РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Химический состав и технология производства толстолистовой стали 10Г2ФБ
В качестве материала для настоящего исследования была выбрана малоуглеродистая низколегированная сталь 10Г2ФБ, произведенная металлургическим комбинатом им. Ильича (г. Мариуполь) по технологии контролируемой прокатки и рекомендованная ЦНИИЧМ им. И.П. Бардина для сварных металлоконструкций ответственного назначения. Эта сталь является основной в СНГ при производстве нефтепроводных труб и соединительных деталей, мостовых сооружений и резервуаров большой емкости. Низкое содержание углерода и небольшое (до 4% в сумме) содержание легирующих элементов обеспечивают удовлетворительную свариваемость сталей этого типа [122]. В связи с этим, представляет научный и практический интерес изучение структуры и свойств данного класса сталей. Типичный химический состав стали 10Г2ФБ приведен в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Химический состав стали 10Г2ФБ (плавка №104720)
ЭлементCMnSiSPCr% по массе0,091,830,180,0050,0150,01ЭлементVNbTiMoFe% по массе0,0880,0220,0230,006ост
Механические свойства листа после прокатки следующие: предел текучести (?т) 550МПа, предел прочности (?в) 640МПа, относительное удлинение (?) 25%, относительное сужение (?) 48%, ударная вязкость (KCV-40) 139Дж/см2.
Эксперименты по изучению процессов структурообразования и определения физико-механических свойств металла после различных обработок проводили на карточках размером 163х60х18,7мм, вырезанных из листа вдоль направления прокатки.
2.2. Дилатометрические исследования
Изучение особенностей кинетики превращения аустенита стали 10Г2ФБ в процессе изотермических обработок и при непрерывном охлаждении с различными скоростями выполняли в Институте черной металлургии им. З.И. Некрасова. В работе принимали участие М.Ф. Евсюков, Ж.А. Деменьтьева, Г.В. Левченко, Ж.З. Чехута, Л.Д. Науменко (договор № СС-0300-01 от 22.06.2001 г). Критические точки фазовых и структурных превращений для стали 10Г2ФБ определяли на дилатометре МД-83 при нагреве со скоростью 400°С/час на образцах диаметром 3мм и длиной 30мм. Температуру образца контролировали хромель-алюмелевой термопарой, электроды которой приваривали к металлу на половине высоты образца. Дилатограмму образца в процессе нагрева регистрировали на потенциометре ПДП4-002. Критические точки стали, определенные как среднее значение из трех измерений, равны: Ас1=730?2°С, Ас3=875?2°С.
Образцы для дилатометрических исследований вырезали из листа промышленного производства поперек направления прокатки из центральной зоны листа. Образцы диаметром 3мм и длиной 30мм с одной стороны имели дополнительный хвостовик для центровки в дилатометрической ячейке. Часть образцов дополнительно сошлифовывали до толщины 1,6мм. Нагрев образцов проводили до температуры 1000°С в течение 2мин с последующей выдержкой 5мин.
Изотермическую обработку проводили в интервале температур 800°С - 400°С через каждые 50°С в свинцовой или соляной ванне
(100% KNO3), нагретой в низкотемпературной печи с точностью ?2°C.
При всех температурах изотермической выдержки начало распада соответствует 2% превращения аустенита, а конец - 98% превращения переохлажденного аустенита.
Для исследования процессов структурообразования при непрерывном охлаждении аустенита стали 10Г2ФБ образцы после нагрева охлаждали по одной из программ в печах с различной тепловой инерцией, на спокойном воздухе, в воздушном потоке, ускоренно охлаждали в масле и закаливали в воду. В процессе охлаждения изменение температуры образца во времени записывали с помощью потенциометра КСП 4, изменение длины образца - на приборе БВ-662. По термограммам определяли скорость охлаждения образца и его температуру, по перегибам на дилатограммах - температуры начала и конца фазовых превращений.
Средние скорости охлаждения образцов определяли в интервале температур: температура нагрева 1000...600°С для скоростей охлаждения менее 7°С/с и 1000...400°С для всех скоростей охлаждения 12°С/с и более. Рассчитанные средние скорости охлаждения наносили на термокинетическую диаграмму с простановкой абсолютных значений под соответствующими кривыми.
2.3. Оптическая микроскопия
Образцы для металлографических исследований изготовляли из половинок ударных образцов размером10?10?25мм. Удаление деформированного слоя производили с помощью абразивных дисков (радиаков) на расстоянии 10мм от места излома.
Механическое утонение осуществляли с помощью абразивных материалов согласно справочнику [123] на высокоскоростных дисках. На последних этапах приготовления шлифа применяли алмазные пасты различной дисперсности. Конечную полировку порошком окиси хрома производили на круге, обтянутом фетром. После приготовления шлифов механическим способом их подвергали электрополировке и травлению.
Приготовление электролита и электролитическую полировку производили согласно рекомендациям [124,125]. В качестве электролита применяли хромово-уксусный электролит, который дает наиболее качественную полировку. Химический состав электролита и режимы полировки приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Химический состав электролита и режимы полировки образцов
Состав электролитаРежимы полировкиU, ВI, А/см2T, 0C25 г хромового ангидрида
125 см3 уксусной кислоты
5 см3 воды15-200,0516-18
После электрополировки производилось травление микрошлифа в растворе азотной кислоты в спирте. Выбор травящей среды осуществляли в соответствии с методиками, описанными в работе [126].
Исследование, анализ и фотографирование металлографических шлифов производили на металлографическом микроскопе "Неофот-2" и автоматическом анализаторе структуры "Эпиквант" при светлопольном прямом освещении.
2.4. Электронно-микроскопические исследования
Электронно-микроскопическое исследование тонкой структуры листовой стали 10Г2ФБ после контролируемой прокатки и последующих обработок проводили на