Управляемое термическое упрочнение проката

Узлов И.Г., Парусов В.В., Гвоздев Р.В., Филонов О.В.

Металлургия, 1989 г.

ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИИ НА КИНЕТИКУ ПРЕВРАЩЕНИЙ АУСТЕНИТА

При термическом упрочнении стали с прокатного нагрева необходимо учитывать специфическое воздействие на нее высоко- и низкотемпературной деформации. Влияние таких факторов, как наклеп и рекристаллизация* на кинетику превращения аустенита противоположно. Из работы [98] следует, что если приложенные напряжения превышают предел текучести γ-фазы при данной температуре, то превращение аустенита ускоряется и продолжительность инкубационного периода может уменьшиться на порядок. Для области диффузионных превращений было установлено [52], что пластическая деформация стабильного аустенита приводит к значительному ускорению не только перлитного, но и полиморфного превращения в стали, при этом диаграммы превращений аустенита смещаются в интервал более высоких температур, а инкубационный период превращений уменьшается. Понижение устойчивости аустенита, но данным работы [21], проявляется тем сильнее, чем ниже температура прокатки стабильного аустенита, выше степень обжатия и ниже температура изотермического распада. Авторы работы [94] придерживаются противоположного мнения о влиянии температуры изотермы при превращении: активирующее действие горячей пластической деформации проявляется в большей мере при повышении температуры изотермического распада аустенита.

Несмотря на противоречивость указанных данных, которая может быть объяснена выбором неравнозначных критериев оценки, общепризнанным фактом является уменьшение устойчивости аустенита в перлитной области под влиянием горячей пластической деформации, повышающей скорость зарождения и роста перлита. Механизм влияния горячей деформации аустенита на снижение устойчивости его в перлитной области заключается, по-видимому, в увеличении отношения граничной (межфазной) диффузии к объемной [21].

Аналогичное влияние оказывает деформация и на переохлажденный аустенит [52]: при температурах перлитной области сокращается инкубационный период и повышается скорость превращения; влияние деформации увеличивается при росте степени деформации и понижении температуры; дробность и скорость деформации слабо влияет на кинетику распада.

Низкотемпературная деформация или напряжения в бейнитном интервале температур приводит к сокращению инкубационного периода распада аустенита и ускорению превращения с повышением скорости деформации [46].

Деформация в середине инкубационного периода ускоряет бейнитное превращение в большей степени, чем Деформация непосредственно после переохлаждения аустенита: в первом случае превращение идет с большей степенью распада, чем во втором [47]. Дробность деформации увеличивает полноту бейнитного превращения.

Влияние горячей деформации на кинетику бейнитного превращения проявляется в замедлении процесса распада аустенита. Это вызвано уменьшением скорости роста бейнитных кристаллов при увеличении скорости их зарождения. Последеформационная выдержка постепенно устраняет неравновесные дефекты кристаллического строения аустенита, а вместе с ними и влияние горячей деформации на кинетику бейнитного превращения 129], однако в ряде случаев выдержка до 10 с приводит к дополнительной стабилизации аустенита. По мнению авторов работы [21], замедление бейнитного превращения под действием горячей деформации объясняется уменьшением диффузионной подвижности атомов углерода, что связано с формированием развитой внутризеренной субструктуры.

Причиной замедления бейнитного превращения может быть также торможение мартенситного у α-перехода, который является характерной особенностью превращения аустенита в промежуточной области.

Сложным является воздействие деформации на мар-тенситное превращение в стали. Это обусловлено влиянием различных, зачастую действующих противоположным образом факторов: величины зерна, процессов предвыделения и выделения, разупорядочения и упорядочения.

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ

При высокотемпературном нагреве стали под горячую деформацию укрупняется зерно γ-фазы, что способствует повышению устойчивости аустенита. Как указывалось выше, ВТМО снижает устойчивость аустенита в перлитной области и повышает в бейнитной. Снижению прокаливаемости в перлитной области способствует также измельчение аустенитного зерна, происходящее при определенных температурно-деформационных режимах ВТМО.

Если ограничиться приведенными данными, то следует ожидать, что прокаливаемость стали после ВТМО, по крайней мере в перлитном интервале, должна понизиться. В действительности же прокаливаемость в ряде случаев не понижается, а увеличивается. Обычно увеличение прокаливаемости объясняют большей степенью гомогенизации аустенита при высокотемпературном нагреве под прокатку.

Что касается влияния ВТМО на распределение примесных атомов, в частности углерода, то согласно данным работы [42] предполагается выделение углерода из аустенита в процессе деформации, вызывающей уменьшение ширины линии (110). Возникшие сегрегации Котрелла могут служить центрами зарождения карбидов лишь при термодинамической возможности распада аустенита. При закалке стали после ВТМО насыщенные сегрегации Котрелла способствуют увеличению объемной доли мартенсита в верхнем интервале температур его образования, что способствуем более полному протеканию процесса самоотпуска и, следовательно, повышает пластичность стали.

В работе [76] повышенная прокаливаемость после ВТМО объясняется эффектом укрупнения зерна. Действительно, несмотря на то, что в процессе или после окончания ВТМО происходит измельчение исходного зерна аустенита, последующие рекристаллизационные процессы вызывают интенсивный рост возникшего комплекса мелких зерен. Следовательно, величина зерна перед закалкой будет определяться тем, какой из указанных факторов будет преобладающим.

Процессы устранения последствий деформации при повышенных температурах идут с большой скоростью. В этом случае наиболее вероятным механизмом формирования центров рекристаллизации является коалесценция субзерен, когда внутри последних еще сохраняется часть дислокаций и их скоплений [37]. При увеличении времени нагрева или выдержки начинается рост центров рекристаллизации путем миграции их границ. Величину зерна после ВТМО, а следовательно, в определенной мере и прокаливаемости, можно оценить по диаграммам рекристаллизации. При этом пользуются диаграммами, которые связывают среднюю величину зерна со степенью и температурой горячей деформации.

Нужно отметить, что информация, полученная из анализа диаграмм рекристаллизации, дает представление только о конечной величине зерна и не отражает кинетики его изменения. Поэтому представляет интерес кинетика рекристаллизации аустенита после горячей деформации [37; 84]. Из кинетических кривых рекристаллизации [84] следует, что возникающий после горячей деформации комплекс мелких зерен укрупняется не монотонно, а проходит через ряд экстремальных значений. Следовательно, представляется возможным определять допустимую технологическую выдержку перед закалкой стали, в течение которой не происходит чрезмерное укрупнение аустенитного зерна.