Влияние режимов высокотемпературной термомеханической обработки на механические свойства арматурного проката

Упрочняющая термомеханическая обработка (ВТМО), представляющая собой комбинированную технологическую обработку – сочетание пластической деформации и закалки в одном технологическом процессе, с каждым годом находит все более широкое применение в промышленности.

Цель исследования. Изучение влияния режимов ВТМО на формирование механических свойств стального проката, что является весьма актуальной научной проблемой, связанной с получением материалов с заданным комплексом механических характеристик.

Методы. Высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО) проводили в условиях, при которых процессы рекристаллизации деформированного аустенита частично или полностью подавляются, а процесс полигонизации получает наибольшее развитие с целью формирований развитой субструктуры аустенита, наследуемой мартенситом при последующей закалке. В работе исследовали изменение свойств высокопрочной арматуры при нагреве (отпуске) с различной интенсивностью. ВТМО осуществляли путем включения закаливающего устройства в технологическую линию стана № 280 ООО «Тулачермет-сталь». Исследования проводили по двум режимам работы стана № 280. В качестве исследуемых сталей были приняты малоуглеродистые арматурные стали Ст3 и Ст5.

Результаты. Экспериментально установлено, что максимальная охлаждающая способность действующего закаливающего устройства проявляется при включении трех рабочих секций с давлением воды около 13 -ти в каждой секции. При этом ВТМО следует проводить при максимальной скорости охлаждения в закаливающем устройстве в соответствии с заданным классом упрочнения, т.е. включать наименьшее число рабочих секций. Интенсивный режим охлаждения способствует формированию однородной структуры в упрочняемой арматуре с высоким комплексом механическими. Выявлено, что при проведении ВТМО целесообразно выдерживать температуру деформации в интервале 1000…1050 ℃, чтобы гарантировать производство арматуры заданного класса. Показано, что включение закаливающего устройства в линию стана непосредственно за летучими ножницами, а не за чистовой клетью стана приводит не только к безаварийной работе ножниц, но и к увеличению последеформационной выдержки между окончанием деформации и началом закалки прутков до значения, близкого к оптимальному, отвечающему формированию в аустените полигональной субструктуры, наследование которой мартенситом обеспечивает высокие механические свойства стали после ВТМО.

Заключение. Данные результаты могут быть использованы при создании ресурсосберегающих процессов обработки материалов.

1. Основы повышения долговечности высокопрочных сталей, эксплуатируемых в водородсодержащих средах: монография / Н. Н. Сергеев, А. Н. Сергеев, С. Н. Кутепов, Г. М. Журавлев, А. Е. Гвоздев. Тула: Изд-во ТулГУ, 2019. 348 с.

2. Термическое упрочнение проката / К. Ф. Стародубов, И. Г. Узлов, В. Я. Савенков, С. Н. Поляков, Ю.

3. З. Борковский, В. В. Калмыков; под ред. К. Ф. Стародубова. М.: Металлургия, 1970. 368 с. 3. Повышение стойкости термически упрочненного проката против водородного охрупчивания и растрескивания / М. А. Криштал, Б. А. Гусев, Н. Н. Сергеев, Т. А. Минюшина // Физико-химическая механика материалов. 1977. Т. 13. № 6. С. 18-20.

4. Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов / пер. с. англ. под ред. Б. Я. Любова. М.: Изд-во «Мир», 1972. 408 с.

5. Влияние микроструктурных факторов и термической обработки на коррозионную стойкость арматурной стали класса А600 / Н.Н. Сергеев, В.В. Извольский, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев, Д.С. Клементьев // Известия ЮгоЗападного государственного университета. 2018. Т. 22, № 2(77). С. 52-63. DOI: 10.21869/2223-1560-2018-22-2-52-63.

6. Влияние технологических режимов упрочнения арматурного проката для композиционных железобетонных конструкций на чувствительность к коррозионномеханическому разрушению / Н.Н. Сергеев, В.В. Извольский, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, О.В. Пантюхин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 3. С. 558-568.

7. А. С. № 2018664179 Российская Федерация. Программный комплекс для расчета напряженного и деформированного состояния металлических, порошковых, аморфных, неметаллических, наноструктурных композиционных систем и материалов конструкционного, инструментального и триботехнического назначения в различных условиях / А.Е. Гвоздев, Г.М. Журавлев, И.В. Минаев, А.Н. Сергеев, А.Д. Бреки, Д.В. Малий, М.В. Казаков, С.Н. Кутепов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ТГПУ им. Л.Н. Толстого». № 2018660758; заявл. 05.10.2018; опубл. 12.11.2018.

8. А. С. № 2018661010 Российская Федерация Программный комплекс расчета мощности сил, определяющих процессы пластического деформирования, поверхностного формоизменения и фрикционного взаимодействия слитковых, порошковых и нанокомпозиционных металлических систем / А.Е. Гвоздев, А.Д. Бреки, Ю.С. Дорохин, Г.М. Журавлев, Д.С. Клементьев, С.Н. Кутепов, Д.В. Малий, П.Н. Медведев, И.В. Минаев, А.Н. Сергеев, Д.М. Хонелидзе; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ТГПУ им. Л. Н. Толстого». № 2018618274; заявл. 31.07.2018; опубл. 30.08.2018.

9. Кинетика распространения трещин в металлических материалах при коррозионно-механическом разрушении / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2018. Т. 8, № 1 (26). С. 24-37.

10. Исследование сравнительной стойкости арматурных сталей в процессе ускоренных лабораторных испытаний на водородное растрескивание / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев, Д.С. Клементьев // Известия ЮгоЗападного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2018. Т. 8, № 1 (26). С. 38-48.

11. Влияние уровня растягивающих напряжений на длительную прочностьарматурных сталей в водородсодержащих средах / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, И.В. Тихонова, С.Н. Кутепов, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета.Серия: Техника и технологии. 2018. Т. 8, № 2 (27). С. 6-19.

12. Влияние температуры отпуска на стойкость арматурной стали 20ГС2против водородного растрескивания / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2018. Т. 8, № 2 (27). С. 54-67.

13. Взаимодействие дисперсных компонентов смазочного композиционного материала, содержащего наночастицы дихалькогенидов вольфрама / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. № 5. Ч. 2. С. 136-144.

14. Распределение температур и структура в зоне термического влияния для стальных листов после лазерной резки / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, А.Г. Колмаков, И.В. Тихонова, А.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, Д.М. Хонелидзе, Д.В. Малий, И.В. Голышев // Материаловедение. 2016. № 9. С. 3-7.

15. Технология конструкционных, эксплуатационных и инструментальных материалов / А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Н.Н. Сергеев, В.И. Золотухин, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Д. Бреки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 406 с.

16. Жидкие и консистентные смазочные композиционные материалы, содержащие дисперсные частицы гидросиликатов магния, для узлов трения управляемых систем: монография / А.Д. Бреки, В.В. Медведева, Н.А. Крылов, С.Е. Александров, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, Н.Е. Стариков, Д.А Провоторов, Н.Н. Сергеев, Д.В. Малий / под ред. А.Д. Бреки. Тула: ИздательствоТулГУ, 2016. 166 с.

17. Разработка прогрессивных технологий получения и обработки металлов, сплавов, порошковых и композиционных наноматериалов: монография / М.Х. Шоршоров, А.Е. Гвоздев, В.И. Золотухин, А.Н. Сергеев, А.А. Калинин, А.Д. Бреки, Н.Н. Сергеев, О.В. Кузовлева, Н.Е. Стариков, Д.В. Малий. Тула: ИздательствоТулГУ, 2016. 235 с.

18. On friction of metallic materials with consideration for superplasticity phenomenon / A.D. Breki, A.E. Gvozdev, A.G. Kolmakov, N.E. Starikov, D.A. Provotorov, N.N. Sergeyev, D.M. Khonelidze // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Т. 8. № 1. С. 126-129.

19. Роль процесса зародышеобразования в развитии некоторых фазовых переходов первого рода / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, И.В. Тихонова, А.Г. Колмаков // Материаловедение. 2015. № 1. С. 15-21.

20. Влияние деформационной повреждаемости на формирование механических свойств малоуглеродистых сталей / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов // Производство проката. 2015. № 12. С. 9-13.

21. Многоуровневый подход к проблеме замедленного разрушения высокопрочных конструкционных сталей под действием водорода / В.П. Баранов, А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Н.Н. Сергеев, А.Н. Чуканов // Материаловедение. 2017. № 7. С. 11-22.

22. Принятие решений по статистическим моделям в управлении качеством продукции / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, С.В. Сапожников, С.Н. Кутепов, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2017. Т. 21, № 5(74). С. 78- 92. DOI: 10.21869/2223-1560-2017-21-5-78-92.