Спосіб визначення стійкості аустеніту до фазових перетворень у сталях

Спосіб визначення стійкості аустеніту до фазових перетворень у сталях, який включає нагрівання сталевого зразка до температури аустеніти C2 2 (19) 1 3 спосіб не забезпечує, що обмежує галузь його застосування. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, є спосіб визначення стійкості аустеніту [Заявка РФ № 2007123893 А МПК, G01N33/20, опубл. 2008.12.27], що включає нагрівання зразка до температури аустенітизації й наступну термічну обробку за єдиним режимом, наступне охолодження із записом термограми в декількох точках, розташованих на різній відстані від охолоджуваного торця, проведення металографічного фазового аналізу. Для побудови термокінетичних діаграм розпаду переохолодженого аустеніту використовуються дані про температуру початку й кінця фазових перетворень, тип й кількість продуктів розпаду, знайдені в обраних точках зразка, у яких охолодження протікало з відомою швидкістю. У порівнянні з аналогом виконання відповідно до цього способу аналізу впливу швидкості охолодження на розвиток всіх спостережуваних при розпаді аустеніту перетворень дозволяє виконати оцінку його стійкості до фазових перетворень й дифузійного типу. Однак недоліком цього способу є те, що з його допомогою оцінка зміни стійкості може бути виражена тільки якісно. Зміни стійкості аустеніту до фазових перетворень у кількісному вираженні цей спосіб забезпечити не може. А це виключає можливість його застосування в промислових технологіях з метою підвищення керованості процесом формування структури й властивостей сталевого прокату та інших виробів зі сталі. В основу винаходу поставлене завдання визначення стійкості аустеніту до фазових перетворень шляхом використання даних про фізикомеханічні властивості, що утворилися в сталі при сформованому в умовах промислової виплавки її хімічному складі, що повинне забезпечити відтворення в кількісному вираженні змін стійкості аустеніту до фазових перетворень, що відбуваються під впливом коливання хімічного складу. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі визначення стійкості аустеніту до фазових перетворень у сталях, який включає нагрівання сталевого зразка до температури аустенітизації, з наступною термічною обробкою за єдиним режимом, згідно винаходу його виконують шляхом вибору однієї з фізико-механічних властивостей, чутливих до змін хімічного складу сталі, наприклад, теплопровідності, границі міцності, і т.п., виявляють його значення при випробуваннях зразків, і відповідно до цього значення визначають стійкість аустеніту до фазових перетворень за формулою: Фі=К·(Сi-Сmin)+Фmin, де: Фі - стійкість аустеніту до фазових перетворень аналізованої сталі; Сі - значення обраного показника фізикомеханічних властивостей аналізованої сталі; Фmin - значення стійкості аустеніту, обраного в якості мінімального; Сmin - значення обраного показника фізикомеханічних властивостей сталі зі стійкістю аустеніту, обраною в якості мінімальної; 92849 4 К - експериментально обумовлений коефіці єнт. Винахід пояснюється кресленням, де на Фіг. показано графік залежності границі міцності від стійкості аустеніту до фазових перетворень. Можливість застосування показників фізикомеханічних властивостей сталі для визначення стійкості аустеніту до фазових перетворень, базується на відомій їх прямій залежності від особливостей структури, що формується при розпаді аустеніту. Характер же структури визначається, з одного боку, термодинамічними умовами, при яких розвиваються перетворення, а з іншого - стійкістю аустеніту до цих перетворень, що змінюється під впливом коливань хімічного складу сталі. Але вплив термодинамічних умов на формування структури з розгляду можна виключити шляхом застосування єдиного режиму термічної обробки, застосовуваного в порядку підготовки зразків з досліджуваної сталі до випробувань. Завдяки цьому значення чутливих до хімічного складу сталі фізико-механічних властивостей виявляються в прямій залежності від стійкості аустеніту до фазових перетворень, а також, як наслідок, і від інтегрального хімічного складу сталі. Останнє дозволяє одержані шляхом визначення й відповідної обробки значень окремих фізико-механічних властивостей дані про стійкість аустеніту до фазових перетворень використовувати як показник інтегрального хімічного складу сталі для керування процесом формування структури й властивостей термічно оброблюваного сталевого прокату й інших виробів. Технічний результат від використання винаходу полягає в його застосуванні для керування процесом формування структури і властивостей прокату замість даних традиційного хімічного аналізу. Показниками, що характеризують фізикомеханічні властивості сталі й чутливими до хімічного складу сталі, є: теплопровідність, електропровідність, магнітна проникність, показники механічних властивостей і т.д. У зв'язку із цим пропонується новий спосіб визначення стійкості аустеніту до фазових перетворень (Фі). Послідовність виконання операцій при визначенні Фі відповідно до розробленого способу така: - вибирають показник, відповідно до даних про який будуть визначатися значення Фі. - вибирають єдиний (базовий) режим термічної обробки, якому повинні піддаватися зразки сталей, єдиний тип і параметри зразків для випробувань з метою визначення значення обраного показника фізико-механічних властивостей; - за допомогою застосування відомих методик визначають значення обраного показника фізикомеханічних властивостей сталі; - із серії плавок сталі вибирають дві сталі із приблизно найменшою й найбільшою механічною сумою хімічних елементів, що вміщуються в них, і приймають значення цих сум як уже певні значення стійкості аустеніту Фmin і Фmах і відповідно до встановленого для цих двох сталей значеннями обраного показника Сmin і Сmах визначають коефіцієнт К за формулою: 5 Фmax Фmin ; Cmax Cmin - у відповідності зі значенням установленого коефіцієнта К і виявленого для нової плавки сталі значення обраного показника фізико-механічних властивостей визначають стійкість аустеніту цієї сталі за формулою: Фі=К·(Сi-Сmin)+Фmin. Приклад виконання способу визначення стійкості аустеніту до фазових перетворень. При проведенні експериментів, які виконували в лабораторних умовах на сталях марок Ст3пс і Ст3Гпс, як показник фізико-механічних властивостей, у відповідності зі значеннями якого визначали стійкість аустеніту Фі, була обрана границя міцності в. У якості базового був прийнятий режим, що складається з витримки зразків протягом 1 години в електропечі при 1000°С і наступного охолодження натурних зразків арматурного прокату діаметром 12 мм на відкритому повітрі. З оброблених за базовим режимом зразків виготовили стандартні гагарінські зразки з діаметром робочої частини 5 мм і її довжиною 25 мм, також прийняті для наступних визначень у якості базоK 92849 6 вих, і випробували на розтягання з визначенням границі міцності в. Вміст всіх хімічних елементів, виявлених у кожній з підданих дослідженням плавок сталі, механічно підсумували й значення найбільшої (1,23%) і найменшої (0,84%) з отриманих сум прийняли в якості вже встановлених для цих двох плавок сталі чисельних значень Фmin і Фmaх стійкості аустеніту. Після цього, використовуючи встановлені значення границі міцності для цих двох плавок сталі (591 Н/мм2 і 463 Н/мм2 відповідно) у якості Сmin і Сmах визначали значення коефіцієнта К: Фmax Фmin 1,23 0,84 K 0,003, Cmax Cmin 591 463 Далі, підставляючи у формулу: Фі=К·(Сi-Сmin)+Фmin значення К, Сmin Фmin, а також встановлене для нової плавки значення границі міцності, рівне, наприклад Сі=542 Н/мм2, визначаємо значення стійкості аустеніту Фі цієї плавки: Фі=0,003·(542-463)+0,84=1,077 Хімічні склади досліджених сталей, значення границі міцності цих сталей після застосування базового й контрольного режимів термічної обробки, а також стійкість аустеніту до фазових перетворень цих сталей, наведені в таблиці. Таблиця №№ Марка сталі п/п 1 2 3 4 5 Ст3пс Ст3Гпс Ст3пс Ст3пс Ст3Гпс Вміст основних хімічних елеГраниця міцності в, Н/мм2 Стійкість аустеніту ментів, мас. % після охолодження після охолодження до фазових перетворень, % на повітрі з піччю С Мn Si 0,18 0,57 0,09 463 402 0,840 0,17 0,84 0,06 506 450 0,969 0,19 0,61 0,08 509 453 0,978 0,18 0,57 0,09 542 494 1,077 0,20 0,97 0,06 591 539 1,230 Для підтвердження вірогідності результатів визначення стійкості аустеніту із застосуванням розробленого способу відповідно до представлених в таблиці даними була побудована графічна залежність границі міцності від стійкості аустеніту (Фіг., пряма 1). Після цього зразки арматурного прокату діаметром 12 мм зі сталі тих же плавок, для яких стійкість аустеніту вже була визначена при обробці за базовим режимом, були термічно оброблені по контрольному режиму, що складався з витримки протягом 1 години при 1000°С і охолодження зразків до кімнатної температури разом з електропіччю. Результати визначення в після застосування нового режиму наносили на перпендикуляри, попередньо відновлені із точок на осі ординат відповідних усім раніше встановленим значенням стійкості аустеніту. Після цього через точки нових значень в, які були нанесені на на звані перпендикуляри, провели нову пряму (Фіг., пряма 2). Ця пряма стала відбивати залежність в від Фі, отриману при застосуванні нового режиму термообробки. При цьому коефіцієнт кореляції отриманих при застосуванні контрольного режиму значень з новою залежністю становить в R=0,9975, а самі прямі обох залежностей в від Фі практично паралельні. Це підтверджує вірогідність розробленого нового способу визначення стійкості аустеніту. Одержані за допомогою запропонованого способу результати визначення стійкості аустеніту до фазового перетворення можуть бути без додаткової обробки використані для розробки технології керування процесом термічного зміцнення, що забезпечує сталевому прокату підвищення стабільності механічних характеристик. 7 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 92849 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601