Статья Горбатенко В.П., Косаревич Н.И.
Донецкий национальный технический университет

 СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ СТАЛИ ПОСЛЕ КОНТРОЛИРУЕМОЙ ПРОКАТКИ

         Общая тенденция развития низколегированных сталей для газопроводных труб большого диаметра включает следующие металловедческие принципы: сокращение вклада в упрочнение перлитной составляющей структуры; измельчение зерна как механизм, обеспечивающий одновременно и упрочнение, и смещение области хрупкого разрушения в сторону низких температур; использование эффекта упрочнения дисперсионными выделениями фаз карбонитридообразующих элементов; создание развитой субструктуры; уменьшение центральной химической и структурной неоднородности.

         На практике реализация этих положений достигается уменьшением содержания углерода, рациональным микролегированием карбонитридообразующими элементами, в первую очередь ниобием, применением  термомеханической   обработки (контролируемой прокатки), а также путем повышения чистоты стали по неметаллическим включениям .

         Исследования проводили на низкоуглеродистой марганцовистой стали 10Г2ФБ, химический состав которой приведен в таблице 1.

          Таблица 1­ Химический состав стали 10Г2ФБ, масс. %

C	Mn	Si	S	P	Ti	Al	V	Nb	N2
0,10	1,58	0,38	0,005	0,015	0,019	0,034	0,076	0,048	0,008

        

         Исследуемая сталь была подвергнута низкотемпературной контролируемой прокатке (температура конца прокатки была в пределах 715 – 720 ºС). Толщина листа составляла 15,6 – 15,7 мм, ширина – 2550 мм.

         При изучении влияния температурно-деформационных параметров прокатки на свойства низколегированных марганцовистых сталей было установлено, что эти параметры оказывают заметное влияние на ударную вязкость и переходную температуру хрупкости. Снижение температуры конца прокатки наряду с повышением прочностных свойств вызывает увеличение и ударной вязкости – наиболее распространенного показателя, определяющего трещиностойкость стали, т.е. ее способность сопротивляться возникновению и развитию трещин в процессе эксплуатации.

 Эффект повышения механических характеристик связан с измельчением ферритного зерна и созданием в феррите устойчивой дислокационной субструктуры.

Полученный уровень механических свойств (таблица 2) удовлетворяет требованиям, предъявляемым к сталям категории прочности Х70.

 Таблица 2 – Средние значения показателей механических свойств стали 10Г2ФБ

σв, Н/мм2	σт, Н/мм2	δ2", %	KCV-20 ºС, Дж/см2	KCV-60 ºС, Дж/см2
633	557	40,0	144	97

В ДонНИИчермет были проведены ударные испытания с помощью маятникового копра на образцах с  U- и V-образным концентратором с радиусом скругления  1 и 0,25 мм соответственно. Образцы, вырезанные в продольном направлении, имели более высокие показатели ударной вязкости при всех температурах испытания. В качестве показателя трещиностойкости была рассмотрена разница между ударной вязкостью на образцах с "тупым" и "острым" надрезом. Средние значения этого показателя при различных температурах испытания приведены в     таблице 3.

 Таблица 3 – Средние значения показателей трещиностойкости стали 10Г2ФБ в зависимости от температуры испытания

Направление вырезки образцов	Показатель	Значения показателя при tисп, ºС
		+20	-20	-40	-60
Поперечное	∆, Дж/см2	57	60	58	90
Продольное	∆, Дж/см2	40	45	61	96

 Видно, что с понижением температуры испытания разность между показателями KCU и KCV увеличивается.

Микроструктура стали 10Г2ФБ в состоянии после низкотемпературной контролируемой прокатки представляет собой преимущественно равноосную феррито-перлитную смесь с выраженной полосчатостью, но наблюдаются также вытянутые вдоль направления прокатки зерна, в которых процессы рекристаллизации пройти не успели.

         Таким образом, изучение влияния низкотемпературной контролируемой прокатки на показатели трещиностойкости стали 10Г2ФБ показало, что окончание деформации в двухфазной области (715 – 720 ºС) приводит к повышению вязких и пластических характеристик стали наряду с сохранением высоких показателей прочности. Такой эффект достигается благодаря измельчению ферритного зерна и созданию благоприятной субструктуры.