Особенности реологических свойств высокоуглеродистой легированной стали для арматуры железобетонных шпал

В метизном производстве процессы холодной пластической деформации являются одними из базовых технологических методов обеспечения качества готовой продукции. Для рациональной организации таких процессов и прогнозирования их результатов необходимы знания о деформационной специфике обрабатываемых материалов. Целью настоящей работы явилось экспериментальное исследование особенностей реологических свойств подката высокоуглеродистой легированной стали, используемой в качестве исходной заготовки на ОАО «ММК-МЕТИЗ» для производства нового вида продукции - высокопрочной стабилизированной арматуры диаметром до 10,0 мм для современных железобетонных шпал.

Оценку технологической деформируемости стали проводили по результатам пластометрических испытаний цилиндрических образцов. Образцы изготавливали из катанки диаметром 15,0 мм из стали марки 85ФЮ, сорбитизированной в условиях прокатного передела ОАО «ММК», и из па-тентированной стали марки C85CrV производства Италии. Деформацию образцов осуществляли на кулачковом пластометре при температуре 20 °C в диапазоне скоростей деформации 5-20 1/с. Для достижения однородного напряженно-деформированного состояния в процессе осадки использова ли полировку и смазку контактных поверхностей. Статистическая достоверность результатов испытаний достигалась проведением не менее трех параллельных опытов для каждого значения скорости и степени деформации.

Диаграммы деформирования, построенные без учета упругости, для стали марок 85ФЮ и C85CrV, находящихся в исходном состоянии, приведены на рис. 1, а, б соответственно. При построении диаграмм деформирования, представленных на рис. 1, использовался весь массив экспериментальных значений без дифференциации по уровням скоростей деформации.

Высокая плотность расположения точек в поле экспериментальных данных свидетельствует о малой дисперсии и достаточно высокой статистической достоверности полученных результатов как для стали марки C85CrV производства Италии (см. рис. 1, а), так и для стали марки 85ФЮ производства ОАО «ММК» (см. рис. 1, б). Характер поведения кривых, представленных на рис. 1, типичен для рассматриваемой группы материалов. Деформационный предел прочности для стали марок C85CrV и 85ФЮ находится на уровне 58 % и 49 % соответственно.

Низкий разброс экспериментальных значений определяет отсутствие значимого влияния скоро-

Относительная леФопмапия. %

—•— Образец №2-1

—■—Образец №3-1   —*—Образец №4-1   -X—Образец №5-1

Относительная де<Ьоомания. %

—♦—Образец №6-2          —■—Образец №7-2              Образец №8-2

х - Образец №9-2          —*— Образец №10-2

б)

Рис. 1. Диаграммы деформирования образцов исследуемой стали марок C85CrV производства Италии (а) и 85ФЮ производства ОАО «ММК» (б) в исходном состоянии сти деформации на сопротивление деформации рассматриваемых марок стали. Об этом свидетельствуют также специально проведенные исследования о выявлении вязких свойств стали марок 85ФЮ и C85CrV, которые показали, что существенного (статистически значимого) влияния скорость деформации на значения сопротивления деформации не оказывает и при проектировании технологических процессов холодного пластического деформирования вязкой составляющей можно пренебречь [1].

Известно, что сопротивление деформации стали определяется не только (а в некоторых случаях не столько) их химическим составом, но и фазовым, а также структурным состоянием материалов [2].

В связи с этим одна из задач исследований заключалась в сопоставлении кривых упрочнения для анализируемых марок стали 85ФЮ и C85CrV, полученных по различным технологическим схемам. Для этого поля экспериментальных значений для указанных групп материалов были сведены на одну координатную плоскость (рис. 2).

Как следует из рис. 2, при достижении значений относительной деформации 45 % для стали марки C85CrV и 55 % для стали марки 85ФЮ наблюдается увеличение значений сопротивления деформации, что свидетельствует о переходе ма-

Относительная деформация, %

Рис. 2. Поля экспериментальных значений зависимости сопротивления деформации от степени деформации для стали марки 85ФЮ производства ОАО «ММК» (темные треугольники) и стали марки C85CrV производства Италии (светлые треугольники)

Относительная деформация, %

Рис. 3. Построение уравнений состояния при аппроксимации кривых деформационного упрочнения стали марок C85CrV (светлые ромбы) и 85ФЮ (темные квадраты)

териала в режим неоднородной деформации (при испытаниях на растяжение данный момент соответствует началу образования шейки на образце). Соответствующие данной относительной деформации значения сопротивления деформации можно считать временным сопротивлением с_в, которое для стали марки C85CrV находится в диапазоне 1400-1440 МПа. Среднее значение временного сопротивления составляет для данного материала

1420 МПа. Для стали марки 85ФЮ диапазон значений временного сопротивления существенно ниже и соответствует 1210-1240 МПа, при этом среднее значение временного сопротивления составляет 1225 МПа.

Важным результатом исследований явилось построение единых уравнений состояния, которые получали путем аппроксимации полей точек экспериментальных данных полиномами 5-го порядка в программе Microsoft Excel (рис. 3).

Уравнения состояния для стали марок C85CrV и 85ФЮ имеют следующий вид соответственно:

g_s = 2 ТО"⁵ в,⁵ -0,0041s,⁴ + 0,292s,³ -

• -10,049s/+165,13s,+3 81,3 9 ;            (1)

o$ = 2-10^6,5 -0,0032s,4 + 0,2284s,3 -

• -7,893s,² +133,53s, + 323,02 .               (2)

Полученные уравнения (1) и (2) были использованы при моделировании деформационных режимов обработки арматуры диаметром 9,6 мм из подката диаметром 15,0 мм в программном комплексе DEFORM-3D.

По результатам моделирования были определены и реализованы на ОАО «ММК-МЕТИЗ» режимы волочения и профилирования арматуры, обеспечивающие достижение заданного комплекса эксплуатационных характеристик готовой продукции.