Стали после контролируемой прокатки. В п. 1.5 рассматривался способ получения высокопрочной стали с сильным измельчением феррито-перлитной мик­роструктуры в результате микролегирования, создающего дисперсные карбонитри-ды - карбонитридное упрочнение. В этом способе мелкозернистая структура формируется при термической обработке проката - нормализации.

Однако существует и другая технология получения мелкозернистой феррито-перлитной стали, часто с микролегирующими добавками карбонитридов, но непосредственно после горячей пластической деформации, осуществляемой по специальным термомеханическим режимам, получившая название контролируемой прокатки [25]. Ее спецификой является пластическая деформация при пониженных температурах, при которых рекристаллизация и рост зерен деформированного ау-стенита существенно замедляются, особенно в присутствии дисперсных выделений карбонитридов. Температура окончания прокатки лежит в пределах 850-700 °С, причем используются две технологические возможности: образование конечной микроструктуры из деформированного аустенита до его рекристаллизации; получение мелкозернистой исходной микроструктуры вследствие рекристаллизации обработки аустенита, предшествующей полиморфному у -> ос превращению.

Образование мелких зерен феррита обусловлено в первом случае высокой плотностью дефектов кристаллического строения в решетке аустенита - его наклепом при прокатке, во втором случае - наследованием малой величиной зерна феррита и малой величины зерна аустенита. В обоих случаях образованию мелкозернистой конечной феррито-перлитной микроструктуры способствует возникновение в исходной аустенитной микроструктуре большого количества центров кристаллизации.

Характерной особенностью микроструктуры стали после контролируемой прокатки является значительно более заметная разница в величине соседних феррит-ных зерен, чем при карбонитридном упрочнении (разнозеренность), а также, часто, наличие внутри зерен еще более однородных областей - субзерен, разделенных дислокационными малоугловыми границами. При этом часто расположение более крупных зерен феррита в микроструктуре повторяет расположение границ бывших аустенитных зерен, особенно после контролируемой прокатки по первому технологическому варианту.

В качестве микролегирующих добавок при контролируемой прокатке могут использоваться карбиды и нитриды ряда элементов, например, ванадия, титана, алюминия. Однако наиболее эффективными являются добавки дефицитного (пока) в нашей стране ниобия. Обычно он вводится в сталь в количестве 0,02-0,06 %.

Другой необходимой предпосылкой контролируемой прокатки является наличие особо мощных прокатных станов, способных быстро деформировать металл при пониженных температурах без заметного снижения производительности при достаточной надежности и долговечности оборудования. Значительную роль играет также скорость охлаждения, подавляющего развитие рекристаллизационных процессов, вследствие чего возможность получения эффекта контролируемой прокатки с увеличением толщины уменьшается. В настоящее время контролируемая прокатка осуществляется в основном при получении металлоизделий толщиной до 20 мм: горячекатаной широкой полосы и штрипса (листовых заготовок для электросварных труб магистральных газопроводов).

Хорошие результаты дает контролируемая прокатка широкой рулонной полосы толщиной 2,5-8 мм из углеродистой стали (типа СтЗсп) с микродобавками алюминия, титана и ванадия. Производство такой полосы освоено на непрерывном широкополосном стане 2000 Череповецкого металлургического комбината. Полоса четырех уровней прочности с марочными обозначениями: Ч-ЗЗ, 4-37, 4-40 и 4-44 (Ч - череповецкая) поставляется для нужд строительства и сельскохозяйственного машиностроения с гарантированными пределами текучести (не менее) 325, 365, 390 и 430 Н/мм2 и временным сопротивлением разрыву 450, 480, 510 и 545 Н/мм2 соответственно.

Полоса первых трех уровней прочности используется в качестве материала гнутых и гнутосварных профилей для легких строительных металлоконструкций комплектной поставки вместо более дорогой и дефицитной стали марки 09Г2С. Химический состав и механические свойства полосы приводятся в табл. 1.24 и 1.25. Величина зерна феррита полосы колеблется в пределах, оцениваемых нормами 9-11 шкалы ГОСТ 5639-82* (средний диаметр зерна 7-12 мкм). В исходной полосе сталь характеризуется достаточной хладостойкостью: температура хрупкости Т50 при испытании на динамический изгиб образцов типа 1 по ГОСТ 9454-78* расположена при минус 70 - минус 40 °С. Заметного разупрочнения при сварке стали не обнаруживается.

Более толстые листы, поставляемые металлургической промышленностью строительству в состоянии после контролируемой прокатки, изготовляются из низколегированной стали. Обычно это отсортировка штрипсов (листовых заготовок) для производства газопроводных труб большого диаметра и высокого давления, предназначенных для районов с низкой климатической температурой. Наряду с высокими показателями прочности о~т и ов сталь марок 09Г2ФБ и 10Г2ФБ характеризуется весьма благоприятными свойствами хладостойкости. Причем помимо ударной вязкости на образцах с полукруглым надрезом при минус 60 °С гарантируется также ударная вязкость на остронадрезанных образцах при минус 15 °С и доля волокна в изломе крупноразмерных образцов ДВТТ при испытании падающим грузом.

Высокие вязкость и пластичность обусловлены не только мелкозернистой микроструктурой, но также пониженным содержанием неметаллических включений и изменением их формы специальной модифицирующей обработкой. Содержание серы в стали не превышает 0,006-0,01 %. Требования к химическому составу и механическим свойствам этих сталей приведены в табл. 1.26 и 1.27. Сталь поставляется с обязательной гарантией углеродного эквивалента по формуле (1.1) - не более 0,43 % и после дефектоскопического ультразвукового контроля, гарантирующего отсутствие нарушений сплошности с требованиями для 2-3 классов по ГОСТ 22727-73.

Заметим, что значительным показателям ударной вязкости при отрицательной температуре и низкой температуре хрупкости сталей после контролируемой прокатки часто способствует появление расслоений, наблюдаемых в вязких изломах продольных и поперечных образцов в температурном интервале, несколько выше температур визуального обнаружения хрупкого разрушения сколом. Установлено, что расслоения не связаны с какими-либо нарушениями сплошности в исходном металле, но возникают (путем разрушения сколом) под влиянием больших растягивающих напряжений в направлении толщины в момент достижения максимума усилия непосредственно перед распространением магистральной трещины. Расслоения уменьшают жесткость напряженного состояния в очаге деформирования и смещают появление хрупкого разрушения сколом к более низким температурам. Благодаря высокой хладостойкости указанные стали вполне применимы для ответственных конструкций «северного исполнения».