» » Heat-treatment on-line process (HOP): дополнительное технологическое воздействие после ускоренного охлаждения
25.01.2015

В последние годы появился ряд публикаций, посвященных новой технологической схеме HOP (heat-treatment on-line process), разработанной компанией JFE Steel Corporation. Следует отметить, что это красивая идея, которой в области термомеханической прокатки не было с 70-х годов XX столетия, когда была предложена схема термомеханической прокатки с ускоренным охлаждением. Эта технология является логическим завершением управления процессами формирования структуры в потоке стана начиная от нагрева и деформации и кончая ускоренным или замедленным охлаждением. До последнего времени оставался один участок — от завершения ускоренного охлаждения до температуры окружающей среды (или начала замедленного охлаждения) в котором не осуществлялось управление процессами структурообразования.
В чем смысл технологической схемы? Комбинация системы интенсивного ускоренного охлаждения Super-OLAC и НОР позволила осуществить нестандартное управление процессами формирования структуры. Благодаря немедленному нагреву листа после ускоренного охлаждения (структура в этот момент включает непревращенный аустенит) появилась возможность контролировать процессы превращения, выделения карбидов и образования второй фазы, чего нельзя было достигнуть традиционным способом.
Heat-treatment on-line process (HOP): дополнительное технологическое воздействие после ускоренного охлаждения

Общая технологическая схема: ускоренное охлаждение + НОР приведена на рис. 5.81. После завершения прокатки лист ускоренно охлаждается от температуры выше Ar3 до приблизительно середины интервала бейнитного превращения и далее немедленно (фактически после некоторого интервала охлаждения на воздухе) производится нагрев.
Металловедческая идея процесса следующая:
— в процессе ускоренного охлаждения происходит превращение, после завершения которого в металле существует непревращенный аустенит из-за незавершенности процесса;
— в процессе нагрева наблюдается ферритное превращение из оставшегося аустенита, в это же время цепочки выделений дисперсных частиц карбидов образуются равномерно и по фронту (γ-α)-превращения (рис. 5.82);
— образованием составляющей М/А также можно управлять: утверждается, что можно предотвратить ее образование за счет уменьшения обогащения углеродом аустенита при выделении карбидов; с другой стороны в работах описывается механизм, с помощью которого можно усилить образование М/А, оптимизируя состав стали и параметры ускоренного охлаждения и НОР.
Heat-treatment on-line process (HOP): дополнительное технологическое воздействие после ускоренного охлаждения

На рис. 5.83 схематично показано изменение микроструктуры в процессе НОР в последнем случае. Предполагают, что формирование структуры происходит в три стадии: на стадии 1 по окончании ускоренного охлаждения формируется двухфазная структура бейнита и непревращенного аустенита. Принято считать, что на стадии 2 уже образовавшийся бейнит при нагреве подвергается отпуску, а углерод, растворенный в бейните, диффундирует в не-превращенный аустенит. В результате этого на момент окончания нагрева содержание углерода в аустените предположительно выше, чем на момент окончания ускоренного охлаждения. Далее, на стадии 3 охлаждения на воздухе после нагрева в потоке агрегата из обогащенного углеродом аустенита предположительно образуется фаза М/А.
Heat-treatment on-line process (HOP): дополнительное технологическое воздействие после ускоренного охлаждения

В целом технология НОР, судя по публикациям, весьма эффективна для управления процессами структурообразования, однако существуют противоречия в основном в части формирования составляющей М/А, поэтому необходимы дополнительные исследования.
Итак, известны два варианта управления структурой в процессе НОР.
Вариант 1. Обычно при ускоренном охлаждении составляющая М/А формируется из обогащенного углеродом непревращенного аустенита при охлаждении на воздухе после УО, и образование М/А в высокопрочных сталях трудно предотвратить. Вместе с тем, обогащение углеродом неиревращенного аустенита можно предотвратить путем нагрева непосредственно после УО для выделения карбидов. Было продемонстрировано получение гомогенной микроструктуры с очень малым количеством М/А при НОР. Отсутствие хрупких структурных составляющих привело к высокому сопротивлению водородному растрескиванию (HIC).
Прочностные свойства после обработки по схеме КП + УО + НОР были выше, чем после обработки по схеме КП + УО — на 50 МПа по временному сопротивлению и на 80 МПа по пределу текучести (соответственно повысилось соотношение σт/σв). Это связано с дисперсионным упрочнением дисперсными частицами карбидов.
Известно, что трещины HIC распространяются вдоль хрупких твердых составляющих, таких как М/А. Коммерчески возможный класс прочности трубопроводов для тяжелых условий транспортировки сероводородсодержащего газа ограничен обычно классом Х65, поскольку объемная доля М/А возрастает в более прочных сталях при использовании традиционного процесса ускоренного охлаждения. Химический состав стали класса прочности Х70 следующий (мае. %): 0,05 С; 0,28 Si; 1,13 Mn; 0,0 14 Р; 0,0005 S; Mo, Ni, Cr, Nb; Pст = 0,14.
Опытное производство такой стали показало, что трубы соответствовали классу прочности Х70 и имели высокое сопротивление HIC в растворе A NACE TM 0284.
Вариант 2. Важная задача состоит в сохранении высокой деформируемости труб после нагрева для нанесения наружного антикоррозионного покрытия. Для ее решения отработали новую технологию управления двухфазной структурой с диспергированием в бейнитной матрице мартенситно-аустенитной составляющей (М/А) и на этой основе разработали трубную сталь с высокой деформируемостью, стойкую к деформационному старению.
Основная идея — используя в качестве твердой фазы мартенситно-аустенитную составляющую М/А, получить сталь с высокой деформируемостью; для этого важно сформировать определенную объемную долю диспергированной в матрице М/А.
По обычной технологии TMCP получается бейнитная микроструктура с малым содержанием М/А. После обработки по технологии НОР в бейнитной структуре обнаружили высокое содержание мелкозернистой составляющей М/А (около 7%).
На рис. 5.84 показано влияние доли составляющей М/А на отношение предела текучести к временному сопротивлению листового проката: с увеличением доли М/А это отношение снижается. В соответствии с этим, для получения отношения σт/σв на уровне 80% и ниже — с точки зрения устойчивости трубы к продольному изгибу необходимо, чтобы объемная доля составляющей М/А в структуре была не меньше 5%.
Heat-treatment on-line process (HOP): дополнительное технологическое воздействие после ускоренного охлаждения

На рис. 5.85 показана взаимосвязь предела прочности толстого листа с температурой перехода из вязкого состояния в хрупкое при испытании на ударную вязкость. Стали с долей М/А не выше 3% и с долей 5-7% имеют практически одинаковое соотношение прочности и вязкости. Так как М/А — это твердая хрупкая составляющая, считали, что она служит причиной хрупкого разрушения, в особенности в зоне термического влияния при сварке (ОШЗ). Однако в двухфазной структуре бейнита и М/А, получаемой процессом НОР, частицы М/А имеют глобулярную форму, т.е. сильно отличаются от вытянутых частиц М/А, которые снижают вязкость зоны термического влияния при сварке; глобулярные частицы с гораздо меньшей вероятностью могут служить источниками хрупкого разрушения, и считают, что отрицательное влияние таких участков на вязкость незначительно.
Heat-treatment on-line process (HOP): дополнительное технологическое воздействие после ускоренного охлаждения

У образцов, взятых из труб, полученных по технологии НОР, повышение предела текучести в результате термообработки при 220 °C (имитация нагрева трубы при нанесении покрытия)незначительно, а кривая напряжение-деформация сохраняет непрерывную форму без площадки текучести, поэтому снижение показателя n меньше, чем у образцов труб, полученных по обычной технологии ТМСР.
Результаты анализа изолированного осадка показали, что в стали после НОР по сравнению со сталью, полученной по схеме ТМСР, содержание карбидов Nb, Mo, Ti выше. Таким образом, в стали после НОР растворенный углерод в большей степени расходуется на образование карбидов, поэтому его содержание в твердом растворе мало. Считают, что и меньшее упрочнение при деформационном старении этой стали обусловлено меньшим содержанием растворенного углерода по сравнению с бейнитной структурой, получаемой по обычной технологии ТМСР.
Один из приоритетов применения НОР — повышение ударной вязкости высокопрочной ферритно-бейнитной стали за счет перераспределения дислокаций, внесенных бейнитным превращением при ускоренном охлаждении (рис. 5.86).
На заводе West Japan Works было установлено и запущено оборудование для осуществления процесса НОР в потоке прокатного стана 4500 после правки в горячем состоянии.
Heat-treatment on-line process (HOP): дополнительное технологическое воздействие после ускоренного охлаждения