Структура и свойства проката после прерванной закалки с самоотпуском

Вместе с тем необходимо подчеркнуть, что рассматриваемый прокат по сечению сильно различается по структуре. А поскольку особенности поведения проката под нагрузкой в большей степени предопределяются структурой, то в каждом конкретном случае стоит выбирать характеристики, их величину и методы оценки, в наибольшей степени чувствительные к неблагоприятным изменениям структуры. Поэтому особенности испытаний проката будут нами специально рассматриваться для каждой новой схемы упрочнения и, следовательно, для каждого специфического типа структуры. Такой подход, в первую очередь, необходим для оценки сопротивления хрупкому разрушению.

Лишь пользуясь эффективными оценками при испытаниях на ударный изгиб можно выбрать оптимальные параметры технологии упрочнения и правильно контролировать качество проката.

Для установления более представительных характеристик применительно к рассматриваемым сталям было проведено специальное исследование, результаты которого изложены ниже.

Испытывали толстые листы из стали трех плавок, упрочненные на промышленной установке комбината «Азовсталь» по схеме: температура конца прокатки Гк.п = 800...820° С; охлаждение водой в установке от 760-780° С до 560-580° С, затем — на воздухе; отпуск при 650° С с отдельного нагрева, а при 600° С — в нормализационных печах, расположенных в потоке стана.

Более эффективными в рассматриваемом случае являются подходы, основанные на испытаниях образцов с острым V-образным надрезом, как правило, используемые в зарубежной практике. Однако и в этом случае следует учитывать специфику сталей.

При переходе от горячекатаных к термически упрочненным углеродистым сталям следует провести некоторую корректировку содержания вредных примесей, прежде всего серы. Сила сцепления сульфидов марганца с ферритной матрицей сказывается на пластичности стали, мерой которой в современной нормативной документации обычно является относительное удлинение. Известно, что эта характеристика у строительной стали по мере увеличения дисперсности структуры снижается из-за возрастания степени локализации пластических деформаций при разрушен ии. Естественно, у термически упрочненных сталей с дисперсной структурой, благоприятной в целом для работы материала в конструкции, относительное удлинение оказывается более низким, чем у горячекатаных низколегированных сталей аналогичной прочности. Если у низколегированных горячекатаных сталей повышенной прочности с пределом текучести 320...370 Н/мм² в стандартах гарантируется 65 = 20...21 %, то у термически упрочненных сталей  55 = 16... 18 %, что не обязательно снижает работоспособность материала в конструкции, поскольку 65 как универсальная характеристика для оценки пластичности сталей равной прочности далеко не совершенна.

Поскольку пластичность сталей определяется силой сцепления неметаллических включений с металлической матрицей, с увеличением содержания крупных неметаллических включений или других крупных агрегатных частиц, например перлита, пластичность стали снижается.

Известно, что у малоуглеродистой горячекатаной стали типа СтЗ относительное сужение в лучшем случае не более 50%.

Следует заметить, что относительное сужение как характеристика проката также не может рассматриваться как оптимальная, так как зависит от формы сечения образца, в частности от отношения толщины образца к ширине. Кроме того, по крайней мере некоторую долю относительного сужения можно отнести на развитие процессов локализации пластической деформации, которая в термически упрочненном прокате достаточно велика из-за взаимодействия мелкодисперсной структуры с неметаллическими включениями; поэтому пластичность материала с увеличением локализации пластической деформации снижается. Видимо пластичность материала в рассматриваемом случае можно оценивать по величине сосредоточенной деформации, т.е. по переходу от равномерной пластической деформации к разрушению образца. Высокая пластичность материала при условии работы в вязкой области особенно важна при стеснении развития пластических деформаций, а именно при наличии концентраторов напряжений, динамического характера нагружения и т. п. Поэтому пластичность рассматриваемой стали, по нашему мнению, правильнее оценивать при испытаниях на ударный изгиб по значениям таких характеристик, как относительное сужение у дна надреза или даже ударная вязкость, особенно на образцах с острым надрезом при испытаниях поперечных образцов при полностью вязком изломе.

По результатам ряда работ, в том числе приведенных выше, была осуществлена корректировка технологического процесса упрочнения толстых листов в потоке стана 3600 комбината «Азовсталь», в частности повышена эффективность работы форсунок, обеспечено более точное регулирование деформационно-температурных режимов обработки, а также режимов ускоренного отпуска.

Проверим соответствие полученных результатов данным металлографического анализа. Для рассматриваемого проката наиболее характерна структура типа квазиэвтектоида. Наблюдаемые методом просвечивающей электронной микроскопии морфологические типы структурных составляющих подробно рассмотрены выше. Здесь только следует отметить, что имеющиеся в структуре участки полигонального оеррита с сеткой дислокаций внутри зерна, квазиэвтектоида феррита с рядом мелких частиц цементита (<0,1 мкм), окруженных клубками дислокаций, а также в ряде случаев реек феррита с чечевицеобразными выделениями цементита на границах, классифицируемых как верхний бейнит, свидетельствуют о том, что превращение в рассматриваемых материалах проходило при 670...620° С.

Подробно исследовали склонность стали СтЗсп к деформационному старению. При оптимальных режимах упрочнения рассматриваемая сталь практически не чувствительна к деформационному старению. Вместе с тем при нерациональных режимах упрочнения, когда доминирует механизм упрочнения дислокациями высокой плотности, склонность к деформационному старению может возрастать. Подобная опасность существует в толстых листах.
Резюмируя полученные результаты, следует подчеркнуть, что описываема промышленная технология термического упрочнения низко-углеродистых сталей в потоке стана, основными элементами которой является ускоренное охлаждение с прокатного нагрева толстых листов в специальной камере и последующий кратковременный отпуск при 600° С, позволяет получить прокат с гарантированными свойствами С345 и даже выше (σ_т = 325...360 Н/мм²) в сочетании с достаточно высокой ударной вязкостью при низких температурах. Более высокую прочность в толстых листах можно получить при охлаждении проката турбулентными потоками воды, обеспечивающем скорость охлаждения в центральных зонах листа ~60° С/с. Имеется опыт использования промышленных партий такой стали в строительных конструкциях.