Макро- и микроструктура горячедеформированной стали

Стальные слитки и литые заготовки перерабатывают в изделия или полуфабрикаты путем горячей деформации. Углеродистие стали деформируют горячими чаще всего в аустенитном состоянии, прекращая деформацию при 850 – 900 °C. При горячей деформации завариваются неокисленные газовые пузыри и другие несплошности, благодаря чему, заготовка становится более плотной. Однако зональную и даже дендритную ликвацию нагревом под деформацию и сама горячая деформация не устраняют. Из-за этого горячедеформированный металл наследует особенности макро- и микроструктуры литого металла, связанные с неоднородностью его химического состава.

Макроструктура стали, подвергнутой горячей деформации, характеризуется волокнистым строением. Оно выявляется при травлении макрошлифа и обусловлено неоднородным распределением неметаллических включений и растворенных примесей.

Во время горячей деформации первичные зерна аустенита вытягиваются вдоль направления течения металла. Из-за этого неметаллические включения, расположенные на границах этих зерен, вытягиваются в том же направлении, сохраняя свою сплошность, если включения пластичны, либо образуют цепочки, если включения недеформируемы. В связи с тем, что первичные аустенитные зерна меняют свою форму в результате горячей деформации, ориентируются в направлении течения металла и приграничные зоны, обогащенные растворенным фосфором.

Несмотря на то, что деформированные зерна аустенита во время горячей деформации испытывают рекристаллизацию, преимущественная ориентация неметаллических включений и вытянутость участков, обогащенных фосфором, сохраняются. Поэтому при травлении макрошлифа участки, по которым располагались границы деформированных первичных зерен аустенита и остались неметаллические включения и области, обогащенные фосфором, травятся сильнее по сравнению с центральными частями зерен деформированного аустенита. Благодаря этому на микрошлифе выявляется волокнистая структура.

На основании вышеизложенного следует, что при уменьшении загрязненности стали неметаллическими включениями и фосфором волокнистость макроструктуры будет ослабляться. Механические свойства горячедеформированной стали вдоль и поперек волокна существенно различаются. Анизотропия свойств ослабляется с уменьшением содержания примесей в стали.

Для вторичной микроструктуры горячедеформированной углеродистой стали характерно строчечное расположение неметаллических включений и полосчатое расположение доэвтектоидного феррита и перлита (полосчатая структура). Образование полосчатой структуры обусловлено описанной ранее неоднородностью распределения фосфора в аустените. В участках аустентита, обогащенных фосфором, которые вытянуты в направлении течения металла при горячей деформации, и в которых уменьшено содержание растворенного углерода, формируются полосы, состоящиеиз зерен доэвтектоидного феррита. Участки аустенита расположенные между этими полосами и имеющие повышенную концентрацию углерода, при эвтектоидном превращении формируют полосы перлита.

Вытянутые включения сульфида марганца располагаются по границам исходных деформированных зерен аустенита, как бы на фоне участков, обогащенных фосфором. Эти включения облегчают зарождение доэвтектоидного феррита и способствуют, тем самым, образованию полосчатой структуры.

Полосчатая структура обуславливает анизотропию механических свойств горячедеформированных изделий и заготовок. Ослабить склонность к образованию полосчатой структуры можно путем уменьшения содержания фосфора и серы в стали и посредством специальной термической обработки.