с прокатного нагрева // Сталь. 1989. - №6. - С. 80-82.

34. Б.А. Кустов, Н.В. Пушница, Е.М. Демченко и др. О природе разрушений высокопрочной термомеханически упрочненной арматурной стали // Сталь. -1994.-№6. -С. 69-74.

35. Шаповалов В.И. Влияние водорода на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов. М.: Металлургия, 1982. - 232 с.

36. В.А. Голованов, JI.A. Стрике, Т.К. Сергеева и др. Изменение содержания водорода по технологическому циклу производства непрерывнолитых арматурных сталей // Сталь. -1981. №6. - С. 20-24.

37. В.И. Заика, Ю.А.Кащенко, И.Е.Силаева Влияние остаточного водорода на механические свойства готового проката // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2000. - №4. - С. 45-47.

38. В.М. Писковец, Т.К. Сергеева, Ю.А. Башнин и др. Интенсификация обезво-дороживания стали 09Г2С контактным поглотителем водорода // Сталь. 1994. - №7. - С. 60-62.

39. Астафьев А.А. Растворимость и перераспределение водорода в стали // Металловедение и термическая обработка металлов. 1995. - №5. - С. 17-20.

40. И.Н. Смияненко, М.А. Бабенко, В.А. Щур и др. Влияние водорода на свойства готового проката // Теория и практика металлургии. 2004. - №3-4. - С. 147-151.

41. Металловедение и термическая обработка стали: Справочник: в 3 т. / Под ред. M.JI. Бернштейна, А.Г. Рахштадта. М.: Металлургия, 1983. - Т. 1: Методы испытаний и исследований. - 352 с.

42. В.Е. Громов, Э.В. Козлов, В.А. Бердышев и др. Градиентные структурно-фазовые состояния в рельсовой стали. М.: Недра коммюникейшинс ЛТД, 2000.- 176 с.

43. Физика и механика волочения и объемной штамповки / В.Е. Громов, Э.В. Козлов, В.И. Базайкин и др. М.: Недра, 1997. - 293 с.

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

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

46. С.С. Самогутин, О.Ю. Нестеров, Т.А. Кирицева. Механические свойства инструментальных сталей после плазменной поверхностной обработки // Физика и химия обработки материалов. 2002. - №1. - С. 65-71.

47. Упроченеие и массоперенос при импульсной плазменно-детонационной обработке сталей / А.Д. Погребняк, О.П. Кульментьева, B.C. Кшнякин и др. // Физика и химия обработки материалов. 2002. - №2. - С. 40-48.

48. В.В. Углов, В.М. Анищик, В.В. Асташинский и др. Модификация структуры и свойств поверхностных слоев углеродистых сталей при воздействии компрессионного плазменного потока // Физика и химия обработки материалов. 2002. -№3.-С. 23-28.

49. А.И. Мамаев, Ж.М. Рамазанова, П.И. Бутягин и др. Диффузионная модель образования градиентных оксидных покрытий в микроплазменном режиме // Физика и химия обработки материалов. 2002. - №3. - С. 18-22.

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

51. Сафонов А.И. Изучение структуры и твердости поверхности железоуглеродистых сплавов после их оплавления лазерным излучением // Металловедение и термическая обработка металлов. 1999. - №1. - С. 7-9.

52. П.К. Галенов, Е.В. Харанжевский, Д.А. Данилов и др. Структура и механические свойства конструкционной стали при лазерной высокоскоростной перекристаллизации // Физика металлов и материаловедение. 2002. - №2. - С. 100110.

53. А. Амулявичюс, Ч. Сипавичус, А. Даугвила и др. Исследование лазерного легирования стали 8Х4ГВ2ФН2С2Ю хромом // Физика металлов и материаловедение. 2002. - №3. - С. 52-58.

54. Ганеев Р.А. Исследование лазерного термоупрочнения сталей маломощным ИК-излучением // Металлы. 2000. - №6. - С. 116-120.

55. Гурьев В.А. и др. Влияние лазерной обработки на структуру и свойства среднеуглеродистой стали / В.А. Гурьев, Е.И. Тескер, Ф.В. Казак // Физика и химия обработки материалов. 1999. - №4. - С. 10-15.

56. Гуреев Д.М. Структурообразование при лазерно-ультразвуковом расплавлении поверхности быстрорежущих сталей // Физика и химия обработки материалов. -1998. №2. - С. 41-44.

57. Гуреев Д.М. Лазерно-ультразуковое легирование поверхности стали // Физика и химия обработки материалов. 1998. - №1. - С. 73-76.

58. Татаурова Э.В. Влияние термоциклической обработки на структуру и свойства углеродистых сталей // Металлы. 2002. - №1. - С. 82-87.

59. Влияние термической обработки на структурные превращения и свойства высокоазотистых хромистых сталей / В.М. Блинов, А.В. Елистратов, А.Г. Колесников, А.Г. Рахштадт и др. // Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. - №6. - С. 19-25.

60. Полихандров Е.Л., Хайдоров А.Д. Влияние термоциклической обработки на структуру и свойства быстрорежущей стали электрошлакового переплава // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. - №10. - С. 19.

61. Брусиловский Б.А. Особенности изменения структуры и твердости закаленных крупногабаритных валков из стали 9Х2МФ при отпуске. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1998. - №12. - С. 4-6.

62. Кзырь И.Г., Бабкин В.Ю. Кинетика образования аустенита и формирование структуры в железоуглеродистых сплавах при импульсном нагреве. // Физика и химия обработки материалов. 2000. - №6. - С. 81-86.

63. Е.А. Будовских, В.Д. Сарычев, В.Е. Громов и др. Основы технологии обработки поверхности материалов гетерогенной плазмой. Новокузнецк: Издательство СибГИУ, 2002. 170 с.

64. В.Е.Громов, В.Я.Целлермаер, В.И.Базайкин. Электростимулированное волочение: структура и анализ. М.: Изд. "Недра".- 1996.- 160 с.

65. В.Е.Громов, Л.Б.Зуев, Э.В.Козлов и др. Электростимулированная пластичность металлов и сплавов // Москва. Изд. "Недра".-1996.-291 с.

66. Громов В.Е., Гагауз В.П., Попова Н.А. и др. Структура и фазовый состав сварного шва стали 09Г2С // Известия ВУЗов. Физика. №12. -С.22-26.

67. В.П. Гагауз, В.В. Коваленко, В.Я. Целлермаер и др. Фрактография поверхности разрушения толстых сварных швов // V Всеросиийская научно-практическая конференция «Современные технологии в машиностроении», ч. г. Пенза., 2002г., с. 87-89.

68. В.П. Гагауз, В.Е. Громов, В.В.Коваленко и др. Градиентные структуры и фазовый состав толстых сварных швов // Материаловедение 1(70/2003, 2003г., с. 40-43.

69. Юрьев А.Б., Петрунин В.А., Громов В.Е. др. Синергетика ансамбля дислокаций в градиентных структурно-фазовых состояниях стали // Труды V-ro Международного семинара им. Лихачева "Современные проблемы прочности". -Старая Русса. 2001. - Т. 1. - С. 95-100.

70. Юрьев А.Б., Громов В.Е., Чинокалов В.Я. Термоупрочнение арматуры большого диаметра в потоке прокатных станов // Труды семинара "Бернштей-новские чтения по термомеханической обработке металлических материалов". -Москва.-2001.-С. 63.

71. Юрьев А.Б., Чинокалов В.Я., Клепиков А.Г. и др. Термическое упрочнение арматуры на класс 460 по BS 4449 // Труды семинара "Бернштейновские чтения по термомеханической обработке металлических материалов". -Москва. -2001. -С.84.

72. Юрьев А.Б., Громов В.Е., Чинокалов В.Я. и др. Технология формирования комплекса механических свойств арматуры большого диаметра // Материалы Всероссийской научно-практической конференции "Инновации в машиностроении". Пенза. - 2001. - С. 109-112.

73. Юрьев А.Б., Целлермаер В.Я., Чинокалов В.Я. и др. Технология упрочнения стержневой арматуры большого диаметра // Тезисы докладов XIII Петербургских чтений по проблемам прочности. С.-Петербург2002. - С. 10.

74. Юрьев А.Б., Чинокалов В.Я., Целлермаер В.Я. и др. Создание градиентных структур при прерывистом термоупрочнении арматуры большого диаметра // 1-я Евразийская научно-практическая конференция "Прочность неоднородных структур". Москва. - 2002. - С.23.

75. Козлов Э.В., Юрьев А.Б., Громов В.Е. Кривые течения, механизмы разрушения и размерный эффект малоуглеродистых низколегированных сталей с квазикомпозитной структурой // Известия вузов. Физика. №3. 2002. - с.49-61.

76. Юрьев А.Б., Чинокалов В.Я., Целлермаер В.Я. и др. Формирование градиентных структур при прерывистом термоупрочнении арматуры большого диаметра // Всероссийская конференция "Дефекты структуры и прочность кристаллов". Черноголовка. - 2002.- С. 162.

77. Yuriev А.В., Gromov V.E., Chinokalov V.Ya. et al. Thermal strengthening of large diameter fixtures in line of rolling mills // Metalurgija, vol.41, br.3. 2002.

78. Юрьев А.Б., Громов B.E., Коваленко В.В. и др. Формирование градиентных структурно-фазовых состояний в арматуре большого диаметра при прерывистой закалке // XL Международный семинар "Актуальные проблемы прочности". С.-Петербург. - 2002.-С.31.

79. Ю4.Юрьев А.Б., Иванов Ю.Ф., Коваленко В.В. и др. Формирование и управление градиентными структурно-фазовыми состояниями в арматуре прерванной закалкой // XIV Петербургские чтения по проблемам прочности. С.Петербург. - 2003. С. 196-197.

80. Клэрбиро Л. М., Харгривс М. Е. Успехи физики металлов. М.: Ме-таллургиздат, 1936. - С.7-125.

81. Бернер Р., Кронмюллер Г. Пластическая деформация монокристаллов.-М.: Мир, 1969. 272 с.

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

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

84. 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.

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

86. Liska S., Wozniak J. Model vyvcje structury a mechanickych vlastnosti oceli privalco valcovani za tepla // Kovove materialy. Bratislava, 1982. -1. 20. No. 5. - S. 562-572.

87. Umemoto M., Tamura I. Continuous Cooling Transformation Kinetics of Steels // Tetsu-to-Hagane, vol. 68, N3. 1982. - P. 383-392.

88. Ноговицын A.B., Богачева A.B., Евсюков Н.Ф. и др. Прогнозирование процессов структурообразования при охлаждении металлопроката с применением математической модели // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1999. -№ 5.-С. 75-78

89. Воронов А.Н., Квачкай Т.А., Жадан В.Т. и др. Моделирование на ЭВМ превращений аустенита при охлаждении сталей // Известия АН СССР. Металлы. 1991. -№ 2. - С. 81-89.

90. Адамова Н.А. Регламентированная закалка в воде крупных стальных изделий // Металловедение и термическая обработка металлов. -1991. № 4. - С. 2930.

91. Сарычев В.Д., Юрьев А.Б. Напряженное состояние в упрочненной арматуре при учете градиентных структур // Научные труды V-ro международного семинара "Современные проблемы прочности". Великий Новгород. - 2001.- Т.1.-С. 88-89.

92. Юрьев А.Б., Сарычев В.Д., Громов В.Е. Математическое моделирование неизотермического превращения в доэвтектоидных сталях // Сборник трудов 5-го Собрания металловедов России. Краснодар. - 2001. - С. 53.

93. Юрьев А.Б., Сарычев В.Д., Громов В.Е. Моделирование напряженного состояния в упрочненных изделиях при растяжении // Материалы 38-го семинара "Актуальные проблемы прочности". Санкт-Петербург. - 2001. - Т.1. - С.23-25.

94. Юрьев А.Б., Сарычев В.Д., Чинокалов В.Я. Прерывистое охлаждение арматуры большого диаметра в потоке стана 450 // Известия вузов. Черная металлургия. 2002. - №2. - С. 44-46.

95. Schumann Н. Metallographie. Leipzig: VEB, 1964. - 621 s.

96. Металлография сплавов железа / Н. Лямбер, Т. Греди, А. Хабракен и др.; под ред. Н. Лямблера М.: Металлургия, 1985. - 248 с.

97. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1970.-376 с.

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

99. Глаголев А.А. Геометрические методы количественного анализа агрегатов под микроскопом. Львов: Госгеолиздат, 1941. - 264 с.

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

101. Ростокер В., Дворак Д. Микроскопический метод в металловедении. М.: Металлургия, 1967. - 206 с.

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

103. Эволюция дислокационной структуры и стадии пластического течения -поликристаллического железоникелевого сплава / Н.А. Конева, Д.В. Лычагин, С.П. Жуковский и др.//ФММ.- 1985.-Т. 60.-№ 1. С. 171-179.

104. МО.Конева Н.А., Козлов Э.В. Природа субструктурного упрочнения // Известия ВУЗов. Физика. 1982. - № 8. - С. 3-14.

105. Structure and Sources of long-range Stress Fields in Ultrafine Grained Copper/ E.V. Kozlov, N.A. Popova, Yu.F. Ivanov et all. // Ann. Chim. Fr. - 1996. -N 21. - P. 427-442.

106. Структура и источники дальнодействующих полей напряжений ультрамелкозернистой меди / Н.А. Конева, Э.В. Козлов, Н.А. Попова и др. // Структура, фазовые превращения и свойства нанокристаллических сплавов. Екатеринбург: Уро РАН, 1997. - С. 125-140.

107. Харитонов Л.Г. Определение микротвердости. М.: Металлургия, 1967. -47с.

108. Фридман Л.Б. Механические свойства металлов. М.: Машиностроение, 1974.-Т.2.-367 с.

109. Кутушин А.А., Узлов И.Т., Калмыков В.В. и др. Высокопрочная арматурная сталь. М.: Металлургия, 1986. - 272 с.

110. Металлография железа: Справочное издание. Пер. с нем. / Лямбер М., Гре-ди Т., Хабракен Л. и др.- М.: Металлургия, 1985. 248 с.

111. Штремель М.А. Прочность сплавов. Часть I. Дефекты решетки. М.: МИ-СИС, 1999.-384 с.

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

113. Электронная микроскопия в металловедении: Справочное издание / Смирнов А.В., Кокорин Г.А., Полонская С.М. и др. М.: Металлургия, 1985. - 192 с.

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

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

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

117. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1978. - 648 с.

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

119. Утевский Л.М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. -М.: Металлургия, 1973.- 584 с.

120. Мадер С., Зеегер А., Лейтц К. Структура и механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1967.- С.9-41.

121. Хирт Дж., Лотте И. Теория дислокаций. М.: Атомиздат, 1972. - 599 с.

122. Козлов Э.В., Попова Н.А., Игнатенко Л.Н. Закономерности субструктурно-фазовых превращений при пластической деформации мартенситной стали // Известия ВУЗов. Физика. 1994, №4.- С.76-82.

123. Ветер В.В., Попова Н.А., Игнатенко Л.Н. и др. Фрагментированная субструктура и трещинообразование в низколегированной стали // Изв. вузов. Черная металлургия. 1994. - №10. - С.44-48.

124. Козлов Э.В., Игнатенко Л.Н., Попова Н.А. и др. Эволюция субструктуры и стадийность пластической деформации поликристаллов стали с отпущенным мартенситом // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1994, №8.- С.35-39.

125. Козлов Э.В., Старенченко В.А., Конева Н.А. Эволюция дислокационной субструктуры н термодинамика пластической деформации металлических материалов//Металлы. 1993, №5.-С. 152-161.

126. Горелик С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: Металлургия,1978.-568 с.

127. Рекристаллизация металлических материалов / Ред. Ф. Хесснер. М.: Металлургия, 1982.- 352 с.

128. Мартин Дж, Доэрти Р. Стабильность микроструктуры металлических систем. М.: Атомиздат, 1978. - 280 с.

129. Thomas G., Rao B.V.N. Morphology, crystallography and formation of dislocated (lath) martensite in steels // Мартенситные превращения. Доклады международной конференции ICOMAT-77. Киев: Наукова думка, 1978. -С.57-64.

130. Rao B.V.N., Thomas G. Transmission electron microscopy characterisation of dislocated lath martensite // Proc. Int. Conf. Martensite Transformation ICOMAT1979.-Cambridge, 1979. -V.l. P.12-21.

131. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей. -М.: Металлургия, 1982. 184 с.

132. Получены данные по механическим свойствам:

133. Профиль Механические свойствас0, % МПа с„, МПа Ss,% сто,05, МПа12 557,5 649,1 22 524,420 525 641,7 22 488,325 583,7 736,8 18 429,0

134. Требования ТУ 14-1-525494 для класса А500С 520 620 14

135. Измерения профиля микротвердости на поверхности (П), первом -третьем переходных слоях (I, II, III) и в центре (Ц) дали следующие результаты:

136. Диаметр, мм Н дл), ГПа НДО, ГПа н„ № ГПа Н, (Ш), ГПа НД4), ГПа ЯДЯ) ЯД//) ЯД/) яд///)12 2,9 2,3 2,6 2,3 2,0 1,15 1,020 2,8 2,1 2,45 2,1 1,9 1,14 1,025 3,1 2,4 2,95 2,6-2,3 2,15 1,05 0,98

137. Полученные результаты использованы для корректировки технологической карты прокатки по режиму прерванной закалки.

138. Начальник прокатного производства ОАО «ЗСМК»1. О.Ю. Ефимов