К.т.н. Губанов О.М., к.т.н. Романенко Д.Н.

Липецкий государственный технический университет, Россия,
Юго-Западный государственный университет, Россия.

Методика оценки микроструктуры стали с ярко выраженной разнозернистостью

О развитии процессов рекристаллизации и динамике изменения структурного состояния во время отжига можно судить по изменению различных показателей. Это может быть изменение среднего или максимального размера зерна, коэффициента разнозернистости либо площади поверхности, занимаемой зернами различного размера, в сечении образца. В случае, когда рассматривается материал, имеющий большую разнозернистость (d_max/d_ср > 1,9), а также в случаях, когда разнозернистость возникает и развивается в процессе обработки и необходимо количественно описать изменения в процессе обработки, наиболее подходит метод измерения долей площади сечения, занимаемой зернами различного размера.

Данная методика заключается в следующем:

1. Для каждого образца делается несколько микрофотографий при увеличении, достаточном для выделения отдельных мельчайших зерен и измерения их размера.

2. На микрофотографиях в произвольном порядке выделяются несколько областей с количеством зерен, попавших внутрь выделенной области, желательно не менее 40.

3. Подсчитывается число зерен i-того размера попавших внутрь очерченной фигуры (n_i). Для удобства подсчета зерна распределяются по размерным группам с определенным шагом (авторами наиболее часто применяется деление на группы с шагом 10 мкм).

Подобным образом с целью снижения погрешности измерений проводится несколько измерений для каждого образца с суммарным количеством зерен не менее 500.

4. Вычисляется номинальная площадь поверхности занятая зернами i-того размера

S_{i ном}=N_i π r_i² , (1)

где r_i – радиус зерен i-того размера.

5. Высчитывается процент площади поверхности сечения занимаемый зернами i-того размера

S_i= S_{i ном}/∑ S_{i ном} × 100% (2)

Как показано далее, метод измерения долей площади сечения, занимаемых зернами различного размера, является действенным инструментом изучения и анализа структур с выраженной разнозернистостью. Также он позволяет наиболее наглядно и точно описывать динамику изменения структурного состояния при рекристаллизации.

Авторы согласно приведенной методике оценивали динамику прохождения рекристаллизации в холоднокатаной изотропной электротехнической стали различных групп легирования при скоростном нагреве до различных температур. Скорость нагрева составляла свыше 230^оС/с. Для исследования отбирали сталь всех основных групп легирования с содержанием 0,081-3,055 % Si и 0,011-0,26 % P.

Проводилось не менее 10 замеров в образцах стали для каждой температуры нагрева во всех исследованных группах легирования. Погрешность измерения составила менее 5%.

Результатом практического применения данной методики явилось построение кривых, описывающих кинетику прохождения рекристаллизации в стали, склонной к образованию разнозернистости в процессе термообработки в указанных условиях.

Анализ полученных результатов позволил выделить несколько этапов развития микроструктуры при прохождении рекристаллизации во время скоростного нагрева. Очередность периодов развития с повышением температуры нагрева следующая: первичная рекристаллизация, период торможения развития (отсутствие видимых изменений структурного состояния), период замедленного развития собирательной рекристаллизации и период динамичного развития собирательной рекристаллизации.

Рис. 1. Кинетика прохождения рекристаллизации при скоростном нагреве.

Полученные данные позволяют не только описывать характер происходящих при рекристаллизации процессов, но и прогнозировать изменение микроструктуры при выборе новых режимов термообработки или корректировке существующих с учетом химического состава.

Метод измерения долей площади сечения, занимаемой зернами различного размера, является действенной методикой оценки микроструктуры стали с выраженной разнозернистостью. Он позволяет разрабатывать оптимальные режимы термической обработки стали с целью получения комплекса заданных свойств готовой продукции.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-38-50047 мол_нр.

Литература:

1. Губанов, О.М. Влияние кремния и фосфора на формирование микроструктуры и текстуры изотропной электротехнической стали при скоростном нагреве [Текст] / О.М. Губанов, А.Е. Чеглов, Д.Е. Камышева // Производство проката. – 2015. – № 1. – С. 8-13.