Особенности реологических свойств высокоуглеродистой легированной стали для арматуры железобетонных шпал

УДК 621.771

ОСОБЕННОСТИ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ ДЛЯ АРМАТУРЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ШПАЛ

В.Н. Лебедев, М.В. Чукин, Г.Ш. Рубин, Г.С. Гун

RHEOLOGICAL FEATURES OF HIGH CARBON ALLOY STEEL FOR REINFORCEMENT OF FERROCONCRETE CROSSTIES

V.N. Lebedev, M.V. Chukin, G.S. Rubin, G.S. Gun

Приводятся результаты экспериментальных исследований особенностей реологических свойств высокоуглеродистой легированной стали, используемой для производства нового вида продукции - высокопрочной стабилизированной арматуры для современных железобетонных шпал. Получены уравнения состояния стали марок C85CrV и 85ФЮ, необходимые для проектирования деформационных режимов волочения и профилирования арматуры, обеспечивающих достижение заданного комплекса эксплуатационных характеристик готовой продукции.

Ключевые слова: высокоуглеродистая легированная сталь, реологические свойства, диаграммы деформирования, уравнения состояния, арматура для железобетонных шпал.

The results of Theological features experimental studies of high carbon steel alloy which is used for production of the new high-strength stabilized reinforcement for up-to-date ferroconcrete crossties are presented. State equations for steel grades C85CrV and 85ФЮ are generated, which are required for planning of the deformation drawing and reinforcement shaping modes, providing achievement the required complex of production working characteristics.

Keywords: high carbon alloy steel, rheological features, deformation curves, state equations, reinforcement of ferroconcrete crossties.

В метизном производстве процессы холодной пластической деформации являются одними из базовых технологических методов обеспечения качества готовой продукции. Для рациональной организации таких процессов и прогнозирования их результатов необходимы знания о деформационной специфике обрабатываемых материалов. Целью настоящей работы явилось экспериментальное исследование особенностей реологических свойств подката высокоуглеродистой легированной стали, используемой в качестве исходной заготовки на ОАО «ММК-МЕТИЗ» для производства нового вида продукции - высокопрочной стабилизированной арматуры диаметром до 10,0 мм для современных железобетонных шпал.

Оценку технологической деформируемости стали проводили по результатам пластометрических испытаний цилиндрических образцов. Образцы изготавливали из катанки диаметром 15,0 мм из стали марки 85ФЮ, сорбитизированной в условиях прокатного передела ОАО «ММК», и из па-тентированной стали марки C85CrV производства Италии. Деформацию образцов осуществляли на кулачковом пластометре при температуре 20 °С в диапазоне скоростей деформации 5-20 1/с. Для достижения однородного напряженно-деформиро-ванного состояния в процессе осадки использова-

ли полировку и смазку контактных поверхностей. Статистическая достоверность результатов испытаний достигалась проведением не менее трех параллельных опытов для каждого значения скорости и степени деформации.

Диаграммы деформирования, построенные без учета упругости, для стали марок 85ФЮ и С85СгУ, находящихся в исходном состоянии, приведены на рис. 1, а, б соответственно. При построении диаграмм деформирования, представленных на рис. 1, использовался весь массив экспериментальных значений без дифференциации по уровням скоростей деформации.

Высокая плотность расположения точек в поле экспериментальных данных свидетельствует о малой дисперсии и достаточно высокой статистической достоверности полученных результатов как для стали марки С85СгУ производства Италии (см. рис. 1, а), так и для стали марки 85ФЮ производства ОАО «ММК» (см. рис. 1, б). Характер поведения кривых, представленных на рис. 1, типичен для рассматриваемой группы материалов. Деформационный предел прочности для стали марок С85СгУ и 85ФЮ находится на уровне 58 % и 49 % соответственно.

Низкий разброс экспериментальных значений определяет отсутствие значимого влияния скоро-

Относительная деЛопмаиия. %

-Образец №2-1 —Образец №3-1 —А—Образец №4-1

а)

-Образец №5-1

Относительная деДошнаиия. %

-Образец №6-2 ——Образец №7-2 -

- Образец №9-2 —*— Образец №10-2

б)

- Образец №8-2

Рис. 1. Диаграммы деформирования образцов исследуемой стали марок С85Сг\/ производства Италии (а) и 85ФЮ производства ОАО «ММК» (б) в исходном состоянии

сти деформации на сопротивление деформации рассматриваемых марок стали. Об этом свидетельствуют также специально проведенные исследования о выявлении вязких свойств стали марок 85ФЮ и С85СгУ, которые показали, что существенного (статистически значимого) влияния скорость деформации на значения сопротивления деформации не оказывает и при проектировании технологических процессов холодного пластического деформирования вязкой составляющей можно пренебречь [1].

Известно, что сопротивление деформации стали определяется не только (а в некоторых случаях не столько) их химическим составом, но и

фазовым, а также структурным состоянием материалов [2].

В связи с этим одна из задач исследований заключалась в сопоставлении кривых упрочнения для анализируемых марок стали 85ФЮ и С85СгУ, полученных по различным технологическим схемам. Для этого поля экспериментальных значений для указанных групп материалов были сведены на одну координатную плоскость (рис. 2).

Как следует из рис. 2, при достижении значений относительной деформации 45 % для стали марки С85СгУ и 55 % для стали марки 85ФЮ наблюдается увеличение значений сопротивления деформации, что свидетельствует о переходе ма-

g 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200

S

s

¡?

c3

S

2.

О

©>

o

et

Q

S

Ш

о

4

ffl

s

H

о

Q.

О

U

0

I Л

Д. А Д £ Д А А ^ л ДА дЛ д

д д д д дд д п А а А А А

А i д аааа ' А А  А

д

[ л !

т -г

Ü

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00

Относительная деформация, %

60,00

70,00

Рис. 2. Поля экспериментальных значений зависимости сопротивления деформации от степени деформации для стали марки 85ФЮ производства ОАО «ММК»

я

я

S

а.

о

-В-

s

=

V

Ч

а

s

н

о

а.

с

о

U

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

у=2&0 i )Х5 - 0,0041} <*> с4 + 0,2926х r2 = o О О 3 - 10,049х2 9666 ° о + 165ДЗхЧ -381,39 i> К

о — — « ^ 0 1   00 и Вш о £—  уь    Hg -g—

о/ /  о / / /      -щ

/•/ / _7 1 /о/ у = 2Е-05Х5 - 0,0032х4 + ),2284х3 - 7 933х2 + 133, 53х + 323,02

R2 = 0,9792

О

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00

Относительная деформация, %

60,00

70,00

Рис. 3. Построение уравнений состояния при аппроксимации кривых деформационного упрочнения стали марок С85СгУ

териала в режим неоднородной деформации (при испытаниях на растяжение данный момент соответствует началу образования шейки на образце). Соответствующие данной относительной деформации значения сопротивления деформации можно считать временным сопротивлением ов, которое для стали марки С85СгУ находится в диапазоне 1400-1440 МПа. Среднее значение временного сопротивления составляет для данного материала

1420 МПа. Для стали марки 85ФЮ диапазон значений временного сопротивления существенно ниже и соответствует 1210-1240 МПа, при этом среднее значение временного сопротивления составляет 1225 МПа.

Важным результатом исследований явилось построение единых уравнений состояния, которые получали путем аппроксимации полей точек экспериментальных данных полиномами 5-го порядка в программе Microsoft Excel (рис. 3).

Уравнения состояния для стали марок С85СгУ и 85ФЮ имеют следующий вид соответственно:

с, = 2 • 10“5е,5 -0,004Ц4 + 0,292в,3 -

-10,049е,2 +165,13е,-+381,39;

= 2-10 5е;5 -0,00328,4 + 0,2284В,3 -

-7,893£,2 +133,53е, + 323,02 .

Полученные уравнения (1) и (2) были использованы при моделировании деформационных режимов обработки арматуры диаметром 9,6 мм из подката диаметром 15,0 мм в программном комплексе 0ЕР011М-30.

По результатам моделирования были определены и реализованы на ОАО «ММК-МЕТИЗ» режимы волочения и профилирования арматуры, обеспечивающие достижение заданного комплекса

эксплуатационных характеристик готовой продукции.

Литература

1. Гун, Г. С. Исследование реологических свойств патентированной и сорбитизированной стали / Г. С. Гун, М.В. Чукин, В.В. Чукин; под ред. А.Д. Носова // Производство конкурентоспособных метизов: сб. науч. тр. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - Вып. 3. - С. 135-143.

2. Особенности реологических свойств конструкционных наносталей / Г.С. Гун, М.В. Чукин, М.П. Барышников, Р.З. Валиев и др. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. — 2008. - № 1. -С. 24-27.

Поступила в редакцию 8 апреля 2010 г.