Содержание к диссертации
Введение
Поверхностные дефекты горячекатаного листа и причины их образования .
Меры борьбы с преждевременным разрушением сталей при горячей деформации
Типы дефектов горячекатаного листа и причины их образования
Типы дефектов непрерывнолитой заготовки и причины их образова ния .
Влияние горячей пластичности стали на образование трещин
Механизмы образования трещин
Влияние химического состава стали на горячую пластичность .
Взаимосвязь пластичности стали и характера разрушения
Влияние температурных циклов, испытываемых поверхностью сля ба, при непрерывной разливке на горячую пластичность сталей
Методики проведения экспериментов по определению горячей пла стичности стали .
Формоизменение и развитие поверхностных дефектов непрерывно литой заготовки при прокатке
Экспериментальные исследования трансформации поверхностных дефектов сляба при прокатке
Численные методы исследования трансформации поверхностных дефектов сляба при прокатке
Разрушение при пластической деформации
Виды разрушения металлов. Влияние различных факторов на процесс разрушения
Микроскопические (дислокационные) модели образования трещин
Макроскопические критерии разрушения
Заключение по главе .
Исследование пластичности сталей во время горячей прокатки
Исследуемые стали и разработка методики проведения экспериментов по определению пластичности сталей во время горячей прокатки
Результатов исследования горячей пластичности трубных сталей Х42 и К60 при прокатке на станах 2000 и 5000 методом физического моделирования на комплексе Gleeble
Математическое моделирование испытаний на растяжение и горячей прокатки на промышленном прокатном оборудовании
Исследование реологических свойств трубных сталей категории прочности Х42 и К60 Методика определения предельных значений критерия разрушения Кокрофта-Латама (Cockroft-Latham) Постановка и решение термодеформационной задачи горячей прокатки на стане 2000 в программе Deform-3D 14 15
2.3.4. Постановка и решение термодеформационной задачи горячей прокатки на стане 5000 в программе Deform-3D 102
2.3.5. Исследование процессов релаксации напряжений на кромке раската при помощи программы AusEvol+ 104
2.3.6. Анализ температурных полей и напряженно-деформированного состояния листа при моделировании горячей прокатки на стан 2000 и 5000 в программе Deform-3D 106
2.3.7. Оценка возможности разрушения трубной стали Х42 и К60 при горячей прокатке на стане 2000 и стане 5000 112
2.4. Заключение по главе 115
Глава 3. Исследование горячих трещин в непрерывнолитой заготовке. Трансформация исходных трещин в слябе при прокатке 117
3.1. Материалы и методики исследования 117
3.2. Анализ результатов металлографических исследований непрерывно-литой заготовки 119
3.3. Постановка задачи о прокатке сляба с исходно присутствующими внутренними дефектами 1 3.4 Анализ результатов исследования изменения местоположения исходных трещин в литом слябе при прокатке 131
3.5 Лабораторная прокатка образцов с введенными трещинами и ее численное моделирование 1 3.5.1. Оборудование для проведения лабораторной прокатки образца с отверстиями, имитирующими внутренние дефекты сляба 135
3.5.2. Постановка задачи о горячей прокатке образца с отверстиями, имитирующими внутренние дефекты сляба 136
3.5.3. Анализ результатов лабораторной и виртуальной прокатки на лабораторном стане 137
3.6. Заключение по главе 142
Глава 4. Исследование горячей пластичности непрерывнолитой стали 144
4.1. Разработка методик имитации зоны вторичного охлаждения УНРС... 144
4.2. Результаты исследования горячей пластичности сталей при моделировании термодеформационных условий прохождения затвердевшей корочкой металла зоны вторичного охлаждения УНРС 150
4.3. Анализ причин появления провалов пластичности. Металлографические исследования 153
4.4. Провалы пластичности и фазовые превращения в стали. Исследование модуля упругости стали в интервале температур провала пластичности трубной стали Х42 и стали 17Г1С-У 161
4.5. Факторы, влияющие на горячую пластичность сталей. Разработка мероприятий по повышению горячей пластичности сталей 1 4.5.1. Исследование изменение структуры образцов после моделирования нагрева под прокатку 172
4.5.2. Исследование влияния размера зерна аустенита на горячую пластичность трубной стали Х42 175
4.5.3. Исследование изменений морфологии неметаллических включений при нагреве под прокатку 179
4.5.4. Исследование влияния водорода на горячую пластичность 182
4.5.5. Исследование совместного влияния Ti и B на горячую пластичность стали содержащей Nb 184
4.6. Заключение по главе 186
Общие выводы по работе 189
Список литературы .
- Влияние горячей пластичности стали на образование трещин
- Экспериментальные исследования трансформации поверхностных дефектов сляба при прокатке
- Исследование реологических свойств трубных сталей категории прочности Х42 и К60
- Анализ причин появления провалов пластичности. Металлографические исследования
Введение к работе
Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения ранних произведений Э.М. Ремарка (1920–1931), которые остались без должного внимания со стороны литературоведов и долгое время были недоступны массовому читателю.
Существенным недостатком современной критической литературы остается недостаточное внимание к биографии писателя, получившей непосредственное отражение в его художественных произведениях, а также к автобиографическим аспектам творчества. Изучение роли генезиса раннего творчества Ремарка имеет ключевое значение для верного понимания особенностей формирования поэтики его раннего творчества. Однако необходимо отметить, что в настоящей диссертации не ставилась цель построить некую теоретическую модель, позволяющую понять, насколько положение писателя в культурном поле влияет на поэтику его произведений; важным было проследить, каким образом профессиональная деятельность Ремарка отразилась на его творчестве.
Предметом исследования в настоящей диссертационной работе являлись эволюция и генезис поэтики раннего творчества Ремарка, типологические схождения и связи между его произведениями.
Целью исследования является выявление основных групп факторов, которые оказали влияние на процесс формирования поэтики раннего творчества Ремарка.
Задачи исследования:
-
обозначить один из доминантных принципов формирования поэтики ранней прозы Ремарка – влияние культурно-исторических и социологических характеристик эпохи Веймара; выделить основные автобиографические аспекты раннего творчества Ремарка как неотъемлемые части его творчества и определить их взаимосвязь с поэтикой произведений;
-
определить особенности формирования поэтики первых трех романов Ремарка («Приют грез», «Гэм», «Станция на горизонте») в их взаимосвязи с малой прозой и журналистскими работами 1920–1929 годов, определить вектор их влияния на дальнейшее творчество писателя;
-
рассмотреть замысел, историю написания и особенности поэтики романа «На Западном фронте без перемен», проанализировать причины его успеха в контексте формирования литературной репутации Ремарка и обозначить принципы формирования поэтики романа в его взаимосвязи с рекламной кампанией;
-
рассмотреть принципы взаимосвязи поэтики романов «На Западном фронте без перемен» и «Возвращение»;
кратко обозначить проблему романной трилогии Ремарка.
Методы исследования включали в себя биографический подход, культурно-исторический анализ, социологический и структурный методы.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Историко-социальные и культурные события, происходившие в период Веймарской республики, оказывали значительное влияние как на процесс формирования поэтики ранней прозы Ремарка, так и на его литературную репутацию. Ранняя проза Ремарка в своих биографических, тематических и мировоззренческих чертах определена историческим контекстом и литературной ситуацией периода Веймарской республики – что является одним из доминантных принципов ее формирования.
-
Многие черты поэтики ранних произведений Ремарка сохранились в его последующем творчестве. Мотивы, сюжеты, системы персонажей, сформировавшиеся в период с 1920 по 1931 год, обладают определенной перспективностью по отношению к более позднему творчеству писателя, являются базисом для всего творческого пути. Эссе и рассказы нередко становились частью романного творчества, а тематика, затронутая в журналистике, находила свое отражение в художественной прозе.
-
В профессиональной сфере Ремарк оттачивал свое мастерство, постепенно становясь специалистом высокого уровня – прежде всего, в таких областях, как журналистика и реклама. Два фактора, оказавшие существенное влияние на дальнейший творческий путь Ремарка: а) возможность путешествовать и достаточная степень финансовой свободы – все это находило отражение в тематике произведений и поэтике, являясь одним из принципов ее формирования; б) многочисленные рецензии и эссе, посвященные творчеству писателей Веймара, – свидетельствуют о том, что Ремарк был хорошо знаком с книжным рынком, умел анализировать и прогнозировать литературные тенденции эпохи и в определенной степени стремился следовать этим тенденциям.
-
Роман «На Западном фронте без перемен» стал не просто «еще одним романом о войне», но одной из наиболее продаваемых книг в истории немецкой литературы, настоящим прорывом для своего времени. Одним из принципов формирования поэтики романа «На Западном фронте без перемен» в значительной степени является преднамеренное создание литературной репутации «писателя-новичка» и «солдата из окопа», сопровождавшейся успешной рекламной кампанией.
-
Роман «Возвращение», являющийся с тематической, сюжетной и хронологической точек зрения продолжением романа «На Западном фронте без перемен», отчасти утрачивает многие уникальные особенности поэтики предшествующего романа (такие, как «перспектива из окопа», элементы фронтового дневника и т.д.), что было вызвано желанием Ремарка избавиться от ярлыка «писателя-новичка» (отчасти им же самим и сформированного). Вместе с тем
«Возвращение» в полной мере обращается к тематике «потерянного поколения» и влияния последствий войны на судьбы людей, а также в некоторой степени затрагивает мотивы, возникшие в прозе 1920–1928 годов.
Научная новизна исследования обусловлена тем, что, несмотря на высокую степень изученности творчества Ремарка в целом, в отечественном литературоведении почти не изучены ранние произведения писателя, поэтика ранней прозы специально не рассматривалась.
В настоящей работе осуществлено монографическое исследование начального этапа творчества Ремарка, определены некоторые специфические черты его творческого метода, а также принципы формирования поэтики его ранних произведений. Исследование ранней прозы Ремарка, несмотря на достаточно большое количество критической литературы, не получило до настоящего времени подробного освещения ни в российских, ни в зарубежных работах. Причина недостаточного внимания исследователей к раннему творчеству Ремарка обусловлена тем, что началом его творческого пути считается первый успешный роман – «На Западном фронте без перемен».
Обоснованность и достоверность исследования подтверждается совокупностью многочисленных источников, на которых базируются выводы, сделанные в настоящей работе.
Теоретическая значимость диссертации состоит в том, что принципы формирования поэтики раннего периода творчества являются исключительно важным аспектом при изучении позднего периода творчества Ремарка. Настоящая работа рассматривает генезис поэтики раннего творчества в контексте основных принципов ее формирования, что позволяет иначе взглянуть на все творчество Ремарка в целом, а также заполнить существенный пробел в литературоведении, связанный с недостаточной изученностью раннего творчества одного из крупнейших немецких романистов XX века.
Практическая значимость диссертации состоит в том, что ее результаты могут быть использованы: 1) в практике университетского преподавания курсов по общей истории зарубежной литературы ХХ века; 2) при разработке спе-8
циальных курсов и семинаров для студентов филологических факультетов; 3) при разработке специальных курсов по проблемам становления и развития немецкой литературы XX века; 4) при написании курсовых и выпускных квалификационных работ студентами-филологами.
Проблематика и выводы диссертации соответствуют паспорту специальности 10.01.03 – Литература народов стран зарубежья (немецкая литература), в частности, следующим его пунктам: п. 3 – проблемы историко-культурного контекста, социально-психологической обусловленности возникновения выдающихся художественных произведений; п. 5 – уникальность и самоценность художественной индивидуальности ведущих мастеров зарубежной литературы прошлого и современности; особенности поэтики их произведений, творческой эволюции; п. 7 – зарубежный литературный процесс в оценке иноязычного и отечественного литературоведения и критики.
Основные положения диссертации прошли апробацию в форме научных докладов на международных межвузовских конференциях, организованных кафедрой зарубежной литературы РГПУ им. А.И. Герцена (Санкт-Петербург, 2008–2015 гг.).
Структура диссертации выстроена в соответствии с целями и задачами исследования и состоит из введения, двух глав, разделенных на параграфы, заключения и списка литературы, включающего 182 наименования.
Влияние горячей пластичности стали на образование трещин
Авторы работы [16], условно выделяют при повышенных температурах три зоны падения пластичности у сталей, как показано на рис. 1.11. Зона 1 – находится в ин тервале температур от 1200 C до температуры солидуса (начала плавления). Пластичность и прочность в этом интервале резко падают [38]. Причиной охрупчивания, как принято считать, является образование жидкой прослойки Рис. 1.11. Схематическая диаграмма, показываю по границам зерен аустенита. щая три зоны пластичности стали В зоне 1 пластичность не зависит от интенсивности деформации, а в основном, зависит от химического состава, в частности, от микросегрегаций элементов, таких как углерод, сера и фосфор [19, 34, 39-42]. Считают, что большинство поверхностных дефектов образуются в зоне 1[33]. Зона 2 – находится в интервале температур между 900 и 1200 C. Она чаще всего характеризуется образованием мелких межзеренных выделений сульфидов, оксидов, сероокисей и карбонитридов по границам бывшего аустенитного зерна, что приводит к появлению, так называемых «мягких зон» (PFZs) – зон свободных от выделений по границам зерен аустенита [33, 34], или к образованию микрополостей вокруг выделений и их последующей коалесценции. Зоны, свободные от выделений, являются местами концентрации деформации, что приводит к разрушению даже при небольших деформациях при непрерывной разливке стали [38]. Проскальзывание границ зерен усиливается за счет различных частиц присутствующих на границах бывшего аустенитного зерна [35]. Принято считать, что соотношение Mn/S50, приведет к уменьшению или исключению зоны 2 [19], поэтому для многих сталей с низким содержанием серы при непрерывном литье характерны только зоны 1 и 3.
Авторы работ [33-35, 43-45] отмечают, что провалы пластичности в диапазоне температур 1000-1150 C могут быть связаны с задержкой динамической рекристализации, особенно в сталях, микролегированных ниобием. Из-за отсутствия динамической рекристаллизации происходит увеличение размеров зерна аустенита, тем самым уменьшается общая протяженность границ, увеличивается концентрация химических соединений по границам аустенитных зерен. В свою очередь, это приводит к межкристаллитному разрушению. Восстановление пластичности при температурах выше 1100 C, связывают с прохождением динамической рекристаллизации, которая приводит к перераспределению химических соединений, находящихся по границам аустенитных зерен, а также с укрупнением химических соединений (FeS, MnS, Nb(C,N)) расположенных по границам аустенитных зерен. Считается, что при высоких температурах критические деформации, необходимые для начала динамической рекристаллизации, меньше, чем деформации необходимые для разрушения металла. В работе [33] полагают, что степени деформации 1,5-2% (именно таких значений деформации достигают при загибе и разгибе литой заготовки в ЗВО) может быть недостаточно для прохождения динамической рекристаллизации, а лишь возможно протекание динамического возврата.
В работе [46] высказано предположение, что восстановление пластичности при температурах выше 1000 C может быть связано с выходом S из соединений типа (Fe, Mn)S, атомы которой частично растворяются, диффунди руя по вакансионному механизму в тело зерна. Общеизвестно, что с повышением температуры количество экспоненциально вакансий возрастает, способствуя тем самым уменьшению сегрегаций по границам аустенитных зерен и увеличивая пластичность стали.
Таким образом, провалы пластичности в диапазоне температур 800 - 1200 C возникают из-за сегрегации химических элементов по границам зерен аустенита.
Схематическая модель формирования клиновидных трещин при «проскальзывании» границ зерен. Стрелками показаны направления смещения зерен
Зона 3 находится в низкотемпературном интервале существования аустенита, включая превращение аустенита в феррит, приблизительно от 700 до 900 C в зависимости от химического состава стали. Восстановление пластичности при 700 C связано с большим количеством а-феррита (45%), образующимся перед деформацией или в процессе деформации при температуре, близкой к Aе3 [43]. Перед достижением температуры Ar3 в стали присутствует большая доля а-феррита, присутствие которого вызывает неравномерность деформации по отдельным фазам. При температуре ниже Aг3 на 20-30 C, которая для низкоуглеродистой нелегированной стали с 0,10% C составляет 745 C и 710 C для стали с 0,16% C, пластичность полностью восстанавливается [47].
Полностью ферритная структура обладает хорошей пластичностью, поскольку для нее напряжения пластического течения невысокие. Зоны 2 и 3 совпадает с температурными интервалами выпрямления непрерывнолитой заготовки в ЗВО. Появление поперечных трещин на поверхности или в подповерхностном слое связывают с растягивающими напряжениями, возникающими в металле во время транспортировки по роликам МНЛЗ [19, 35]. Итак, существование провала пластичности в 3-ей зоне объясняется четырьмя возможными причинами [33]: - проскальзыванием границ зерен; - существованием зон, свободных от выделений (PFZs); - формированием тонкой ферритной прослойки на границах аустенитных зерен; - подавлением динамической рекристаллизации аустенита.
Проскальзывание границ зерен обусловлено пластической деформацией границ зерен. Данный механизм проявляется в большей степени в аустените, чем в феррите, поскольку в аустените происходит только ограниченный динамический возврат [46]. Разрушение границы зерен происходит тогда, когда напряжения в тройных стыках зерен превышает предельно допустимое, как показано на рис. 1.12. Данный механизм деформации и разрушения считается основным в условиях ползучести, т.е. при скорости деформации ниже 10-4 с-1. Зоны, свободные от выделений (PFZs). Ранее уже было сказано, что выпрямление заготовки во время непрерывной разливки стали характеризуется низкой степенью деформации металла и критическим интервалом температур, в котором пластичность стали резко снижается, из-за образования динамически индуцированных частиц Nb(C,N), AlN или V(C,N). В однофазной аустенитной области частицы выделяются преимущественно по границам аустенитных зерен. Это приводит к появлению свободных зон от выделений, прилегающих к границам зерен, где происходит концентрация деформаций, возникающих при транспортировке сляба по зонам МНЛЗ. Микрополости образуются за счет декогезии (отслаивания) границ зерен по скоплению выделений (частиц), что вызывает коалесценцию полостей и распространению трещины вдоль границ зерен (межзеренное разрушение), как показано на рис. 1.13, a-c. Данный механизм разрушения связывают, в первую очередь, с выделениями карбидов, нитридов и карбонитридов по границам аустенитных зерен.
Экспериментальные исследования трансформации поверхностных дефектов сляба при прокатке
Образец длиной 300 мм, шириной 150 мм и толщиной 80 мм был нагрет до температуры 1200 С и прокатан на одноклетевом реверсивном лабораторном стане до конечной толщины 8 мм за 12 проходов. На рис. 1.34, б показана форма кромочного дефекта после 9-ого прохода. Также в работе [86] выполнено исследование особенностей трансформации поперечных угловых трещин при горячей прокатке на промышленном стане. Прокатку сляба проводили на широкополосном стане за 14 деформационных проходов, в том числе 5 горизонтальных и 2 вертикальных прохода (обжатие по ширине составляло 50 и 30 мм) в черновой группе клетей и 7 чистовых проходов. В результате выполненного исследования авторами работы было получено, что при прокатке в горизонтальных валках происходит раскрытие трещины. После пятого прохода поперечная угловая трещина трансформируется в харак 56 терный дефект в виде складки. А поскольку поверхность трещины были покрыты окалиной, то это объясняет образование внутренних окисленных сло-ёв и невозможность заваривания трещины при дальнейшей прокатке. Также было получено, что смещение такого дефекта от кромки к середине полосы составляет приблизительно 10-12 мм. В последующих проходах такой дефект вытягивается в направлении прокатки.
Исследование перемещения кромочных дефектов при производстве проката из нержавеющих марок сталей на ШСГП было выполнено в работе [87]. Моделирование процесса горячей прокатки сляба проводили на лабораторном стане. Заготовку из нержавеющей стали толщиной 28 мм, шириной 300 мм и длиной 400 мм, нагретую до температуры 1050 оС, прокатывали в валках диаметром 750 мм за 7 проходов. На боковой грани заготовки был вырезан V-образный дефект (рис. 1.35).
В результате исследования получено, что дефект, расположенный на боковой грани заготовки, сместился на верхнюю поверхность раската при прокатке (рис. 1.36). Таким образом, анализ известных экспериментальных исследований особенностей поведения дефектов сляба при горячей прокатке показал, что поверхностные трещины во время нагрева под прокатку и прокатки дополнительно окисляются и, как правило, не залечиваются. Смещение дефектов сляба от кромок к середине полосы при прокатке может быть значительным. 1.4.2. Численные методы исследования трансформации поверхностных дефектов сляба при прокатке
В работе [88] выполнено исследование характера деформации поверхностных дефектов листа в процессе прокатки. Для анализа деформации было использовано разработанное авторами программное обеспечение RIPAD-2D на основе метода конечных элементов для жёсткопластической среды материала. Данная программа позволяет свободно контролировать размер сетки, поэтому возможен анализ микроскопических областей, в частности, локальной деформации (рис. 1.37).
В данном случае дефекты на поверхности стального листа в виде впадин называются «углублениями». Они могут представлять собой выемки, оставшиеся на поверхности сляба в период его отливки или при удалении Рис. 1.38. Схематическое представление поверхностных дефектов окалины в процессе прокатки, а также вследствие присутствия неметаллических включений. Дефекты, выступающие над поверхностью, называются «выступами». Они могут возникнуть в процессе прокатки как вследствие неровностей на поверхности валков, так и вследствие глубоких следов от огневой зачистки сляба.
При моделировании горячей прокатки листа глубину V-образного дефекта брали неизменной и равной 1,0 мм. Ширину дефекта варьировали на четырёх уровнях: 0,1; 0,3; 0,5; 1,0 мм. В качестве материала рассматривали низкоуглеродистую сталь (0,08 % С). Было выполнено исследование влияния коэффициента трения (=0,20; 0,35), радиуса валков (R=60; 100; 200 мм), ре жима прокатки (прокатка за 2 прохода: 1=30 %, 2=50%; прокатка за 1 про ход 1=50%) на деформацию поверхностных дефектов. Аналогичное иссле дование было выполнено для дефекта в виде прямоугольного углубления (глубина 1,0 мм, ширина – 2,0 мм) (рис. 1.39), выступающих дефектов тре угольной (ширина выступа 0,3 мм; высота выступа 0,5 мм) и четырёхуголь ной (ширина выступа 1,0 мм; высота выступа 1,0 мм) формы (рис. 1.40).
Пример деформации дефектов в виде выступов (hо=20 мм, 1=30%, =0,20): а – деформация выступающего дефекта треугольной формы; б – деформация выступающего дефекта четырёхугольной формы В результате выполненных исследований были получены следующие результаты, представленные на рис. 1.41 [53]:
1) Для дефектов V-образной формы: чем меньше ширина дефекта, тем больше происходит заваривание его донной части и тем легче дефект закрывается; чем выше коэффициент трения, тем угол наклона дефектов в направлении прокатки при их закрытии оказывается больше; с увеличением относительного обжатия у дефектов обнаруживается тенденция к открытию; с увеличением радиуса валков дефекты закрываются лучше; Зависимость между начальной и заключительной формой поверхностных дефектов
2) Для дефектов четырёхугольной формы в виде углублений: после прокатки задняя и передняя поверхности дефекта наклоняются и дефект остаётся в виде японской буквы «/ \»; с увеличением коэффициента трения длина дефекта в переднем направлении сокращается;
3) Для выступающих дефектов: при прокатке дефекта треугольной формы образуется заваренный дефект, направленный в заднюю часть выступа; при прокатке дефекта четырёхугольной формы образуется дефект в форме «\ /»; с увеличением коэффициента трения длина дефекта в направлении его задней части сокращается.
В работе [89] выполнено численное исследование поведения поверхностных трещин сляба при горячей прокатке с использованием программного продукта DYNA, основанного на методе конечных элементов. Рассматривали трёхмерную постановку задачи. Моделировали процесс прокатки сляба толщиной 220 мм и шириной 1000 мм в валках радиусом 425 мм (рис. 1.42-1.43). Было проанализировано влияние трёх режимов прокатки на особенности поведения поперечных трещин. Установлено, что с возрастанием дробности деформации угол раскрытия или ширина трещин w значительно увеличивается, при этом, конечная глубина трещин h практически не меняется.
Исследование реологических свойств трубных сталей категории прочности Х42 и К60
Одним из наиболее используемых критериев разрушения при конечно-элементном моделировании процессов ОМД является критерий Кокрофта-Латама СК-Л [93, 97-98]. Текущие значения СК-Л рассчитываются в программе Deform-3D при помощи специальной подпрограммы. Согласно этому критерию, разрушение металла наступает в тот момент, когда расчетные значения СК-Л равны предельным значениям СКпр-Лед. Значения СКпр-Лед являются структурно чувствительными величинами и, как и структура, зависят от температуры, степени, скорости и накопленной деформации.
Результаты экспериментов по определению пластичности сталей по ходу прокатки, полученные в разделе 2.2, можно использовать для определения предельных значений критерия Qпр-Лед и применить для оценки разрушения металла во время горячей прокатки. Критерий разрушения Кокрофта-Латама основан на оценке полной работы деформации на единицу объёма в точке разрушения: СК-Л = \- (2.1) О СТ« где i - накопленная интенсивность деформации в момент разрушения; 1 – главное растягивающее напряжение; i – интенсивность напряжений по Мизесу. Графически это выражается, как площадь под кривой зависимости отношения максимального главного (растягивающего) напряжения к интенсивности напряжений по Мизесу от степени накопленной деформации (рис. 2.9). При выполнении условия:
Для определения СКпр-Лед на комплексе Gleeble имитировали горячую прокатку на станах, а в программе Deform численно моделировали обработку образцов на Gleeble, см. раздел 2.1. Виртуальные образцы по размерам соответствовали рис. 2.3, их реологические свойства задавали согласно рис. 2.8. В качестве модели обрабатываемого материала принимали жесткопластиче-скую среду с упрочнением. Сетка конечных элементов, использованная при моделировании, представлена на рис. 2.10, а и содержит более 20.000 элементов.
Конечно-элементная модель образца для математического моделирования обработки образцов на комплексе Gleeble (а); финальная стадия разрушения образца при моделировании в Deform-2D (б) и на комплексе Gleeble-3800 (в) при температуре Т=750 С; финальная стадия разрушения образца с трещиной при физическом и математическом моделировании (г, д)
На заключительной стадии численного моделирования рассматривали растяжение образца до разрушения. Значения критерия СКпр-Лед перед имитацией деформации в каждой последующей клети стана были определены для момента достижения предельных истинных деформаций в месте разрыва, рассчитанных по экспериментальным данным (см. рис. 2.52.6) как сужение в шейке. На рис. 2.10, б-д представлены финальные стадии разрушения образцов при математическом и физическом моделировании окончательного растяжения образца. Для образца на рис. 2.10, б-в предельное значение критерия Ко-крофта-Латама, рассчитанное в программе Deform, составляет СКпр-Лед = 5,4.
При вычислении критерия Кокрофта-Латама в соответствии с (2.1) необходимо учитывать процессы упрочнения и разупрочнения (релаксации напряжений), происходящие как при пластической деформации, так и в междеформационных паузах. Скорость релаксации напряжений зависит от накопленного упрочнения и от температуры. Подробно о методе расчета релаксации напряжений см. раздел 2.3.5. Здесь необходимо заметить, что расчет значений критерия Кокрофта-Латама после каждого пропуска начинали заново, если приобретенное во время предшествующей деформации упрочнение снимается (релаксирует) полностью за время междеформационных пауз, и учитывали накопление напряжений при низких температурах деформации. Решение об учете накопленной деформации принимали по зависимости (t), где t – время обработки на комплексе Gleeble, начиная от момента нагрева образца и кончая испытанием на растяжение для i-ой клети стана 2000 или i-го пропуска при прокатке на стане 5000.
На рис. 2.10, г-д представлены результаты численного моделирования окончательного растяжения образца с трещиной (на рис. 2.6 сужение в шейке этого образца выделено кружком). Определение предельного значения критерия Кокрофта-Латама для этого образца показал значение СКпр-Лед =0,8, что значительно ниже, чем для образцов без исходных трещин.
Калибровку модели по температуре в программе Deform-ЪТ) осуществляли согласно данным протоколов прокатки трубной стали Х42. Для черновой группы контроль температуры осуществляли по показаниям пирометров, установленных перед клетью №1, после клети №2, а также после клети №5. Для чистовой группы контроль температуры осуществляли по показаниям пирометров, установленных перед клетью №6, после клети №12, а также по расчетным данным, указанным в протоколе прокатки.
Температуру поверхности литого сляба Тверх_Шв на участке от нагревательной печи до вертикального окалиноломателя замерить невозможно из-за наличия слоя печной окалины. Поэтому калибровку компьютерной модели для этой стадии производили при помощи формулы, используемой для расчета усредненной температуры верхней поверхности сляба, предложенной в [107, 108]:
Анализ причин появления провалов пластичности. Металлографические исследования
При имитации непрерывной разливки стали образцы нагревали до температуры 1440 С, близкой к температуре перитектического превращения, контролируя температуру платино-платинородиевой термопарой, приваренной к поверхности образца. Геометрические размеры использованных образцов указаны на рис. 4.3, а. Рабочую часть образца помещали в трубку из кварцевого стекла с прорезью для подсоединения термопары, рис. 4.3, б. На рис. 4.3, в представлена панорамы структуры образца, доведенного до полужидкого состояния и охлажденного после этого до комнатной температуры. Поскольку температура центральных слоев превышает температуру поверхности и может достигать температуры перитектического превращения ( 1470 С), при проведении эксперимента в средней части образца может образоваться полужидкая ванна, которая при охлаждении может вызвать образование полости, см. рис. 4.3, в.
После нагрева со скоростью 5 С/с до температуры 1440 С образцы выдерживали 15 с, в течение которых полного расплавления образцов не происходило, усадочные раковины (см. рис. 4.3, в), которые могут негативно вли 148 ять на пластичность металла после затвердевания, не образуются. В разделе 1 на рис. 1.9 и рис. 1.10 была представлена схема термических и деформационных циклов, которые испытывает корочка затвердевшего металла согласно данным [19, 23, 31, 32, 94, 95] и которые воспроизводили в данной работе.
Термоциклы, как это показано на рис. 4.2, начинали от нижней температуры 900 или 700 С, причем во втором случае приближались к температуре начала превращения аустенитферрит, согласно рис. 4.1, которое сопровождается объемным эффектом. Охлаждение от температур затвердевания до температуры начала термоциклов задавали со скоростью 10 С/с. Согласно [37], амплитуда термоциклов в затвердевшей корочке может достигать 390 С и затухает по мере охлаждения металла. При моделировании задавали 10 термоциклов с затухающей амплитудой, равной 300, 300, 250, 250, 200, 200, 150, 150, 100, 100 С. Скорости нагрева и охлаждения при термоциклирова-нии принимали равной 10 С/c, что приблизительно соответствует реальным условиям охлаждения металла на УНРС.
По данным [19, 23, 33] фактическая степень деформации металла корочки при сгибе-разгибе между направляющими роликами зоны вторичного охлаждения составляет приблизительно 0,51,0 %. При моделировании задавали деформацию растяжением при охлаждении корочки под действием струи воды, равную = 0,6 %, при разогреве корочки под роликами – такую же деформацию сжатием (цикл «растяжение – сжатие»). В одном из экспериментов задавали обратный цикл «сжатие-растяжение», при котором охлаждение под струей воды между роликами сопровождается деформацией сжатия, а разогрев под роликами – деформацией растяжения. Цикл «сжатие-растяжение» характерен для внутренней части корочки затвердевшего металла. Смена деформационных циклов соответствовала термическим циклам в корочке металла.
В УНРС радиального типа затвердевающая заготовка испытывает изги-бные деформации при переходе из вертикальной в горизонтальную плоскость. Считается, что образование поверхностных или подповерхностным трещин возможно именно при загибе или разгибе литого горячего сляба. Температура поверхностных слоев металла при этом может составлять от 1300 до 700 С [19, 33, 94, 95]. Для определения пластичности металла при этих температурах после термического и деформационного циклов металл подогревали (или охлаждали) до указанных температур 1300700 С и выполняли испытание на растяжение до разрушения. Скорость деформации при этом задавали равной 103 с1, что соответствует скорости деформации при изгибе сляба при прохождении участка загибания и выпрямления [33]. Пластичность металла оценивали путем измерения относительного сужения в шейке образца . Испытания на растяжение проводили через каждые 50 или 100 С.
Всего было реализовано 8 режимов обработки образцов (рис. 4.2): 1. Нагрев до температуры испытания 700-1300С и испытание на растяжение до разрушения без наложения термических и деформационных циклов. 2. Нагрев до температуры 1440 С, охлаждение до температуры испытания и растяжение до разрушения без наложения термических и деформационных циклов. 3. Нагрев до температуры 1440 С, охлаждение до температуры 900 С, термодеформационный цикл с начальной амплитудой 300С, 10 циклов растяжение-сжатие, охлаждение (либо подогрев) до температуры испытания и растяжение до разрушения. 4. Нагрев до температуры 1440 С, охлаждение до температуры 700 С, термоциклирование (без деформационного цикла) с начальной амплитудой 150С, 10 циклов, охлаждение (либо подогрев) до температуры испытания и растяжение до разрушения. 5. Нагрев до температуры 1440 С, охлаждение до температуры 700 С, термоциклирование (без деформационного цикла) с начальной амплитудой 300С, 5 циклов, охлаждение (либо подогрев) до температуры испытания и растяжение до разрушения. 6. Нагрев до температуры 1440 С, охлаждение до температуры 700 С, термоциклирование (без деформационного цикла) с начальной амплитудой 300С, 10 циклов, охлаждение (либо подогрев) до температуры испытания и растяжение до разрушения. 7. Нагрев до температуры 1440 С, охлаждение до температуры 700 С, термодеформационный цикл с начальной амплитудой 300С, 10 циклов растяжение-сжатие, охлаждение (либо подогрев) до температуры испытания и растяжение до разрушения. 8. Нагрев до температуры 1440 С, охлаждение до температуры 700 С, термодеформационный цикл с начальной амплитудой 300С, 10 циклов сжатие-растяжение, охлаждение (либо подогрев) до температуры испытания и растяжение до разрушения.
Результаты исследования горячей пластичности сталей при моделировании термодеформационных условий прохождения затвердевшей корочкой металла зоны вторичного охлаждения УНРС Общий график температурной зависимости пластичности образцов, об работанных по перечисленным режимам, представлен на рис. 4.4. На всех за висимостях (Тисп) присутствуют температурные интервалы, в которых пла стичность металла значительно ниже максимальных значений.