РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Материал и методика проведения исследований кинетики распада переохлажденного аустенита низкоуглеродистых сталей
Для изучения особенностей влияния химического состава низкоуглеродистой стали, степени деформации и скорости охлаждения на структурообразование при охлаждении из аустенитного состояния провели исследование закономерностей распада аустенита на двух марках стали 08кп и Ст3кп, следующего химического состава (мас. %):
08кп - C=0.09; Mn=0.32; Si=0.01; S=0.025; P=0.010; Ni=0.03; Cu=0.03;
Ст3кп - C=0.15; Mn=0.35; Si=0.02; S=0.025; P=0.012; Ni=0.04; Cu=0.04
Исследования процессов фазовых превращений в стали проводили методом дифференциально-термического анализа на базе кафедры термической обработки металлов НМетАУ.
Для проведения данных экспериментальных исследований использовалась лабораторная установка дифференциально-термического анализа, в состав которой вошли прокатный стан 70, печи для нагрева и выдержки, пульт управления и регистрирующие приборы. Запись кривых охлаждения и изменения термо-ЭДС при фазовых превращениях производили с помощью автоматического потенциометра КСП4-011 и двухкоординатного самописца ПДП-002. При записи дифференциальных кривых в качестве эталона использовали сталь 08Х18Н10, не испытывающую фазовые превращения в исследуемом диапазоне температур.
Прокатный стан двухвалковый с диаметром валков 70 мм и длиной бочки 65 мм. Изменение зазора между валками осуществлялось прижимными винтами. Привод реверсивный со ступенчатым изменением скоростей. Мощность двигателя 0,63 кВт. Максимальная скорость прокатки 1 м/с.
Для нагрева образцов использовали малогабаритные трубчатые печи нагрева и выдержки с проволочными нагревателями. Для повышения равномерности температурного поля печей применена двухслойная намотка на концах муфелей. Задняя стенка печи глухая с отверстием для введения контрольной термопары. Вход печи закрыт створчатыми дверцами. Для облегчения загрузки образцов печь установлена на поворотном столе. Перед прокаткой образца печь подводили вплотную к валкам стана.
Контроль температур печи осуществляли хромель-алюмелевыми термопарами. Во время проведения экспериментов периодически контролировали показание термопар печи по эталонной термопаре. В качестве контрольного прибора использовали потенциометр ПП-63.
Известно, что процессы превращений в металлах и сплавах сопровождаются тепловыми эффектами. Дифференциально-термический метод состоит в выявлении этих тепловых эффектов и установлении соответствующих им температур или интервалов температур. Этот метод обеспечивает высокую точность в определении критических точек. В дифференциально-термическом методе вместе с образцом, который подвергают испытанию, размещают эталонный образец.
В отверстия образца и эталона зачеканивают дифференциальную термопару. Термо-ЭДС, которые возникают в термопарах, направленные навстречу друг другу и потенциометр, подключенный к концам дифференциальной термопары, не дает отклонений при равных температурах образца и эталона. Потенциометр отклоняется от нулевого показания только при наличии разности температур.
Потенциометр соединен с обычной (абсолютной) термопарой, горячий спай которой зачеканен в образец, беспрерывно показывает температуру образца.
На рисунке 2.1 схематично изображены кривые нагрева и охлаждения, которые получаются во время проведения дифференциально-термического анализа. Слева изображена кривая, получаемая на потенциометре, справа - кривые нагрева и охлаждения, снятые с двухкоординатного самописца.
а
б
Рис. 2.1. Кривые нагрева (а) и охлаждения (б), получаемые во время проведения дифференциально-термического анализа
Этот метод был выбран потому, что он позволяет фиксировать процессы фазовых превращений, даже, если они начинаются в процессе горячей деформации, что невозможно при применении иных известных дилатометрических методов.
Для исследования влияния деформации на критические точки, были подготовлены образцы толщиной 3-5 мм, шириной 5 мм и длиной 30 мм, которые после нагрева прокатывались на одинаковую конечную толщину (3,0 мм). Степени деформации составляли: 10, 20, 30, и 40 %. Геометрические размеры эталонов выбирали близкими к размерам образцов после прокатки.
Исследуемые образцы нагревали до температуры аустенитизации (1000°С) со скоростью 0,5 °С/с, выдерживали при этой температуре 5 мин и охлаждали со скоростью от 0,15 до 100 °С/с. Требуемый диапазон скоростей охлаждения обеспечивали путем подбора соответствующей охлаждающей среды.
2.2 Методика проведения исследований влияния температуры и степени горячей деформации на процесс формирования зеренной структуры феррита
Для определения влияния химического состава, температуры и степени горячей пластической деформации на образование и размер зерна феррита в процессе последующего непрерывного охлаждения была проведена экспериментальная прокатка клиновидных образцов на стане 280 прокатной лаборатории Института черной металлургии.
Исследования проводились на клиновидных образцах из двух марок стали - 08кп и Ст3кп, химический состав которых приведен в разделе 2.1.
Деформация проводилась при следующих температурах: 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950 ?С. Указанный интервал температур деформации выбирался таким образом, что бы прокатка образцов поводилась в аустенитной, аустенитно-ферритной и ферритной областях. Деформацию проводили за один проход со степенью деформации от 0 до 50 %. Для обеспечения такого интервала степеней деформации использовали клиновидные образцы размерами 140?30?(3-6) мм, которые прокатывали на одну постоянную конечную толщину.
Клиновидные образцы получены шлифовкой плоских образцов, толщиной 6 мм с одной стороны. Таким образом, одна поверхность клина оставалась исходной горячекатаной, а другая была ошлифована.
Эксперименты проводили по следующей схеме:
* нагрев клиновидных обра