Исследование микроструктуры катанки из легированных сталей сварочного назначения

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

УДК 621.777.25: 621.778

Парусов В.В., Сычков А.Б., Чуйко И.Н., Парусов О.В., Сухомлин В.И.

ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ КАТАНКИ ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ СВАРОЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Аннотация. Комплексными методами исследованы особенности микроструктуры катанки из стали марок Св-08ГНМ и Св-08Г1НМА. Характерная микроструктура исследуемой катанки состоит, в основном, из феррита, бейнито-мартенситных участков и незначительного количества перлита. Установленный факт высокого совершенства тонкой кристаллической структуры ферритной матрицы является одним из важных факторов обеспечения высокой технологической пластичности катанки в процессе ее переработки в сварочную проволоку.

Ключевые слова: микроструктура, катанка сварочного назначения, свойства, технологичность при волочении.

Качество катанки из низкоуглеродистой легированной стали сварочного назначения определяется широким комплексом характеристик, к которым относятся химический состав металла, макро- и микроструктура, состояние поверхности проката и т.д.

Микроструктура катанки совместно с другими показателями ее качества определяет в конечном итоге ее способность к волочению, а также комплекс потребительских свойств готовой проволоки. Соотношение структурных составляющих, их размер, однородность распределения по сечению катанки, а также их тонкое строение играют в этом отношении важное значение.

Ранее проведенными исследованиями [1-6] была разработана комплексная технология производства катанки сварочного назначения из легированных сталей, которая обладает высокими качественными показателями, обеспечивающими способность к прямому (без предварительного и/или промежуточного умягчающего отжига) волочению готовой сварочной проволоки.

Низкие прочностные и высокие пластические свойства легированной катанки сварочного назначения и, как следствие, ее высокая технологичность на метизном переделе были достигнуты за счет комплекса мероприятий, включающих в себя следующее:

- оптимизацию химического состава сталей в рамках марочных требований;

- применение микролегирования стали бором и связывание им азота в нитрид в стехиометрическом отношении с исключением как остаривания стали, так и закалки стали за счет отсутствия в металле свободного, эффективного бора;

- использование разупрочняющих режимов термомеханической обработки катанки на линии Стелмор.

Применение при производстве легированной сварочной катанки указанного комплекса мероприятий обеспечило получение структурного состояния металла, характеризующегося повышенным количеством ферритной фазы (90-95%) и низким количеством закалочных структур (менее 10%). Немаловажным аспектом является обеспечение требуемой вели-

чины действительного зерна (№7-9) и, как следствие, уменьшение плотности дислокаций, а также количества и распределения дисперсных фаз, обусловленных микролегированием стали.

В связи с этим представляло интерес исследование и анализ тонкой структуры катанки из стали марок Св-08ГНМ и Св-08Г1НМА, изготовленной по разработанной технологии.

Химический состав и механические характеристики катанки диаметром 5,5 мм из стали марок Св-08ГНМ и Св-08Г1НМА представлены в таблице.

Микроструктуру катанки изучали с помощью современных светового (Axiovert 200M MAT) и растровых электронных (Karl Zeiss EV0-60 и Teskan TS 5130 MM) микроскопов, а также просвечивающего электронного микроскопа УЭМВ-100К (анализ фольг из исследуемой катанки в режиме трансмиссии - «на просвет») .

Проведенный анализ показал, что катанка из стали марок Св-08ГНМ и Св-08Г1НМА характеризуется выраженным разнообразием структуры. Характерная микроструктура исследуемой катанки состоит, в основном, из феррита, бейнито-мартенситных участков и незначительного количества перлита (рис. 1).

Для катанки из обеих марок стали (рис. 1, а, д) характерно наличие тонкого ферритного слоя на поверхности. Глубина этого слоя составляет 0,10-0,12 и

0,06-0,08 мм для марок Св-08ГНМ и Св-08Г1НМА соответственно.

* В работе принимали участие А.М. Нестеренко и С.Ю. Жукова.

Химический состав и механические свойства исследуемой катанки

Марка стали Химический состав,% Механические свойства

С Mn Si Ni Mo B N СТв, Н/мм2 Ф, %

Св-08ГНМ 0,06 0,73 0,25 0,67 0,96 0,0067 0,0080 610 69

СВ-08Г1НМА 0,05 1,10 0,31 0,58 0,66 0,0056 0,0070 685 73

ж х 130

Рис. 1. Микроструктура катанки диаметром 5,5 мм из стали Св-08ГНМ (а-г) и Св-08Г1НМА (д-ж): а, б, д - поверхностная зона; в, г, е - центральная зона;

ж - граница поверхностной и центральной зон; в, ж - продольные шлифы, остальные - поперечные

Особенностью микроструктуры исследуемых сталей является наличие вытянутых вдоль оси катанки ферритных полос, более выраженных для стали Св-08Г1НМА (рис. 1, в, ж). Наблюдаемые в структуре катанки из исследуемых сталей ферритные полосы могут возникать в результате микроликвации химических элементов, входящих в их состав. Проведенные на микроскопе «МС-46 Камека» микрозондовые исследования показали, что для обеих сталей распределение Мп, 81, N1 и Мо по сечению катанки, включая

ферритные полосы и феррито-бейнито-мартенситные участки, практически равномерное. Следовательно, наблюдаемая особенность структуры катанки из исследуемых сталей обусловлена, в основном, неравномерным распределением углерода вследствие его микроликвации при дендритной кристаллизации стали.

Более мелкозернистая структура, определяющая повышенные показатели прочности при том же уровне пластичности, наблюдается в катанке из стали Св-08Г1НМА (рис. 1, д-ж). Размер ферритного зерна поверхностной зоны катанки Св-08ГНМ составляет 9,0-15,6 мкм (№9-10 по ГОСТ 5639), а для средней зоны - 18,5-25,0 мкм (№7-8). Аналогичные показатели для катанки из стали марки Св-08Г1НМА состав -ляют 6,0-10,0 мкм (№10-11) и 9,0-12,0 мкм (№9-10) соответственно.

Электронная микроскопия фольг, полученных из катанки исследуемых сталей, позволила выявить особенности их тонкой структуры.

Установлено, что феррит в катанке из стали Св-08ГНМ низкодислокационный - на соответствующей микрофотографии (рис. 2, а) наряду со скоплениями дислокаций незначительной плотности отчетливо просматриваются отдельные дислокации.

При анализе микроснимков бейнитной структуры этой стали различаются широкие пластины а-фазы толщиной 0,2-0,4; 0,5-0,6 и 0,7-0,9 мкм нижнего (с микровыделениями цементита внутри пластин -рис. 2, б, в) и верхнего (с выделениями цементита в виде микрополос по границам пластин - показано стрелками на рис. 2, г) бейнита. Следует отметить, что примыкающие к горизонтально расположенной пла-стине а-фазы верхнего бейнита на рис. 2, г другие пластины а-фазы представляют собой, в основном, нижний бейнит. Это свидетельствует, с одной стороны, о выраженном микронеравномерном распределении углерода, а с другой - о неравновесных условиях у ^ а превращения. Микроучастки бейнита зачастую соседствуют с микроучастками перлита (рис. 2, д). Объемная доля перлита в структуре стали незначительна (до 10%).

Мартенситные пластины в стали Св-08ГНМ толщиной 0,2-0,8 мкм имеют размытые границы и насы-щены дислокациями (рис. 2, е, ж). Микроэлектроно-грамма одного из участков мартенсита (рис. 2, е) показывает наличие дробных расщепленных рефлексов (рис. 2, з). Это является свидетельством значительной разориентации соседствующих мартенситных пластин, которая обусловлена неравновесными условиями их формирования при распаде аустенита.

В катанке из стали Св-08Г1НМА границы зерен феррита (рис. 3, а) более обособлены (насыщены дислокациями), чем в катанке из стали Св-08ГНМ (см. рис. 2, а). В катанке из стали Св-08Г1НМА более высокой является и внутризеренная плотность дислока-ций. Широкие пластины а-фазы бейнита и мартенсита (показано стрелками на рис. 3, б) в катанке из этой стали наблюдаются редко. Для нее характерно наличие мартенсита в виде насыщенных дислокациями пластин-игл толщиной 0,15-0,60 мкм (рис. 3 в-е). Анализ микроэлектронограмм (рис. 3, ж) от представленной на рис. 3, 3 совокупности мартенситных кристаллов свидетельствует об имеющей место выраженной

разориентировке пластин а-фазы.

ж з

Рис. 2. Трансмиссионная электронная микроскопия катанки из стали Св-08ГНМ: а-д - х25000; е-ж - х20000

Тонко дифференцированный перлит в катанке из стали Св-08Г1НМА наблюдается в виде микроучастков, соседствующих чаще всего с микроучастками мартенсита (см. рис. 3, 3 - микроучасток мартенсита указан стрелкой).

Полученные для катанки из стали Св-08Г1НМА данные также свидетельствуют о неравновесных условиях у^а превращения.

Показано, что микроструктура катанки из сталей Св-08ГНМ и Св-08Г1НМА состоит, в основном, из

феррита, бейнито-мартенситных участков и незначительного количества перлита. Также наблюдается наличие вытянутых вдоль оси катанки ферритных полос, образование которых обусловлено, в основном, ликвацией углерода.

ж з

Рис. 3. Трансмиссионная электронная микроскопия катанки из стали Св-08Г1НМА: а-г, е, з - х20000; д - х25000

Заключение

Выраженное перераспределение Мп, Б1, N1 и Мо между полосами феррита и основной структурой в исследованных образцах катанки не выявлено.

Для катанки из стали Св-08ГНМ в составе бейнито-мартенситных участков преобладает бейнитная

составляющая в виде нижнего и верхнего бейнита, а для катанки из стали Св-08Г1НМА - пластинчатоигольчатый (реечный) мартенсит.

Установленный факт высокого совершенства тонкой кристаллической структуры феррита - основной фазы катанки из стали Св-08ГНМ и Св-08Г1НМА является одним из важных факторов обеспечения прямого волочения сварочной проволоки.

Список литературы

1. Освоение технологии производства катанки из стали Св-08ГНМ на Молдавском металлургическом заводе / И.Н. Чуйко, В.В. Парусов,

О.В. Парусов, ИВ. Деревянченко, АБ. Сычков, СЮ. Жукова // Строительство, материаловедение, машиностроение: сб. науч. трудов. Вып. 41, ч. 2. Днепропетровск: ПГАСА, 2007. С. 129-134.

2. Разработка селективных требований к химическому составу и режимам термомеханической обработки катанки / В.В. Парусов,

И.Н. Чуйко, ОВ. Парусов, ИВ. Деревянченко, АБ. Сычков // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2007. №6. С. 70-72. Кинетика фазовых превращений в катанке из непрерывнолитой электростали Св-08ГНМ при непрерывном охлаждении / В.В. Парусов, И.Н. Чуйко, МФ. Евсюков, АБ. Сычков, АИ. Сивак // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: сб. науч. тр. / ИЧМ. Днепропетровск: Bi3ioH, 2007. Вып. 14. С. 228-234. Структурообразование в катанке из легированных сталей сварочного назначения / В.В. Парусов, И.Н. Чуйко, О.В. Парусов, М.Ф. Евсюков, А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, А.В. Перчаткин // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2008. №6. С. 47-49.

Влияние химического состава на структуру, свойства и технологическую пластичность катанки сварочного назначения из стали Св-08ГНМ / В.В. Парусов, А.Б. Сычков, И.Н. Чуйко, О.В. Парусов, С.Ю. Жукова, М.А. Жигарев, А.В. Перчаткин // Теория и практика металлургии. 2009. №1-2. С. 98-102.

Структура и свойства катанки для изготовления электродов и сварочной проволоки / А Б. Сычков, В.В. Парусов, A M. Нестеренко, С.Ю. Жукова, М.А. Жигарев, А.В. Перчаткин, А.В Перегудов, И.Н. Чуйко. Бендеры: Полиграфист, 2009. 608 с.

Сведения об авторах

Парусов Владимир Васильевич - д-р техн. наук, проф., зав. отделом термообработки металлов для машиностроения Института черной металлургии (ИЧМ) Национальной Академии наук Украины, г. Днепропетровск, Украина. E-mail: alyance2000@ukr.net.

Сычков Александр Борисович - д-р техн. наук, проф. кафедры литейного производства и материаловедения ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Россия. E-mail: absychkov@mail.ru.

Чуйко Игорь Николаевич - канд. техн. наук, научный сотрудник отдела термообработки металлов для машиностроения Института черной металлургии (ИЧМ) Национальной Академии наук Украины, г. Днепропетровск, Украина. E-mail: ichuyko@mail.ru.

Парусов Олег Владимирович - канд. техн. наук, старший научный сотрудник отдела термообработки металлов для машиностроения Института черной металлургии (ИЧМ) Национальной Академии наук Украины, г. Днепропетровск, Украина. E-mail: alyance2000@ukr.net.

Сухомлин Владимир Иванович - канд. техн. наук, доцент кафедры физики твердого тела Днепродзержинского государственного технического университета, г. Днепродзержинск, Украина. E-mail: alma31@mail.ru.

INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH THE INVESTIGATION OF ROD MICROSTRUCTURE FROM ALLOY STEEL OF WELDING APPLICATIONS

Parusov Vladimir Vasilyevich - D.Sc. (Eng.), Professor of the Institute of Iron-Steel of the National Academy of Sciences of Ukraine, Dnepropetrovsk, Ukraine. E-mail: alyance2000@ukr.net.

Sychkov Alexander Borisovich - D.Sc. (Eng.), Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Russia. E-mail: absychkov@mail.ru.

Chuiko Igor Nikolaevich - Ph.D. (Eng.), Research fellow of the National Academy of Sciences of Ukraine, Dnepropetrovsk, Ukraine. E-mail: ichuyko@mail.ru.

Parusov Oleg Vladimirovich - Ph.D. (Eng.), Senior Researcher of the Institute of ferrous metallurgy of the National Academy of Sciences of Ukraine, Dnepropetrovsk, Ukraine. E-mail: alyance2000@ukr.net.

Sukhomlin Vladimir Ivanovich - Ph.D. (Eng.), Associate Professor of the Dneprodzerzhinsk State Technical University, Dneprodzerzhinsk, Ukraine. E-mail: alma31@mail.ru.

Abstract. The features of the steel rod microstructure of Sv-Sv-08GNM and 08G1NMA steel grades were investigated by complex methods. The characteristic microstructure of rod under investigation mainly consists of ferrite, bainite martensite sections and a small amount of perlite. The fact stated that high perfection of the thin crystal structure of ferrite matrix is an important factor to provide wire rod with high technological plasticity in its processing into the welding wire.

Keywords: microstructure, welding wire rod, properties, processa-bility at drawing.

References

1. Chujko I.N., Parusov V.V., Parusov O.V., Derevyanchenko I.V., Sychkov A.B., Zhukova S.Yu. Development of production technology of steel wire rod Sv-08GNM on the Moldavian Metallurgical Plant. Stroitelstvo, materi-alovedenie, mashinostroenie: sb. nauch. trudov [Construction, materials science, mechanical engineering: Coolltction of scientific papers]. Iss. 41, Part 2. Dnepropetrovsk: PGASA, 2007, pp. 129-134.

2. Parusov V.V., Chujko I.N., Parusov O.V., Derevyanchenko I.V., Sychkov A.B. The development of selective requirements for chemical composition and modes of deformed- and heat treatment processing wire rod. Metallur-gicheskaya i gornorudnaya promyishlennost [Metallurgical and Mining

Industry]. 2007, no. 6, pp. 70-72.

3. Parusov V.V., Chujko I.N., Evsyukov M.F., Sychkov A.B., Sivak A.I. The kinetics of phase transformations in wire rod from electric steel Sv-08GNM in continuous continuous cooling. Fundamentalnyie iprikladnyie problemyi chernoy metallurgii: sb. nauch. tr. [Fundamental and applied problems of ferrous metallurgy: Coolltction of scientific papers]. Dnepropetrovsk: Vizion, 2007, iss. 14. pp. 228-234.

4. Parusov V.V., Chujko I.N., Parusov O.V., Evsyukov M.F., Sychkov A.B., Zhigarev M.A., Perchatkin A.V. Structure formation in the wire rod of alloy steel welding appointment. Metallurgicheskaya i gornorudnaya promyish-lennost [Metallurgical and Mining Industry]. 2008, no. 6, pp. 47-49.

5. Parusov V.V., Sychkov A.B., Chujko I.N., Parusov O.V., Zhukova S.Yu., Zhigarev M.A., Perchatkin A.V. Effect of chemical composition on the structure, properties and techno-logical plasticity of the welding wire rod made of steel Sv-08GNM. Teoriya i praktika metallurgii [Theory and practice of metallurgy]. 2009, no. 1-2, pp. 98-102.

6. Sychkov A.B., Parusov V.V., Nesterenko A.M., Zhukova S.Yu., Zhigarev M.A., Perchatkin A.V., Peregoudov A.V., Chujko I.N. Struktura isvoistva katanki dlya izgotovlenia elektrodov i svarochnoy provoloki [The structure and properties of the wire rod for the manufacture of electrodes and welding wire]. Bender: Poligrafist, 2009, 608 p.