EoW May 2012

Техническая статья

Влияние легирования бором на эволюцию микроструктуры и физико-механические свойства высокоуглеродистой проволоки Эммануэль Де Мур (Центр перспективных исследований в области технологий обработки стали и производства металлопродукции) и Вальтер Ван Раемдонк («Н.В. Бекерт С.А.»)

Аннотация Легирование бором часто производится в низкоуглеродистых сталях для связывания свободного азота и предотвращения деформационного старения. В результате повышается пластичность (при кручении) проволочных изделий. Настоящая работа исследует влияние легирования бором на свойства высокоуглеродистых сталей (с содержанием углерода 0,80 % по массе). Наряду с эталонной плавкой проведены лабораторные плавки с использованием шихты, в которой величины массового отношения бора к азоту составляли 1:1 и 2:1. Заготовки были подвергнуты горячей прокатке, волочению, патентированию, а также дополнительному волочению с уменьшением диаметра до 1 мм. На каждом промежуточном этапе проводилась оценка физико- механических свойств, а также исследовались характеристики микроструктуры. На уровне физико- механических свойств ограниченное влияние легирования бором очевидно. производство в электродуговых печах ведется во все больших масштабах, в особенности в Северной Америке, для получения стали, используемой при изготовления длинномерного сортового проката. Замена технологии производства кипящей стали на непрерывную разливку электростали усложняет задачу выполнения требований к качеству продукции, в частности по обеспечению Введение Сталеплавильное

B, частей на миллион

N, частей на миллион

C Mn Si

Cr

Базисная сталь

0.78 0.48 0.25 0.20

–

42 43

Сталь, легированная бором 0.82 0.46 0.23 0.20 Высоколегированная сталь с высоким содержанием бора 0.76 0.47 0.23 0.20

62

98

41

▲ ▲ Таблица 1. Химический состав стали, отлитой в лабораторных условиях (% по массе)

соответствует отношению бора к азоту, равному 11:14, или 0,79. В рамках настоящего исследования разработаны три сплава с содержанием углерода 0,80 % по массе, из которых один был взят за эталонный сплав, другой сплав содержал бор и азот в стехиометрическом соотношении, а третий представлял собой суперстехиометрический сплав с массовым отношением бора к азоту, равным 2:1. Последняя марка стали позволяет изучить влияние дополнительного количества «свободного» бора на развитие микроструктуры и свойства материала. Химический состав слитков, отлитых в лабораторных условиях, представлен в таблице 1. При этом необходимо отметить, что массовое отношение элементов в химическом составе стали непосредственно после отливки было несколько выше расчетных значений – 1,44 и 2,39 в сплаве, легированном бором, и в высоколегированном сплаве с высоким содержанием бора соответственно. Следовательно, бор в свободном состоянии может также присутствовать в составе сплава, легированного бором. Слитки подвергались горячей прокатке на прокатном стане с ручной подачей с повторным нагревом до 1176 °C и с

пластичности (при кручении). Это связано с характерным для электростали повышенным содержанием азота. Мобильность соединений азота может привести к деформационному старению и, как следствие, к повышению упругих свойств (наклепу) и понижению пластических свойств проволочной продукции. 1 Проблеме снижения содержания свободного азота в катанке из низкоуглеродистых марок стали посредством легирования микродобавками, например, бора, ванадия или ниобия (с концентрацией порядка 1х10 -6 ) посвящены серьезные исследования. Вопросы легирования бором высокоуглеродистых сталей изучены не столь широко 2 , и данная тема стала предметом настоящего исследования. Методикаэксперимента Бор может вступать в соединение с азотом, образуя при этом нитрид бора, в ходе реакции, имеющей следующий вид:

B + N = BN

(1)

При этом стехиометрический состав с учетом атомной массы бора и азота

78

EuroWire – май 2012 г.