ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Свойства сталей определяются многими факторами, в том числе и процессом изготовления и последующей обработкой. Некоторые особенности данных процессов приводят к тому, что в стали кроме легирующих элементов, вводимыхдля получения определенного уровня физико-механических свойств, присутствуют и посторонние примеси, попадающие в нее на различных этапах. Посторонние элементы могут растворяться как в матрице основного материала, так и участвовать в образовании частиц неметаллических включений, выступающих в роли дефектов. Их наличие существенным образом сказываются на эксплуатационных характеристиках материала. Именно потому необходимо понимание процессов приводящих к появлению неметаллических включений и влияющих на их форму. Цель работы: рассмотреть влияние термической обработки, приводящей к появлению ферритно-мартенситной структуры, на форму и размеры неметаллических включений; определить их влияние на физико-механические свойства материала. В работе исследованы образцы стали 09Г2С после термической обработки, изготовленные из листового проката. Методы исследования. Для исследования свойств и структуры стали 09Г2С в работе применялись: растровый электронный микроскоп - для изучения структуры материала, химического состава в локальной области и исследуемой площадке и определения скопления примесей элементов; программно-аппаратный комплекс SIAMS 800 – для сопоставления структуры материала с атласом микроструктур, определения балла зеренной структуры, различий в структурно-фазовом составе, возникающих при термической обработке; портативный рентгенофлуоресцентный анализатор металлов и сплавов X-MET 7000 – для определения химического состава исследуемых образцов в процентном отношении; твердомер по Виккерсу с предварительной нагрузкой 20 кг – для измерения твердости исследуемых образцов. Результаты и обсуждения. Обнаружено, что в низколегированной малоуглеродистой конструкционной стали 09Г2С в большинстве случаев присутствуют неметаллические включения типа сульфид марганца, образующегося при процессе производства этой стали. При нагреве стали до температур межкритического перехода данное соединение образуется в области зеренных границ в виде сферических включений. Наличие включений существенным образом отражается на прочностных и коррозионных свойствах. Сульфид марганца выступает в роли точки зарождения процесса коррозии.

1. Сазонов Б.Г. Влияние вторичной закалки из межкритического интервала на склонность стали к обратимой отпускной хрупкости // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1957. – № 4. – С. 30–34.

2. Полякова А.М., Садовский В.Д. Межкритическая закалка конструкционных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1970. – № 1. – С. 5–8.

3. Васильева А.Г., Гуляева Т.В., Сазонов В.Г. Влияние исходной структуры и скорости нагрева на свойства стали после межкритической закалки // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1981. – № 5. – С. 52–56

4. Коган Л.И., Матрохина Э.Ф., Энтин Р.И. Влияние аустенитизации в межкритическом интервале температур на структуру и свойства низкоуглеродистых сталей // Физика металлов и металловедение. – 1981. – Т. 52, вып. 6. – С. 1232–1241.

5. Голованенко С.А., Фонштейн Н.М. Двухфазные низколегированные стали. – М.: Металлургия, 1986. – 207 с.

6. Виноград М.И., Громова Г.П. Включения в легированных сталях и сплавах. – М.: Металлургия, 1972. – 215 с.

7. Колотыркин Я.М., Фрейман Л.И. Роль неметаллических включений в коррозионных процессах // Итоги науки и техники. Серия: Коррозия и защита от коррозии. – М., 1978. – Т. 6. – С. 5–52.

8. Рябов Р.А., Гельд П.В. К вопросу о механизме образования флокенов // Металлы. – 1975. – № 6. – C. 114–116.

9. Роль неметаллических включений и микроструктуры в процессе локальной коррозии углеродистых и низколегированных сталей / И.И. Реформатская, И.Г. Родионова, Ю.А. Бейлин, Л.А. Нисельсон, А.Н. Подобаев // Защита металлов. – 2004. – Т. 40, № 5. – С. 498–504.

10. Родионова И.Г., Бакланова О.Н., Зайцев А.И. О роли неметаллических включений в ускорении процессов локальной коррозии нефтепромысловых трубопроводов из углеродистых и низколегированных сталей // Металлы. – 2004. – № 5. – С. 13–19.

11. Роль неметаллических включений в ускорении процессов локальной коррозии нефтепромысловых трубопроводов и других видов металлопродукции и оборудования из углеродистых и низколегированных сталей / И.Г. Родионова, О.Н. Бакланова, Г.А. Филиппов, И.И. Реформатская, А.Н. Подобаев, С.Д. Зинченко, М.В. Филатов, С.В. Ефимов, В.Я. Тишков, А.В. Голованов, В.И. Столяров, А.В. Емельянов, Е.Я. Кузнецова // Коррозионно-активные неметаллические включения в углеродистых и низколегированных сталях: сборник трудов научно-практического семинара. – М., 2005. – С. 7–15.

12. The role of nonmetallic inclusions in accelerating the local corrosion of metal products made of plain-carbon and low-alloy steels / I.G. Rodionova, O.N. Baklanova, G.A. Filippov, I.I. Reformatskaya, A.N. Podobaev, S.D. Zinchenko, M.V. Filatov, S.V. Efimov, V.Ya. Tishkov, A.V. Golovanov, V.I. Stolyarov, A.V. Emel'yanov, E.Ya. Kuznetsova // Metallurgist. – 2005. – Vol. 49, N 3–4. – P. 125–130. – DOI: 10.1007/s11015-005-0065-3.

13. ГОСТ 1778–70. Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений: взамен ГОСТ 1778–62: введен 01.01.1972. – М.: Изд-во стандартов, 1970. – 50 с.

14. Источники возникновения в стали коррозионно-активных неметаллических включений и пути предотвращения их образования / А.И. Зайцев, И.Г. Родионова, В.В. Мальцев, О.Н. Бакланова, С.Д. Зинченко, А.М. Ламухин, М.В. Филатов, С.В. Ефимов, А.Б. Лятин, А.А. Клачков, В.О. Красильников // Металлы. – 2005. – № 2. – С. 3–11.

15. Сандомирский С.Г. Анализ связи коэрцитивной силы с временным сопротивлением углеродистых сталей // Сталь. – 2016. – № 9. – С. 62–65.

16. Определение взаимосвязи фактора разнозернистости и скорости коррозии конструкционной стали / Р.А. Соколов, В.Ф. Новиков, К.Р. Муратов, А.Н. Венедиктов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 3. – С. 106–125. – DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.3-106-125.

17. Оценка влияния дисперсности структуры стали на магнитные и механические свойства / Р.А. Соколов, В.Ф. Новиков, К.Р. Муратов, А.Н. Венедиктов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2021. – Т. 23, № 4. – С. 93–110. – DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.4-93-110.

18. Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г. Технология термической обработки стали. – М.: Металлургия, 1986. – 424 с.

19. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. – М.: Металлургия, 1975. – 208 с.

20. Анализ коррозионного поведения стали 3 в хлоридных растворах с помощью нейронных сетей / B.Д. Киселев, С.М. Ухловцев, А.Н. Подобаев, И.И. Реформатская // Защита металлов. – 2006. – Т. 42, № 5. – С. 493–499.

21. Онищенко А.К., Беклемишев Н.Н. Теория промышленной ковки стали и сплавов: монография / под ред. А.К. Онищенко. – М.: Спутник+, 2011. – 245 с.

22. Гельд П.В., Рябов Р.А., Кодес Е.С. Водород и несовершенства структуры металла. – М.: Металлургия, 1979. – 219 с.

23. Вороненко Б.И. Водород и флокены в стали // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1997. – № 11. – С. 12–18.

24. Фоминых Е.А. Совершенствование технологии производства конструкционной легированной стали для крупных поковок: дис. … канд. техн. наук: 05.16.02 / Южно-Уральский государственный университет. – Челябинск, 2007. – 179 с.

25. Turkdogan Е.Т., Ignatowicz S., Pearson J. The solubility of sulphur in iron and iron-manganese alloys // Journal of the Iron and Steel Institute. – 1955. – Vol. 180. – P. 349–354.

26. Явойский В.И., Рубенчик Ю.И., Окенко А.П. Неметаллические включения и свойства стали. – М.: Металлургия, 1980. – 174 с.

27. Huffman G.P., Errington P.R., Fisher R.M. Mössbauer study of the Fe–Mn carbides (Fe_1-XMn_X)₃C and (Fe_1.1Mn_3.9)C₂ // Physica Status Solidi. – 1967. – Vol. 22 (2). – P. 473–481.

28. Schaaf P., Wiesen S., Gonser U. Mössbauer study of iron carbides: cementite (Fe, M)₃C (M = Cr, Mn) with various manganese and chromium contents // Acta Metallurgica et Materialia. – 1992. – Vol. 40, N 2. – P. 373–379.

29. Шаповалов В.И. Трофименко В.В. Флокены и контроль водорода в стали. – М.: Металлургия, 1987. – 160 с.

30. О влиянии роли неметаллических включений особого типа на ускорение процессов локальной коррозии труб нефтепромыслового назначения / И.Г. Родионова, О.Н. Бакланова, Г.А. Филиппов, С.Д. Зинченко, М.В. Филатов, С.В. Ефимов, В.И. Столяров, Е.Я. Кузнецова // Сталь. – 2005. – № 1. – С. 86–88.

31. Смирнов М.А., Счастливцев В.М., Журавлев Л.Г. Основы термической обработки стали. – Екатеринбург: УрО РАН, 1999. – 495 с.

32. Tensile properties and twinning behavior of high manganese austenitic steel with fine-grained structure / R. Ueji, N. Tsuchida, D. Terada, N. Tsuji, Y. Tanaka, A. Takemura, K. Kunishige // Scripta Materialia. – 2008. – Vol. 59, iss. 9. – P. 963–966. – DOI: 10.1016/j.scriptamat.2008.06.050.

33. Влияние зернограничных сегрегаций на температуры мартенситного превращения в бикристаллах NiTi / Р.И. Бабичева, А.С. Семенов, С.В. Дмитриев, К. Жоу // Письма о материалах. – 2019. – Т. 9, № 2. – С. 162–167. – DOI: 10.22226/2410-3535-2019-2-162-167.

34. Study of defect evolution by TEM with in situ ion irradiation and coordinated modeling / M. Li, M.A. Kirk, P.M. Baldo, D. Xu, B.D. Wirth // Philosophical Magazine. – 2012. – Vol. 92 (16). – P. 2048–2078. – DOI: 10.1080/14786435.2012.662601.

35. Influence of surface treatment of construction steels on determination of internal stresses and grain sizes using X-ray diffractometry method / R. Sokolov, V. Novikov, A. Venedictov, K. Muratov // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 19 (5). – P. 2584–2585. – DOI: 10.1016/j.matpr.2019.09.015.