Изменение микроструктуры металла при повторной прокатке

28.04.2025

Повторная прокатка вызывает изменения в кристаллической решётке, зерне и границах раздела. Основное отличие от первичной обработки заключается в повышенном уровне упрочнения, которое связано с накоплением дислокаций.

Это приводит к росту плотности дефектов в объёме заготовки, особенно при степени деформации выше 60%. В случае с низкоуглеродистой сталью (08Ю), подвергнутой двухкратной обработке при температуре 720 °С, наблюдается снижение размера зерна с 25 до 8 мкм.

При последовательной деформации материала холодным способом напряжения перераспределяются внутри объёма неравномерно. В зоне поверхностного слоя металл теряет пластичность быстрее, чем в сердцевине.

Для уменьшения риска межкристаллитных разрушений после второй прокатки целесообразно проведение рекристаллизационного отжига при 580–600 °С на протяжении 40 минут. Это восстанавливает структуру, снижает остаточные напряжения и увеличивает срок службы изделия в условиях циклических нагрузок.

В случае прокатки легированных сталей (12Х18Н10Т) при температуре ниже 400 °С происходит насыщение твёрдого раствора дислокациями, что снижает ударную вязкость до 50% по сравнению с первым проходом.

Чтобы избежать хрупкости при отрицательных температурах, вводят промежуточный термический цикл с выдержкой при 700 °С. Такой режим позволяет сохранить форму аустенитных зёрен и избежать мартенситных превращений, способных вызвать расслоение при изгибе.

Для алюминиевых сплавов серии АМг6 при холодной прокатке до 70% суммарной деформации увеличивается предел прочности с 280 до 360 МПа, но при этом удлинение уменьшается с 15% до 5%. Это особенно критично при изготовлении элементов гибкой оболочки. Чтобы обеспечить необходимый запас пластичности, финальный проход целесообразно выполнять с уменьшенной степенью обжатия – не более 8% за один цикл. Это позволяет избежать образования микротрещин вдоль направлений прокатки.

При повторной обработке латуни Л63 с сохранением температуры 500–550 °С наблюдается явление текстурирования: зёрна вытягиваются по направлению действия сил. Такое распределение приводит к анизотропии механических свойств, выражающейся в различии прочности вдоль и поперёк листа.

Чтобы сбалансировать характеристики, листовую заготовку разворачивают между проходами на 90°, обеспечивая перекрёстную структуру. Подобный подход снижает риск образования продольных трещин при последующей штамповке.

Прокатка конструкционных сталей типа 45 при температуре 900 °С и дальнейшем охлождении на воздухе ведёт к образованию феррито-перлитной структуры с неравномерным распределением фаз. Повторная деформация при 750 °С позволяет получить более равномерную микроструктуру, за счёт чего увеличивается предел текучести на 12–18%. Для деталей, работающих под переменными нагрузками, это существенно уменьшает риск появления усталостных трещин.

В зоне валков контактная температура достигает 250 °С даже при холодной схеме. Это сопровождается термомеханическим наклёпом и образованием поверхностного слоя толщиной до 20 мкм с высоким уровнем остаточных напряжений.

Для удаления этого слоя после финального прохода применяют шлифование или травление в растворе азотной кислоты концентрацией 20%. Особенно это актуально для штрипсов, предназначенных для сварных соединений.

Микроструктурные изменения касаются не только размеров зёрен, но и формы карбидных включений. При повторной деформации сталей с содержанием углерода 0,4–0,6% включения растягиваются и ориентируются вдоль направления обработки. Это ухудшает свариваемость и вызывает рост склонности к горячим трещинам. Для исправления структуры проводят нормализацию при 880 °С с последующим охлаждением на воздухе. В результате карбиды принимают более округлую форму, а распределение становится равномерным.

При прокатке низколегированных сталей повторный нагрев вызывает зернограничное выделение фаз типа Fe3C и снижение сопротивления межзеренной коррозии. В случае с марганцовистыми марками целесообразно сократить время пребывания в зоне температур 700–850 °С. Практика показывает, что выдержка более 20 минут в этом диапазоне повышает склонность к образованию термитных включений, ослабляющих структуру при растяжении.

Для титана ВТ6 повторное воздействие приводит к укрупнению α-фазы при превышении температуры 950 °С. Это снижает предел выносливости при циклических испытаниях на 20–25%. Оптимальный режим – предварительное охлаждение до 700 °С перед следующим деформационным этапом, с последующим отпуском при 550 °С. Это помогает стабилизировать субструктуру и избежать нестабильных зон, склонных к локальной деформации.

В случае с прокаткой нержавеющих сплавов двойной структуры (α+γ) важно контролировать скорость охлаждения. При превышении 20 °С/с может происходить выделение фазы σ, повышающей хрупкость. Чтобы избежать этого, после второго прохода проводят изотермическую выдержку при 650 °С на протяжении 30 минут.

Такая операция способствует распаду нежелательных структур и сохраняет ударную вязкость на уровне 100 Дж/см².

Обработка бронзы БрАЖ 9-4 при температуре ниже 600 °С приводит к искажению формы эвтектических включений и потере равномерности распределения компонентов. Это вызывает локализацию напряжений при изгибе и снижает ударную вязкость.

Предпочтительна последовательность операций с предварительным нагревом до 700 °С, с обжатием не более 12% за проход и охлаждением в печи до 400 °С. Такой режим снижает склонность к выкрашиванию в зонах концентраторов напряжений.

Существенное влияние оказывает скорость подачи заготовки. При превышении 20 м/мин происходит перегрев передней кромки, особенно в зоне контакта с рабочими валками. Это сопровождается образованием структуры с повышенным содержанием вытянутых зёрен, что ухудшает пластичность. Для длинных полос предпочтительно снижение скорости до 12–14 м/мин и применение эмульсионной смазки с температурой 30–40 °С для снижения трения.

Формула расчёта степени обжатия выражается как ψ = (h₀ - h₁) / h₀, где h₀ — начальная толщина, h₁ — конечная. При ψ выше 0,6 резко возрастает риск образования продольных трещин в сердцевине, особенно у сплавов с высоким содержанием легирующих компонентов. Чтобы избежать этого, рекомендуется выполнять двухступенчатую обработку с промежуточным выравниванием температуры по сечению.

Если обработка ведётся с соблюдением термомеханического баланса, возможно значительное увеличение ресурса деталей, особенно в условиях переменных нагрузок. В случае с листами из стали 20 для трубных заготовок при правильно подобранном режиме удаётся достичь равномерной структуры по толщине с отклонением не более ±5%. Это исключает овальность и улучшает свариваемость на продольных автоматических линиях.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев