ВЛИЯНИЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ НА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНУЮ ПЛАСТИЧНОСТЬ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ РЕЛЬСОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАЛИ

Симачёв А.С.

Аспирант, Сибирский государственный индустриальный университет

ВЛИЯНИЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ НА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНУЮ ПЛАСТИЧНОСТЬ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ РЕЛЬСОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАЛИ

Аннотация

В статье рассмотрены виды неметаллических включений, находящихся в различных зонах непрерывно-литой заготовки, их влияние на высокотемпературную пластичность.

Ключевые слова: непрерывно-литая заготовка, рельсовая электросталь, неметаллические включения, высокотемпературная пластичность.

Simachev A.S.

Postgraduate student, Siberian State Industrial University

THE INFLUENCE OF NON-METALLIC INCLUSIONS ON THE HIGH-TEMPERATURE PLASTICITY OF CONTINUOUS-CAST BLOOM MADE OF RAIL ELECTRIC STEEL

Abstract

The article considers the type of  non-metallic inclusions which are located in different zones of continuous-cast bloom, their influence on high-temperature plasticity.

Keywords: continuous-cast bloom, rail electric steel, non-metallic inclusions, high-temperature plasticity.

Помимо традиционных параметров, таких как химический состав стали, температура, скорость деформации, напряжен­ное состояние и история нагружения, пластичность весьма чувствительна к структуре стали и некоторым факторам, которые связаны с особенностями выплавки, внепечной обработки, раскисления и разливки стали [1]. В зависимости от химического состава сталь может содержать включения различных видов (оксиды, сульфиды, нитриды), различающиеся по размерам, форме и распределению. Полный анализ неметаллических включений состоит из определения их химического состава, струк­туры и количественной оценки загрязненнос­ти металла различными включениями. Металлографический метод наиболее удобен и во многих случаях позво­ляет достаточно надежно идентифицировать включения без использования других методов.

В данной работе были проведены исследования пластичности рельсовой электростали марки Э76Ф, химический состав которой соответствует ГОСТ 51685 – 2000. Изучены неметаллические включения металлографическим методом, их влияние на критерий пластичности (степень деформации сдвига).

Образцы, вырезанные из трех зон (корковой, столбчатых кристаллов, центральной) непрерывно-литой заготовки (НЛЗ), перед высокотемпературным кручение изучались на световом металлографическом микроскопе ЛабоМет – 1И, с оптическим увеличением х100. Виды и баллы неметаллических включений определялось по ГОСТ 1778 – 70.

Необходимо отметить, что во всех зонах НЛЗ присутствуют оксиды точечные (балл № 1). Помимо упомянутых выше включений, в корковой зоне наблюдаются единичные включения нитридов алюминия (балл № 1), в зоне столбчатых кристаллов незначительное количество силикатов недеформирующихся (балл № 1).

Наибольшее количество неметаллических включений различных видов было выявлено в центральной зоне НЛЗ, значительную часть составили оксиды точечные (балл № 2, № 3, № 5), сульфиды (балл № 1, № 2, № 4), а также силикаты недеформирующиеся (балл № 1, № 4, № 5).

Образцы, вырезанные из трех зон НЛЗ, нагревалась до температур 950, 1050, 1150, 1250 °С и выдерживалась 5, 10 и 15 минут при каждой температуре, затем подвергались кручению.

Высокотемпературное кручение производилось на установке, состоящей из нагревательной печи и двух валов (захватов), один из которых - вращающийся. Скорость вращения активного захвата была приближена к скорости проката чистовой клети рельсобалочного производства (~60 об/мин). Данная скорость кручения выбиралась, исходя из формулы А.П. Чекмарева и З.Л. Риднера [1]. Исходя из двухстороннего нагрева в печи сопротивления и, руководствуясь рекомендациям авторов [2], время выдержки выбиралось из расчета 1 минута на 1 мм сечения.

За величину предельной степени деформации металла до разрушения (критерий пластичности) принималась степень деформации сдвига (Λ_р):

где d₀ и l₀ – диаметр и длина рабочей части образца, мм;

Z – количество оборотов до разрушения.

Оценивая температуру нагрева и время выдержки образцов, необходимо отметить, что самые высокие показатели критерия пластичности во всех зонах НЛЗ наблюдаются при 10 минутной выдержке при температуре 1150°С (рис. 1).

Как видно из графика (рис. 1), при увеличении температуры нагрева выше 1150 °С критерий пластичности резко снижается, что объясняется, с позиции структурообразования, ростом зерна [3,4].

Рис. 1 - График зависимости степени деформации сдвига от температуры в трех зонах НЛЗ при выдержке 10 минут

Необходимо отметить, что при всех выдержках центральная зона НЛЗ имеет наименьшую пластичность по сравнению с корковой зоной и зоной столбчатых кристаллов.

Сульфиды и силикаты недеформирующиеся, присутствующие в центральной зоне, оказывают значительное влияние на пластические свойства, в частности увеличивают скорость роста усталостных трещин, что приводит к разрушению образца значительно быстрее, чем в двух других зонах НЛЗ [5].

Таким образом, наличие неметаллических включений, расположенные в различных зонах кристаллизации непрерывно-литой заготовки рельсовой электростали Э76Ф, существенно влияют на высокотемпературную пластичность, которая показывает минимальные значения в центральной зоне НЛЗ из-за большого количества оксидов, сульфидов и силикатов.

Литература

1. Перетятько В.Н., Темлянцев М.В., Филиппова М.В. Развитие теории ипрактики металлургических технологий. Т. 2. Пластичность и разрушениестали в процессах нагрева и обработки давлением. - М.: Теплотехник, 2010. -352 с.
2. Ю. А. Башнин, Б.К. Ушаков, А.Г. Секей. Технология термической обработки стали. Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 424 с.
3. Симачев А.С., Темлянцев М.В., Осколкова Т.Н. Высокотемпературная пластичность рельсовой электростали стали Э76Ф // Сб. науч.   тр.   «Вестник РАЕН». Западно-Сибирское отделение. - Новокузнецк, 2014, вып.16, С. 79 -
4. Симачев А.С., Темлянцев М.В., Осколкова Т.Н. Исследование высокотемпературной пластичности рельсовой стали марки Э76Ф // Сб. науч.   тр.   «Вестник   горно-металлургической секции РАЕН. Отделение металлургия». -Новокузнецк, 2014, вып.32, С. 23 -
5. Великанов А.В., Рейхарт В.А., Капорцев В.Н. Влияние методов внепечной обработки на качество рельсов из кислородно-конверторной стали // Сб. науч. тр.   «Неметаллические включения в сталях». - М.: Металлургия, 1983, С. 35 - 42.