Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия:

Н. Г. Колбасников, профессор научно-образовательного центра «Исследование и моделирование материалов», докт. техн. наук, эл. почта: nikolay.kolbasnikov@gmail.com
Н. В. Жуков, ведущий специалист НТК «Новые материалы и технологии», эл. почта: zhukov_nv@spbstu.ru
С. А. Кузин, инженер лаборатории «Исследование и моделирование структуры и свойств металлических материалов», эл. почта: kuzinsta@yandex.ru
В. С. Тетерятников, инженер лаборатории «Исследование и моделирование структуры и свойств металлических материалов», эл. почта: vlad.teteryatnikov@rambler.ru

Выполнено исследование формирования размера зерна аустенита при прокатке толстой горячекатаной полосы на непрерывном стане при помощи имитации многопроходной прокатки на комплексе Gleeble. Определены причины сложности достижения целевых механических свойств на непрерывных станах горячей прокатки для полосы толщиной 16–25 мм. Методами компьютерного и физического моделирования определены момент появления разнозернистости высокотемпературной фазы и причины отсутствия эффекта на стадии чистовой прокатки. Показано, что при малых степенях деформации в клетях чистовой группы прокатного стана может происходить формирование разнозернистой структуры аустенита за счет избирательного роста зерен без образования зародышей рекристаллизации, несмотря на выделение карбонитридов микролегирующих элементов. Определена величина разности деформационного упрочнения соседних зерен, достаточная для преодоления границей зерна торможения, оказываемого частицами карбонитридов. Избежать этого негативного явления возможно за счет увеличения степени деформации в каждом проходе и обеспечения условий образования зародышей рекристаллизации, в особенности в последних чистовых проходах. Приведен пример аналогичного явления, наблюдаемого при прокатке бериллия.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации программы Научного центра мирового уровня по направлению «Передовые цифровые технологии» СПбПУ (соглашение от 20 апреля 2022 г. № 075-15-2022-311).

1. Zhao H., Palmiere E. J. Effect of austenite deformation on the microstructure evolution and grain refinement under accelerated cooling conditions // Metallurgical and Materials Transactions A. 2017. Vol. 48(7). P. 3389–3399.
2. Lan L., Chang Z., Kong X., Qiu C., Zhao D. Phase transformation, microstructure, and mechanical properties of X100 pipeline steels based on TMCP and HTP concepts // Journal of Materials Science. 2017. Vol. 52(3). P. 1661–1678.
3. Sang-Hyun Cho, Ki-Bong Kang, John J. Jonas. The dynamic, static and metadynamic recrystallization of a Nb-microalloyed Steel // ISIJ International. 2001. Vol. 41(1). P. 63–69.
4. Hansen S. S., Vander Sande J. B., Cohen M. Niobium carbonitride precipitation and austenite recrystallization in hot-rolled microalloyed steels // Metallurgical and Materials Transactions A. 1980. Vol. 11. P. 387–402.
5. Zhao H., Wynne B. P., Palmiere E. J. Conditions for the occurrence of acicular ferrite transformation in HSLA steels // Journal of Materials Science. 2018. Vol. 53. P. 3785–3804.
6. Ringinen D. A., Chastukhin A. V., Khadeev G. E., Efron L. I., Il’inskii V. I. Evolution of austenite grain structure and microalloying element precipitation during heating of steel of strength class K65 (X80) for rolling // Metallurgist. 2014. Vol. 57. P. 996–1004.
7. Chastukhin A. V., Ringinen D. A., Khadeev G. E., Efron L. I. Formation of austenitic structure during heating slabs of pipe steels microalloyed with niobium // Metallurgist. 2015. P. 581–589.
8. Коротковская С. В. Разработка технологии термомеханической обработки, обеспечивающей унификацию судостроительных и трубных сталей по химическому составу за счет формирования ультрамелкозернистой и субмикрокристаллической структуры : дис. … канд. техн. наук. — Санкт-Петербург : Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов, 2014.
9. Gladman T. Deformation and recrystallization of steels // Materials science and technology. 1990. Vol. 6. P. 1131–1138.
10. Pereda В., Rodriguez-Ibabe J. M., Lopez B. Improved model of kinetics of strain induced precipitation and microstructure evolution of Nb microalloyed steels during multipass rolling // ISIJ International. 2008. Vol. 48. P. 1457–1466.

11. Palmiere E. J. et al. The influence of niobium supersaturation in austenite on the static recrystallization behavior of low carbon microalloyed steels // Metallurgical and Materials Transactions A-physical Metallurgy and Materials Science. 1996. Vol. 27. P. 951–960.
12. Yamamoto S., Ouchi C., Osuka T. The Effect of Microalloying Elements on the Recovery and Recrystallization in Deformed Austenite. — Pittsburgh : The Metallurgical Society of AIME, 1982. — 5 p.
13. Bhadeshia H. K. Bainite in Steels, 2^nd ed. — London : Institute of Materials, 2001. — 454 p.
14. Zhou M., Du L., Liu X. Microstructure and mechanical properties of X80 pipeline steels in different cooling schedules // Acta Metallurgica Sinica. 2010. Vol. 23(3). P. 171–175.
15. Рудской А. И. Научные основы управления структурой сталей в процессах термомеханической обработки. — М. : Издательство РАН, 2019. — 290 с.
16. Рудской А. И., Колбасников Н. Г. Цифровые двойники технологий термомеханической обработки стали // Металловедение и термическая обработка металлов. 2020. № 1. C. 4–11.
17. Ogoltcov A., Sokolov D., Sokolov S., Vasilyev А. Practical Use of Computer Model STAN 2000 for Improvement and Creation of Regimes of Steels Hot Rolling on SEVERSTAL Mill 2000 // Materials Science Forum. 2017. Vol. 879. P. 2543–2548.
18. Рудской А. И., Колбасников Н. Г., Торопов С. С. Структура, пластичность и разрушение сталей. Эксперимент и моделирование. — CПб. : Издательство СПбПУ Петра Великого, 2016. — 320 с.
19. Пат. 2624613 C1 РФ. Способ испытаний металлов на растяжение-сжатие и образец для его осуществления / Р. А. Савушкин, К. В. Кякк, Ю. А. Безобразов, Н. Г. Колбасников, А. А. Наумов; заявл. 25.02.2016; опубл. 04.07.2017; Бюлл. № 19.
20. Рингинен Д. А. Формирование однородной структуры при термомеханической обработке в условиях Стана 5000 и стабильность ударной вязкости и хладостойкости трубных сталей классов прочности Х80 и Х100 : дис. … канд. техн. наук. — М. : ФГУП ЦНИИ «Прометей», 2016.
21. ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. Введ. 01.01.1983.
22. Эфрон Л. И. Металловедение в «большой» металлургии. Трубные стали. — М. : Металлургиздат, 2012. — 696 с.
23. Julio C. Villalobos, Adrian Del-Pozo, Bernardo Campillo. Microalloyed Steels through History until 2018: Review of Chemical Composition, Processing and Hydrogen Service // Metals. 2018. No. 8. P. 351.
24. Murari F. D., Antônio Adel dos Santos, André Luiz Vasconcellos da Costa e Silva, José María Rodriguez-Ibabe. Dissolution behavior of Nb-rich precipitates during reheating of microalloyed steel heavy plates // Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineracao. 2020. Vol. 17. P. 96–104.
25. Мишин В. В. Разработка технологии горячей и теплой пластической деформации нанокристаллического бериллия, полученного гидридным методом : дис. … канд. техн. наук. — Санкт-Петербург : СПбГПУ, 2011.
26. Kolbasnikov N. G., Mishin V. V., Shamshurin A. I., Zabrodin A. V. Investigation of structure, rheological and relaxation properties, and stress relaxation kinetics in nanocrystalline beryllium at hot rolling temperatures // Nanotechnologies in Russia. 2014. Vol. 9, Iss. 1–2. P. 65–72.