Формирования качества при прокатке горячекатаных полос

Известно, что температурные режимы прокатки листов, режимы их охлаждения на отводящем рольганге, температура их смотки, а также их химический состав оказывают влияние на структуру и механические свойства получаемых горячекатаных полос. Изменяя режимы прокатки и охлаждения, т.е. варьируя температурно-деформационные режимы прокатки и скорости охлаждения можно получать различную микроструктуру и механические свойства получаемых листов.

При одинаковых условиях деформирования листов повышенные прочностные свойства прокатываемого металла можно достичь увеличением скорости охлаждения полос. Однако при этом снижаются пластические свойства металла полос. Необходимо отметить, что при очень высокой скорости охлаждения на поверхности полос образуется подкаленный слой металла, при этом по толщине полосы формируется неоднородная микроструктура. Все это приводит к получению горячекатаного металла с низким механическим свойством, т.е. изготовляются полосы с механическим свойством несоответствующим существующим стандартам.

Из фазовой диаграммы «железо – цементит» видно, что при обычной температуре охлаждения Ст3сп имеет ферритно-перлитную структуру. В стали Ст3сп основным носителем углерода является перлит, так как феррит содержит очень малый объем углерода. Поэтому, при увеличении массовой доли углерода в стали увеличивается массовая доля цементитной фазы в перлите. Это приводит к снижению пластичности и ударной вязкости, а также к увеличению твердости и прочности стали.

Известно, что углеродистые стали содержат, как основные компоненты (железа и углерода), так и ряд примеси (Мn, Si, S, P и др).

В углеродистых сталях фазы, в зависимости от массовой доли углерода, примесей, могут образовывать ту или иную структуру, при этом данные фазы могут располагаться определенным образом в различных объемах сталей.

Таким образом, исследование влияния химического состава, образующихся при охлаждении фаз, температурных режимов прокатки и смотки, а также режимов охлаждения полос на качество горячекатаного проката имеет большое значение.

1.4Деформация металлов

Под действием приложенных сил в металле возникают напряжения, которые вызывают деформации, изменяющие форму и размеры метал­лического тела. Эти силы могут быть внешними или возникать в ре­зультате различных физико-химических процессов. Деформация ме­талла может быть упругой, полностью исчезающей после снятия нагрузки и пластической (остаточной). При упругой деформации сме­щение атомов незначительно, и они после снятия нагрузки возвраща­ются в исходное положение. При пластической деформации происхо­дит необратимое смещение атомов без разрушения металла.

Физическая сущность пластической деформации монокристалла (единичного кристалла) заключается в том, что напряжения вызывают перемещение дислокаций, при которых верхняя часть одного зерна (кристалла) сдвигается на один межатомный промежуток по отношению к его нижней части. В некоторых случаях под действием касательных напряжений одна часть зерна смещается по отношению к другой и является как бы его зеркальным отражением. Такую де­формацию называют двойникованием. Любой процесс деформации при возрастании напряжений до предельных величин заканчивается хрупким или вязким разрушением.

Хрупкое разрушение не сопровождается сколько-нибудь заметной пластической деформацией; излом при таком разрушении гладкий, блестящий. Вязкому разрушению предшествует более или менее зна­чительная пластическая деформация; излом получается неровный, матовый. В реальных случаях часто наблюдается смешанный тип разрушения.

Пластическая деформация поликристаллического металлического тела осуществляется аналогично пластической деформации моно­кристалла. Однако в поликристаллическом металле на процесс пла­стической деформации внутри отдельных зерен накладываются про­цессы поворота или взаимного скольжения зерен. Отдельные зерна поликристаллического тела вследствие различной кристаллографи­ческой ориентировки деформируются по-разному. Прежде всего де­формируются те зерна, в которых плоскости скольжения наиболее благоприятно расположены по отношению к приложенной силе. На первом этапе пластической деформации в отдельных зернах появляются линии сдвигов. По мере развития пластической деформации проис­ходит дробление блоков мозаичной структуры, поворот зерен относи­тельно друг друга и изменение их формы.

При увеличении деформации зерна вытягиваются по направлению действия силы, образуя волокнистую структуру. При больших сте­пенях пластической деформации в поликристаллическом металле образуется определенная ориентировка зерен, называемая текстурой. Металл приобретает анизотропию свойств. Прочность вдоль вытянутых зерен (по направлению деформации), больше, чем в поперечном на­правлении.

В результате сдвига и двойникования вдоль плоскости сдвига и в прилегающих к ней объемах наблюдается искажение кристаллической решетки, которое вызывает упрочнение металла. При увеличении деформации скольжение происходит уже в другой параллельной плоскости, а в данной плоскости сдвиг затормаживается. Таким обра­зом, процесс скольжения в реальных кристаллах приобретает ступен­чатый характер. Образующиеся линии скольжения, видимые в от­дельных зернах, являются результатом скольжения множества парал­лельных плоскостей.

Исследованиями установлено, что в кристаллической решетке процесс скольжения с плотным расположением атомов происходит легче и более затруднен в плоскостях и направлениях с наименьшей плотностью расположения атомов. Как указывалось ранее, легкое пере­мещение атомов по плоскостям скольжения объясняют наличием в них дислокаций. Пластическая деформация поликристаллического металла увеличивает его прочность и уменьшает пластичность.

Нагартовкой, или наклепом, называют упрочнение металлов в про­цессе пластической деформации.

Непрерывное возрастание напряжений в процессе деформации заканчивается хрупким или вязким разрушением. Хрупкое разруше­ние не сопровождается сколько-нибудь заметной пластической де­формацией.

Вязкому разрушению всегда предшествует значительная пласти­ческая деформация. Излом образца неровный, матовый. Практически чисто хрупкое или чисто вязкое разрушение металлов наблюдается редко.