Как исправить дефекты формы листового проката

Дефекты и повреждения стальных конструкций

Несоблюдение норм проектирования, нарушение правил создания и монтажа металлоконструкций приводят к отклонениям от проектных геометрических характеристик и нормативных параметров качества. Такие несовершенства, определяющие начальное состояние конструкции, называют дефектами.

В процессе эксплуатации металлоконструкции могут получить повреждения. Причины их появления: дефекты создания и монтажа, нарушение стандартных правил эксплуатации или оба этих фактора одновременно. Повреждения развиваются постепенно. Интенсивность этого процесса зависит от начального состояния конструкции, длительности эксплуатации, характера и силы внешних воздействий.

Выявить дефекты и повреждения металлических конструкций позволяет экспертиза, правила проведения которой регламентирует СП 13-102-2003.

Дефекты проката

Качество проката формируется, начиная от сырых материалов, чугуна, но особенно — в процессе сталеплавильного и прокатного переделов. В соответствии с этим дефекты проката подразделяются на две группы – сталеплавильного и прокатного происхождения.

Дефекты первой группы являются следствием нарушения технологии выплавки и разливки стали, охлаждения и транспортировки слитков, несовершенств самой технологии и пр. Их еще именуют дефектами слитка.

Дефекты второй группы образуются вследствие нарушения технологических инструкций по нагреву заготовок, прокатке и отделке готовой продукции.

Дефекты сталеплавильного производства подразделяют на поверхностные и внутренние. К основным поверхностным дефектам относят:

1. Плены. Являются результатом разбрызгивания стали в начале разливки. Окисленные брызги на поверхности слитка раскатываются в плены. Их можно легко удалить, но на их месте остаются вмятины.

2. Поперечные трещины. Образуются при подвисании слитка из-за дефектов изложницы. Трещина с окисленной поверхностью заполняется свежим металлом, но при прокатке в этих местах образуются грубые рваные поперечные трещины.

3. Продольные трещины. Образуются преимущественно вблизи углов слитка, глубина их залегания составляет 5-30 мм. Являются следствием разливки перегретой стали и усугубляются перегретой изложницей.

4. Инородные включения. Частицы огнеупорных материалов, шлака и пр. на поверхности слитка, вкатанные в поверхностный слой раската и вытянутые вдоль направления прокатки.

Основные внутренние дефекты слитка:

1. Головная усадочная раковина – формируется в прибыльной части слитка вследствие усадки стали при остывании.

2. Осевая усадочная раковина — природа та же, но простирается за пределы прибыльной части внутрь тела слитка. Является следствием неблагоприятных условий охлаждения головной части слитка, преждевременного раздевания или опрокидывания слитка и т.п.

3. Вторичная усадочная раковина – закрытая усадочная раковина ниже головной. Образуются при разливке стали прерванной струей и пр.

4. Усадочная рыхлость – мелкие поры и неплотности металла вблизи усадочной раковины и по оси слитка. Причина – усадка стали при остывании, выделение газовых пузырей, не успевших всплыть на поверхность.

5. Ликвация. Неравномерный химический состав стали в объеме слитка. Более легкоплавкие соединения (в частности, серы, фосфора) при остывании оттесняются к центру и вверх изложницы, где и застывают в последнего очередь.

6. Подкорковые (сотовые) газовые пузыри. Дефект характерен для кипящей стали. Выделяемые при кристаллизации металла газы удерживаются дендритами под образовавшейся корочкой. При малой толщине корочки пузыри вскрываются при нагреве, в результате на поверхности раската появляются волосные трещины.

7. Шлаковые включения – являются следствием оставшихся в объеме слитка частиц огнеупоров (от сливного желоба, ковшей, сифонного припаса и пр.) и продуктов раскисления.

Дефекты прокатного происхождения подразделяют на дефекты нагрева металла, собственно прокатки и отделки.

К дефектам нагрева относят окалинообразование, обезуглероживание поверхностного слоя, перегрев и пережог стали, внутренние трещины.

1. В обычных условиях избежать окалинообразования невозможно и это приводит к потерям до 1-2% металла и более.

2. Обезуглероживание поверхностного слоя является следствием выгорания углерода и для рядовых марок стали не являются браковочным признаком. Для сталей специального назначения, например, инструментальных, он подлежит удалению.

3. Перегрев стали сопровождается значительным ростом зерна, что приводит к понижению свойств стали. Прокат из такой стали может быть доведен до требований ГОСТ путем термообработки.

4. Пережог стали является следствием значительного превышения заданной температуры нагрева стали, сопровождаемого оплавлением зерен. Дефект неустраним.

5. Внутренние трещины могут появляться в результате ускоренного нагрева (охлаждения) сталей с пониженной теплопроводимостью и пластичностью. Возникающие внутренние напряжения из-за перепада температур и структурных превращений могут превысить прочность сталей с образованием внутренних трещин.

К основным дефектам проката относят:

1. Трещины. Продольные — являются следствием дефектов поверхности валков обжимных клетей, грубой вырубки дефектов заготовки и пр., поперечные — следствием повышенных обжатий при свободном уширении.

2. Риски, царапины – являются результатом травмирования поверхности раската валковой арматурой, наварами на пропусках и проводках.

3. Усы (заусенцы, лампасы) – результат переполнения калибра металлом, неправильной настройки валков.

4. Закат – продольная складка (по внешнему виду трещина) от закатанного заусенца. Расположена под острым углом к поверхности (в отличие от трещины).

5. Флокены – мелкие внутренние трещины, образующиеся в результате выделений водорода при ускоренном охлаждении стали.

6. Искажение геометрической формы раската в продольном (разнотолщинность, волнистость, коробоватость, серповидность и пр.) и поперечном (разнотолщинность, овальность круга, ромбичность квадрата и т.д.) направлениях.

К дефектам отделки относят косой рез, заусенцы и др.

Кроме названных существует много и других дефектов, возникающих на различных стадиях обработки металла. Например, дефекты по химическому составу, механическим свойствам, структуре и т.д.

Виды дефектов и повреждений

Дефекты и повреждения металлических конструкций по виду условно разделяют на следующие группы:

• Отсутствие части поперечного сечения, предусмотренного проектной документацией, или ослабление последнего из-за его замены при создании, установке, использовании конструкции. Поперечное сечение также ослабляют абразивный износ и коррозионные процессы. Характеристикой ослабления поперечного сечения является отношение фактической площади сечения к проектной.
• Прогиб элемента по длине. Одна из характеристик этого несовершенства – отношение прогиба к длине элемента.
• Трещины в теле металлических конструктивных элементов, сварных швах и околошовныхучастках. Продольные трещины характеризуются длиной, поперечные – отношением ослабленной площади к предусмотренной проектом или отношением длины трещины к ширине пораженного конструктивного элемента.
• Некачественные сварные швы. В перечень этих дефектов входят отсутствующие или неполномерные швы, а также изготовленные с нарушением технологических правил.
• Локальное искривление или вмятина. В этом случае измеряются длина или площадь искривленного участка.
• Отсутствие или ослабление крепежных деталей – резьбовых или заклепок. Дефект характеризуется отношением ослабленного или отсутствующего крепежа к его общему количеству.
• Смещение металлоконструкции относительно проектного положения. Характеризуется величиной смещения.
• Смещение элементов конструкции друг относительно друга. Измеряется значением взаимного смещения.
• Не предусмотренные в проекте зазоры в местах сопряжения элементов. Дефект характеризуется величиной зазора.
• Дефекты и повреждения лакокрасочного защитного покрытия металлоконструкций. Характеризуются площадью поврежденного антикоррозионного покрытия.
• Коррозионное разрушение тела элементов металлоконструкций и наплавленного металла. Измеряется толщиной слоя, поврежденного коррозией.

Наиболее часто встречающиеся дефекты при прокатке толстолистовой стали

Раскатное загрязнение
Дефект поверхности, представляющий собой вытянутое в направлении прокатки загрязнение литой заготовки шлаком, огнеупором и другими неметаллическими включениями. Необходимо: тщательно осматривать и зачищать поверхность слябов. Образуется вследствие дефекта сталеплавильного производства.

Раскатной пригар

Дефект поверхности листа в виде тёмного пятна неправильной формы, образовавшегося от раската куска металла, приварившегося к слябу из-за нарушения технологии разливки. Необходимо: тщательно осматривать и зачищать поверхность слябов. Образуется вследствие дефекта сталеплавильного производства.

Раскатная трещина

Дефект поверхности, представляющий собой разрыв металла, образовавшийся при прокатке продольной или поперечной трещины литой заготовки и заполненный окалиной. Необходимо: тщательно осматривать и зачищать поверхность слябов. Образуется вследствие дефекта сталеплавильного производства.

Раскатной пузырь

Дефект поверхности представляющий собой прямолинейное нарушение сплошности поверхности вдоль направления прокатки, образовавшийся из наружного или подповерхностного пузыря литой заготовки. Необходимо: образуется вследствие дефекта сталеплавильного производства.

Раскатная корочка

Дефект поверхности, представляющий собой частичное местное отслоение металла, образовавшееся в результате раскатки завернувшихся корочек в виде неметаллических включений, окисленных заливин и брызг, имевшихся на поверхности литой заготовки. Необходимо: образуется вследствие дефекта сталеплавильного производства.

Прокатная плена

Дефект поверхности, представляющий собой отслоение металла языкообразной формы, соединённое с основным металлом одной стороной, образовавшееся вследствие раскатки рванин или следов глубокой зачистки на слябах. Необходимо: улучшить качество зачистки заготовки.

Расслоение

Дефект поверхности листа в виде трещин на кромках и торцах, образующихся из-за несвариваемости металла при наличии в нём незакристаллизовавшихся участков, рыхлоты, неметаллических включений, внутренних разрывов. Необходимо: образуется вследствие дефекта сталеплавильного производства.

Пузырь вздутие

Дефект поверхности в виде вспучивания металла, образующегося вследствие загрязнения металла газовыми пузырями или неметаллическими включениями. Необходимо: образуется вследствие дефекта сталеплавильного производства.

Перегрев поверхности

Дефект поверхности в виде крупнозернистой структуры, сопровождающейся крупной шероховатостью, рыхлой окалиной и сеткой трещин по границам крупным кристаллов образующейся при повышении температуры и времени нагрева перед деформацией. Необходимо: снизить температуру или уменьшить время нагрева.

Рванина пережога

Рванины, ориентированные по границам окисленных кристаллов, образующихся при прокатке пережжённого металла. Необходимо: снизить температуру или уменьшить время нагрева.

Трещина напряжения

Дефект поверхности, представляющий собой разрыв металла, идущий под прямым углом к поверхности, образовавшийся вследствие напряжений, вызваных структурными превращениями. Необходимо: строго соблюдать температуру нагрева и режим деформации.

Вкатанные металлические частицы

Дефект поверхности листа в виде приварившихся и частично закатанных кусочков металла. Необходимо: тщательно осматривать и зачищать слябы.

Раковина вдавливаний

Дефект поверхности в виде одиночного углубления образовавшегося при выпадении вкатанных инородных частиц и имеющий их форму. Необходимо: следить за состоянием поверхности сляба и раската при прокатке.

Дефект поверхности в виде окалины, неудалённой на отдельных участках из-за неудовлетворительного состояния гидросбива. Необходимо: следить за исправность систем гидросбива окалины. Остатки окалины подлежат механическому удалению на листах.

Отпечатки

Дефекты поверхности, представляющие собой углубления или выступы, расположенные по всей поверхности раската или на отдельных его участках, образовавшихся от выступов или углублений на прокатных валках. Необходимо: сделать перевалку валков.

Сетка отпечатков

Дефект поверхности в виде периодически повторяющихся, имеющих форму сетки, выступов, образующихся от вдавливания прокатываемого металла в трещины изношенных валков. Необходимо: сделать перевалку валков.

Риска

Дефект поверхности, представляющий собой углубление с продольным или плоским дном, образовавшееся от царапанья поверхности металла наварами и другими выступами на прокатной арматуре. Необходимо: проверить состояние оборудования и согласование скоростей рольганга.

Загнутый уголок

Неплоскостность в виде загиба уголка листа, образующегося от ударов об арматуру прокатного оборудования. Необходимо: проверить состояние проводок. Установить амортизаторы на карманах.

Зазубрина

Дефект поверхности в виде чередующихся острых выступов и углублений на кромках листа, образующихся при нарушении технологии резки металла или неисправности оборудования. Необходимо: устранить неисправность оборудования. Заменить ножи.

Необрезанная кромка

Дефект формы в виде кривизны и разрывов по кромкам листа, оставшихся неудалёнными в результате неправильной установки раската при обрезке. Необходимо: провести регулировку упора и проверить состояние линейки.

Скошенная кромка

Дефект формы кромки, при котором углы между плоскостями и кромкой листа не равны 90°. Необходимо: проверить правильность установки ножей и направляющих линеек.

Торцевая трещина

Дефект поверхности в виде разрывов у торца листа, образующихся во время резки металла при температуре синеломкости или тупыми ножами. Необходимо: соблюдать температуру резки. Заменить ножи.

Заусенец

Дефект поверхности, представляющий собой острый, в виде гребня выступ, образовавшийся при резке металла. Необходимо: отрегулировать зазоры между ножами. Заменить ножи.

Косая плоскость

Дефект формы, при которой длина листа по одной кромке больше длины другой. Необходимо: проверить состояние боковой линейки.

Серповидность

Неплоскостность листа по всей плоскости раската, имеющая форму дуги, образующаяся при нарушении технологии прокатки и резки листов. Необходимо: выровнять температуру нагрева заготовки по длине и ширине. Выровнять валки в вертикальной плоскости.

Коробоватость

Неплоскостность в виде местного изгиба листа в поперечном и продольном направлениях, образующаяся из-за неравномерной деформации по длине и ширине заготовки. Необходимо: увеличить степень обжатия. Уменьшить температуру нагрева заговки. Уменьшить выпуклость рабочих валков чистовой клети.

Волнистость кромки

Неплоскостность в виде чередования гребней и впадин на кромках, образующихся из-за большей вытяжки длины кромки по сравнению с серединой листа. Необходимо: уменьшить степень обжатия. Повысить температуру прокатки. Сделать перевалку валков.

Продольная разнотолщинность

Дефект формы в виде неравномерной толщины по длине листа, образовавшийся вследствие нарушения технологии нагрева и прокатки или из-за неисправности оборудования. Необходимо: выровнять температуру нагрева заготовки по длине. Проверить состояние прокатного оборудования.

Поперечная разнотолщинность

Дефект формы в виде неравномерной толщины по ширине листа, образовавшийся вследствие нарушения технологи нагрева, прокатки или из-за неисправности оборудования. Необходимо: выровнять температуру нагрева заготовки по длине. Своевременно производить перевалку валков.Также следует проверить «пружину» клети. Взято с сайта неофициальный сайт Выксунского филиала МИСиС

Разновидности повреждений в зависимости от вызывающих их воздействий

Воздействия, вызывающие появление повреждений, разделяют на следующие группы:

Механические (силовые)

Повреждения от силовых воздействий возникают в случаях, если на стадии проектирования были неправильно рассчитаны вероятные внешние нагрузки и внутренние усилия и, как следствие, неправильно подобраны сечения элементов. Еще одна возможная ошибка – неграмотное решение конструктивных узлов. Характерные признаки дефектов металлоконструкций, возникших из-за таких просчетов: трещины в теле элементов и сварных швах, ослабление резьбовых и клепочных соединений, искривления, локальные прогибы, абразивный износ и, как следствие, утрата устойчивости металлоконструкции.

Механические повреждения могут возникнуть из-за изменения по сравнению с проектными: сечений элементов, размерных характеристик сварных швов, количества и/или типа крепежных элементов. Причинами их появления также являются нагрузки при эксплуатации, превышающие проектные величины, нарушение при монтаже взаимного расположения металлоконструкций, резкие и сильные удары. Механические повреждения вызывают: вырезка отверстий, не предусмотренных в проектной документации, и удаление проектных связующих элементов.

Конструкции, на которые воздействуют динамические нагрузки (подкрановые балки, балки рабочих площадок), подвергаются усталостным повреждениям. Для них характерно появление трещин в основном металле, сварных швах и на околошовных участках, ослабление или полное разрушение заклепочных и резьбовых соединений.

Температурные

Высокотемпературное воздействие приводит к короблению элементов, повреждению антикоррозионных покрытий, отрицательные температуры – к появлению хрупких трещин.

Повреждения от высоких температур чаще всего возникают в металлоконструкциях, эксплуатируемых в горячих цехах. В таких конструкциях обычно предусматривают подвижные связи, способные свободно перемещаться при изменениях температурного режима. Если такие подвижные связи отсутствуют, то в конструкциях появляются дополнительные напряжения циклического характера. Они приводят к образованию трещин и искривлению отдельных элементов. При температурах +100°C разрушаются антикоррозионные покрытия, а при +300…+400°Cпроисходит коробление элементов малой и средней толщины.

Повреждения, вызванные отрицательными температурами, обычно возникают в стальных конструкциях, эксплуатируемых на открытом пространстве или в неотапливаемых помещениях. Особенно опасно резкое охлаждение. Часто хрупкие трещины при низких температурах появляются в металлоконструкциях, изготовленных из кипящих сталей.

Химические и электрохимические

В результате химических и электрохимических воздействий происходит коррозионное разрушение стали, повреждение антикоррозионных покрытий. Для стальных конструкций, используемых на объектах производственного назначения, характерна электрохимическая коррозия.

Коррозионные повреждения разделяют на следующие группы:

• Общие равномерные и неравномерные. Располагаются по всей поверхности конструкции. Уменьшают толщину элементов и повышают внутренние напряжения.
• Имеют вид язв, питтингов, сквозных отверстий. Значительно повышают внутренние концентрации напряжения, приводящие к хрупкому разрушению металлоконструкций при резких механических воздействиях и отрицательных температурах.

Решением проблемы появления и развития повреждений металлоконструкций является их усиление путем увеличения площади сечения элементов, использования дополнительных связей или изменением конструктивных схем.

Лекция 11. Деформационное старение»

Деформационное старение».

Тема № 7. «Дефекты деформированной стали.

Классификация дефектов деформированной стали. Неметаллические включения: оксиды, сульфиды, нитриды и т.д. Причины их возникновения, их влияние на структуру и свойства деформированного металла. Характерные отличия неметаллических включений. Макродефекты: трещины, расслоения, ликвация и др. Обезуглероженный слой в деформированной стали. Видмандштеттовая структура, пережог – причины их образования и возможность исправления дефектов. Деформационное старение. Процессы, происходящие при деформационном старении.

Дефекты деформированной стали можно классифицировать следу­ющим образом:

1. Неправильность профиля и общей формы.

2. Поверхностные дефекты.

3. Внутренние дефекты.

4. Несоответствие по механическим свойствам.

5. Дефекты микроструктуры.

6. Несоответствие различным специальным требованиям.

В настоящей главе рассмотрены поверхностные, внутренние де­фекты и дефекты микроструктуры. Причиной появления многих де­фектов служит несоблюдение технических условий горячей и холод­ной деформации стали.

Дефекты слитка могут проявляться в деформированной стали, изменяя свой вид в результате обработки давлением. Общим признаком дефектов сталеплавильного происхож­дения является ликвация, в частности фосфора и серы. Дефекты про­катного производства, как правило, не связаны со структурными изменениями, хотя иногда наблюдается частичное обезуглероживание с плавным переходом к основной структуре. Морфологические призна­ки у дефектов сталеплавильного и прокатного происхождения могут быть сходными, так как все дефекты вытянуты в направлении дефор­мации и часто имеют одинаковую форму в поперечном сечении. Воз­никновение дефектов прокатного происхождения не зависит от техно­логии сталеплавильного производства и марки стали, а связано глав­ным образом с нарушением режимов нагрева и деформации.

Некоторые дефекты деформированной стали являются общими для различных заготовок и изделий независимо от способа деформации (рис. 4.33).

Поверхностные дефекты. На поверхности заготовок, листов, про­волоки, труб, профилей, штампованных изделий наблюдаются раз­личные трещины (рис. 4.33, а): продольные, поперечные, извилистые, прерывистые и непрерывные. Причинами их образования служат раскатанные поры или подкорковые пузыри, большие остаточные напряжения в слитке или заготовке, напряжения, вызванные очень быстрым нагревом и охлаждением, а также неравномерностью дефор­мации. Форма трещин определяется их происхождением, а также способом деформации. Например, в листах и полосах они продольные или извилистые, в трубах — расположены в продольном направле­нии или по спирали.

Плены, вздутия, мелкие раковины на поверхности стальных из­делий получаются из-за внутренних дефектов литой стали, в част­ности из-за газовых пузырей, неметаллических включений. Эти дефекты носят локальный характер, но могут располагаться по всей поверхности. Закаты представляют собой смещения или завороты стали (рис. 4.33, б). Они могут появляться при закатывании усов, возникающих в случае переполнения предыдущего калибра или облоя на слитке.

К поверхностным дефектам стали относятся язвины,

формирующие­ся при неравномерном травлении поверхности стали (рис. 4.33,
в),
а также
темные и светлые пятна и полосы.
Анализ темных пятен по­казал, что вдоль направления деформации раскатана посторонняя фаза, выступающая над поверхностью стали (рис. 4.33,
г).
Это части­цы разрушенной футеровки нагревательных печей, вкатанные при прокатке в сталь. Появление светлых полос на поверхности стали обусловлено вскрытием сотовых пузырей при нагреве слитков перед деформацией и окислением их поверхности.

При нарушении технологии шлифовки деформирующего инстру­мента возможно появление участков с рифленой поверхностью, со­провождающееся образованием трещин и даже сквозных разрывов (рис. 4.33, д).

Деформированная сталь может иметь специфические дефекты, ха­рактерные для данного вида изделий. Например, рваная кромка

на полосе (рис. 4.33,
е)
формируется при разрывах по кромкам из-за нарушения технологии прокатки или в результате потери пластич­ности стали в местах скопления оплавившихся в процессе деформации сульфидных включений.

Рисунок – Дефекты деформированной стали

К специфическим поверхностным дефектам штампованных изде­лий относятся складкообразование и заковы. Складкообразование

представляет собой трещины, проходящие в местах перемены сече­ния и по внутренней поверхности кольцеобразных выступов. Оно может быть вызвано встречным движением стали в штампе, несовпа­дением форм исходной заготовки и полости штампа.
Заковы
— это складки, образующиеся на особо опасных местах изделий и направ­ленные по контуру штамповки. При холодной штамповке деталей простой и особенно сложной конфигурации из листового проката часто возникают разрывы. Им способствуют такие дефекты структуры холоднокатаной листовой стали, как неметаллические включения, разнозернистость, наличие крупных частиц цементита, неоднород­ность химического состава, а также наличие поверхностных или внут­ренних дефектов листов.

Внутренние дефекты.К распространенным внутренним дефектам деформированной стали относятся расслоение, флокены, трещи­ны. Расслоение

представляет собой грубое нарушение сплошности (рис. 4.33,
ж).
Причинами расслоений могут быть дефекты сталепла­вильного происхождения — остатки усадочной раковины, газовые пузыри, неметаллические включения.

Флокены

— это разрывы круглой или эллиптической формы с бле­стящей поверхностью разрушения. Они формируются вследствие скопления в микрообластях водорода.

В центральной области стальных изделий могут образоваться многочисленные тонкие трещины

по границам первичных зерен, вы­званные неравномерным прогревом, наличием ликвации легкоплавких элементов или карбидной ликвации. При деформации слитков сложнолегированных и высокоуглеродистых сталей, имеющих внутренние термические трещины, последние в процессе прокатки не завари­ваются, а наоборот, раскрываются, образуя полости, которые назы­вают «скворечниками».

В случае недостаточной пластичности стали и неблагоприятных температурно-скоростных условий при косой прокатке в центральной части трубной заготовки возникают напряжения, приводящие к так называемому «центральному» разрушению. Трещины появляются в местах структурной неоднородности (рис. 4.33, з). Для предотвраще­ния центрального разрушения при прокатке труб необходимо строго соблюдать температурно-скоростные условия деформации и опреде­ленный угол подачи. Это позволит получить равномерную субзеренную структуру стали.

В деформированных сталях иногда обнаруживают термические трещины, которые образуются под действием напряжений, возникаю­щих при быстром и неравномерном нагреве и резком или неравномер­ном охлаждении стали после деформации. При увеличении скорости охлаждения проката создается большая разность температур в центре и на поверхности изделия, что приводит к развитию значительных термических напряжений. В начале охлаждения поверхностные слои испытывают напряжения растяжения, а внутренние — сжатия. При дальнейшем охлаждении уменьшение объема средней части изделия сдерживается более остывшими наружными слоями. Поэтому первыми возникают наружные дефекты, а затем — внутренние. Особенно часто термические трещины образуются в высокоуглеродистых и высоколегированных труднодеформируемых сталях. Структурные напряжения появляются в результате неодновременных структурных и фазовых превращений, обусловленных разностью температур по длине и сечению прокатанного изделия.

Если напряжения при пластической деформации, а также терми­ческие и структурные напряжения совпадут по знаку, то суммарное напряжение может достичь значительной величины. В пластичной стали оно релаксирует путем микросдвигов, в малопластичной — при образовании трещин. Чем выше скорость охлаждения, тем больше вероятность появления трещин. В местах интенсивного охлаждения чаще всего формируются мелкие продольные трещины. Склонность к трещинообразованию возрастает в грубозернистой стали.

Дефекты микроструктуры деформированных и отожженных изде­лий могут образоваться при всех способах деформации. Поверхностное обезуглероживание

происходит в результате взаимодействия углерода, содержащегося в стали, с кислородом или водородом окружающей среды. Обезуглероживание может быть следствием слишком длитель­ной выдержки стали при высоких температурах, попадания в печь обезуглероживающей газовой атмосферы, наличия окалины на по­верхности. Этот вид дефектов обнаруживается микроструктурно и хи­мическим анализом (рис. 4.34). В низкоуглеродистой стали с ферритной структурой в поверхностном слое при обезуглероживании растут зерна (рис. 4.34,
а),
в сталях с более высоким содержанием углерода возникает ряд переходных структур (рис. 4.34,
б),
что приводит к уменьшению прочности, твердости металла, снижает его сопротивле­ние деформации и износу. В некоторых случаях поверхностное обезугле­роживание полезно. Например, низкоуглеродистую холоднокатаную листовую сталь отжигают во влажном водороде для улучшения штам­пуемости, трансформаторную — в водороде или вакууме для повы­шения магнитных свойств.

Рисунок – Поверхностный обезуглероженный слой в листах из сталей 08кп и 65

Очень распространенным дефектом является полосчатая,

или
стро­чечная,
структура деформированной стали. Существует несколько причин возникновения этого дефекта (рис. 4.35). При наличии в ли­той стали внутрикристаллической ликвации осевые участки дендритов содержат меньше углерода, кремния, фосфора, серы и других элементов по сравнению с междендритными участками. В процессе горячей прокатки дендриты аустенита, ранее располагавшиеся хаоти­чески или перпендикулярно к поверхности слитка, постепенно изме­няют свою ориентацию и переориентируются своими главными осями параллельно направлению прокатки. Структура стали становится во­локнистой. При охлаждении доэвтектоидной стали после горячей прокатки в интервале температур
АГ3 — АГ1
происходит полиморфное превращение аустенита в феррит. Поскольку аустенит был неодно­роден по химическому составу, феррит появляется ранее в участках, обедненных углеродом, затем в участках аустенита, обогащенных углеродом, в результате эвтектоидного превращения образуется пер­лит. Структура стали после эвтектоидного превращения имеет резко выраженную полосчатость (рис. 4.35,
а).
Полосчатость горячекатаной стали может быть обусловлена окон­чанием прокатки в межкритическом интервале температур. Если доэвтектоидную сталь прокатать в интервале температур АГз — АГ1,

т. е. в двухфазном состоянии, в момент окончания деформации зерна аустенита и феррита будут вытянутыми. При охлаждении стали до температуры
Аг1
часть аустенита превращается в феррит, а после прохождения через точку
Аг1
оставшийся аустенит распадается на перлит. При этом вместо вытянутых зерен аустенита образуются фер­рит и перлит. Зерна избыточного феррита остаются вытянутыми. Полосчатая структура в доэвтектоидной стали может возникнуть из-за неметаллических включений, слу­жащих центрами зарождения избы­точного феррита (4.35, б).

Рисунок – Полосчатые структуры деформированной стали (х100)

Полосчатость доэвтектоидной стали уменьшается в результате длительного гомогенизирующего отжига при температуре 1250— 1300 °С, во время которого можно частично устранить ликвацию.

При горячей прокатке заэвтектоидной стали и легированных сталей карбидного и ледебуритного класса в интервале температур Аст — Аг1

в процессе холодной прокатки может возникнуть
карбид­ная полосчатость
как результат дробления вторичного или эвтектоидного цементита и расположения его в строчки в направлении прокат­ки (рис. 4.35,
в).
Полосчатость такого типа называется карбидной неоднородностью. Основная причина ее образования — неравномерное распределение первичных и вторичных карбидов. Карбидная строчечность может быть уменьшена в результате спе­циального гомогенизирующего отжига при 1100—1300 °С, а также в процессе нагрева стали для горячей деформации. Карбидная неод­нородность значительно ухудшает прочность и вязкость стали.

В холоднокатаной стали также образуется волокнистая структура, что вызвано ориентировкой ферритных и перлит­ных зерен в направлении деформации. Сталь с полосчатой структурой обладает анизотропией механических свойств, причем поперек про­катки они значительно хуже, чем вдоль. На рис. 4.36 показано изме­нение значений ударной вязкости ан

и относительного удлинения 5 в зависимости от угла наклона оси образца по отношению к направле­нию прокатки θП. Для оценки качества стали испытываются попереч­ные образцы.

Структурный дефект — цементитная сетка

образуется в заэвтектоидной стали при формировании вторичного цементита или карбида в виде грубых выделений на границах аустенитных зерен. Чем выше в стали содержание углерода и медленнее охлаждение, тем грубее цементитная сетка. Возникает этот де­фект в случае окончания горячей де­формации стали при температуре вы­ше
Аст
и слишком медленном охлаждении. Для предупреждения появле­ния цементитной сетки следует строго соблюдать температуру конца дефор­мации и, если сталь деформирована при температурах выше
Аст,
быстро охлаждать ее после деформации. Уст­ранить этот дефект можно путем по­вторного нагрева до температуры вы­ше
Аст
и ускоренного охлаждения.

Рисунок – Изменение механических свойств в зависимости от угла наклона образца по отношению к направлению прокатки.

Дефектом структуры деформиро­ванной стали является разнозерни-стость.

Под ней понимают присут­ствие
вструктуре стали зерен раз­ных размеров, что приводит к неоднородности свойств. Следует различать Разнозернистость, связанную с ликвационными явлениями, т. е. с неоднородным распределением примесей, карбидных и карбонитридных включений, задерживающих рост зерен при горячей де­формации или отжиге, и обусловленную наследованием неоднород­ности литого состояния, неравномерностью распределения темпера­туры и деформации по толщине заготовки. В местах с очень мелкими зернами микротвердость стали повышается. Зоны с мелкозернистой структурой вытягиваются в направлении деформации.
Разнозернистость деформационного происхождения зависит от темпёратурно-скоростного режима деформации, величина зерен встали и степень их размерной однородности определяются темпера­турами нагрева стали перед деформацией и окончания деформации, а также степенью деформации (суммарной и в последней клети, если прокатка осуществляется в несколько проходов).

Пластическая деформация всех видов неравномерна по сечению и вдоль оси деформируемого изделия. В очаге деформации возникают зоны, в которых степени деформации колеблются в довольно ши­роком интервале и могут быть ниже критических, критическими и выше критических. Такая неоднородность деформации стимули­рует рост зерен в процессе динамической и статической рекристалли­зации.

В структуре горячедеформированной стали могут наблюдаться зоны крупных слабодеформированных и нерекристаллизованных зе­рен, участки с рекристаллизованными зернами, претерпевшими пер­вичную, собирательную и даже вторичную рекристаллизацию, об­ласти с измельченными зернами. При последующей холодной дефор­мации сталь сохраняет эту неоднородность, которая усугубляется неравномерным развитием холодной деформации и проявляется при отжиге. В участках, претерпевших холодную деформацию со степе­нями выше критической, образуется нормальная зеренная структура; в зонах, где степень деформации соответствовала критической, вы­растают крупные зерна. В доэвтектоидной стали, прокатанной в интервале температур АСз — АС1,

т. е. в двухфазной аустенитно-ферритной области, также проявляется разнозернистость структуры. Причиной ее является разная скорость динамической и статической рекристаллизации фер­рита и аустенита, причем ферритные зерна, более склонные к рекри­сталлизации, растут быстрее. Разнозернистость в деформированных сталях, как правило, имеет зональный характер. Она приводит к сни­жению прочностных и пластических свойств стали.