Обоснование выбора термокинетических параметров охлаждения стали к76ф для повышения твердости по сечению головки рельса

Abstract

RU: Цель работы – определение критических точек и исследование кинетики распада переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении стали для рельсов с повышенным содержанием марганца и микролегированных ванадием, для обоснованной разработки режимов термоупрочнения. Методика. Исследование кинетики распада аустенита нагретых образцов проводили в вакууме (5,0 · 10-4 mbar) при нагреве токами высокой частоты (2 МГц). Термический цикл определяется программой, которая основана на регулировании температуры образца во времени с помощью сваренной термопары (сплав Pt − Pt/Rh 10 %) диаметром 0,09 мм. Металлографические исследования проводили с использованием металлографического микроскопа Axio Observer и растрового электронного микроскопа РЭМ-106. Межпластиночное расстояние в перлите определяли линейным методом, секущие располагались перпендикулярно пакетам пластин. Твердость по Виккерсу при нагрузке 10 кг измеряли с помощью автоматического микротвердомера KB 30. Количество структурных компонентов оценивали с помощью микрофотографии с использованием анализатора изображений с применением метода количественного определения фаз, реализованного в анализаторе изображений Thixomet. Результаты. Анализ термокинетической диаграммы (ТКД) показал, что температуры начала и завершения образования феррита, перлита и бейнита значительно снижаются с увеличением скорости охлаждения. При реализации рациональных режимов термообработки – охлаждение поверхности катания рельсов со скоростью не более 5 °С/с, центральных объемов головки рельса со скоростью не менее 2,5 °С/с возможно изготовление высокопрочных рельсов категорий ОТ370ИК, ДТ370ИК по ГОСТ Р 51685-2013 из стали марки К76Ф с содержанием 0,80 % С, 0,25 % Si, 0,97 % Mn, 0,055 % V. В результате анализа ТКД исследуемой стали можно сделать вывод, что в стали марки К76Ф с 0,80 % С, 0,25 % Si, 0,97 % Mn, 0,055 % V невозможно добиться твердости выше 400 НВ без образования бейнита. Научная новизна. Построена термокинетическая диаграмма распада аустенита стали марки К76Ф с 0,80 % С, 0,25 % Si, 0,97 % Mn, 0,055 % V. Практическая значимость. Установлено, что на стали К76Ф с 0,80 % С, 0,25 % Si, 0,97 % Mn, 0,055 % V невозможно достичь твердости выше 400НВ без образования бейнита, поэтому для изготовления высокопрочных рельсов категории R400НТ по EN 13674-1-2011 она не может быть использована.

UK: Мета роботи – визначення критичних точок і дослідження кінетики розпаду переохолодженого аустеніту за безперервного охолодження сталі для рейок із підвищеним умістом марганцю і мікролегованих ванадієм, для обґрунтованого розроблення режимів термозміцнення. Методика. Дослідження кінетики розпаду аустеніту нагрітих зразків проводили у вакуумі (5,0 • 10-4 mbar) з нагріванням струмами високої частоти (2 МГц). Термічний цикл визначається програмою, яка заснована на регулюванні температури зразка в часі за допомогою звареної термопари (сплав Pt − Pt / Rh 10 %) діаметром 0,09 мм. Металографічні дослідження проводили з використанням металографічного мікроскопа Axio Observer і растрового електронного мікроскопа РЕМ-106. Міжпластинчасту відстань у перліті визначали лінійним методом, січні розташовувалися перпендикулярно пакетам пластин. Твердість за Віккерсом під час навантаження 10 кг вимірювали за допомогою автоматичного мікротвердоміра KB 30. Кількість структурних компонентів оцінювали за допомогою мікрофотографії з використанням аналізатора зображень із застосуванням методу кількісного визначення фаз, реалізованого в аналізаторі зображень Thixomet. Результати. Аналіз термокінетичної діаграми (ТКД) показав, що температури початку і завершення утворення фериту, перліту і бейніту значно знижуються зі збільшенням швидкості охолодження. У разі реалізації раціональних режимів термообробки − охолодження поверхні кочення рейки зі швидкістю не більше 5 °С/с, центральних обсягів головки рейки зі швидкістю не менше 2,5 °С/с можливе виготовлення високоміцних рейок категорій ОТ370ИК, ДТ370ИК по ГОСТ Р 51685-2013 із сталі марки К76Ф з умістом 0,80 % С, 0,25 % Si, 0,97 % Mn, 0,055 % V. У результаті аналізу ТКД досліджуваної сталі можна зробити висновок, що в сталі марки К76Ф з 0,80 % С, 0,25 % Si, 0,97 % Mn, 0,055 % V неможливо досягти твердості вище 400 НВ без утворення бейніту. Наукова новизна. Побудовано термокінетичну діаграму розпаду аустеніту сталі марки К76Ф з 0,80 % С, 0,25 % Si, 0,97 % Mn, 0,055 % V. Практична значимість. Установлено, що на сталі К76Ф з 0,80 % С, 0,25 % Si, 0,97 % Mn, 0,055 % V неможливо досягти твердості вище 400НВ без утворення бейніту, тому для виготовлення високоміцних рейок категорії R400НТ по EN 13674-1- 2011 вона не може бути використана.

EN: Determination of critical points and study of the kinetics of decomposition of supercooled austenite during continuous cooling of steel for rails with an increased content of manganese and microalloyed with vanadium, for substantiated development of thermal hardening modes. Methodology. The study of the kinetics of decomposition of austenite of heated samples was carried out in vacuum (5.0 • 10-4 mbar) with heating by high-frequency currents (2 MHz). The thermal cycle is determined by the program, which is based on the control of the sample temperature over time using a welded thermocouple (Pt−Pt/Rh 10 % alloy) with a diameter of 0,09 mm. Metallographic studies were carried out using an Axio Observer metallographic microscope and an РЄМ-106 scanning electron microscope. The interplate spacing in pearlite was determined by a linear method, the secant lines were located perpendicular to the plate packs. The Vickers hardness at a load of 10 kg was measured using a KB 30 automatic microhardness tester. The amount of structural components was assessed by micrograph using an image analyzer using the phase quantification method implemented in the Thixomet image analyzer. Results. The thermokinetic diagram analysis showed that the temperatures of the beginning and the end of the formation of ferrite, pearlite, and bainite decrease significantly with an increase in the cooling rate. With the implementation of rational heat treatment modes - cooling the surface of the steel rolling rails of no more than 5 °C/sec, the central volumes of the rail head at a rate of at least 2.5 °C/sec, it is possible to manufacture highstrength rails of the OT370ИK, ДT370ИK categories according to GOST R 51685-2013 from steel grade К76Ф with a content of 0.80 % C, 0.25 % Si, 0.97 % Mn, 0.055 % V. As a result of the analysis of the thermokinetic diagram of the investigated steel, it can be concluded that in the investigated steel grade K76F with 0.80 % C, 0.25 % Si, 0.97 % Mn, 0.055 % V it is impossible to achieve hardness above 400 HB without the formation of bainite. Scientific novelty. A thermokinetic diagram of the decomposition of austenite of steel grade K76F with 0.80 % C, 0.25 % Si, 0.97 % Mn, 0.055 % V is constructed. Practical significance. It was found that on steel K76F with 0.80 % C, 0.25 % Si, 0.97 % Mn, 0.055 % V, it is impossible to achieve a hardness higher than 400HV without the formation of bainite, therefore, for the manufacture of high-strength rails of category R400НT according to EN 13674-1-2011 it cannot be used.