Разработка методов оценки неоднородности структуры материалов на основе панорамных исследований Киселев Д. В. Кафедра стали и сплавов Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Прогресс в развитии трубных сталей 1 The role of niobium in low carbon bainitic HSLA steel, Klaus Hulka, Niobium Products Company Gmb. H, Dusseldorf, Germany
Количественное описание структуры трубных сталей (панорамные исследования) 1. 2. 3. Микроструктурная полосчатость: – Феррито-перлитная согласно ГОСТ 5640 – Феррито-бейнитная согласно новым стандартным шкалам Бейнитная структура: – Оценка общей анизотропии методами текстурного анализа – Оценка блоков бейнита реечной морфологии методами пленочного травления и анализа в поляризованном свете Центральная ликвационная полоса – Металлографическая оценка методом стандартных шкал (преобразование Фурье)
1. Микроструктурная полосчатость
ГОСТ 5640 -68 0. 1. 2. 3. 4. 5. 0 Б Равномерная феррито-перлитная структура с полным отсутствием полосчатости Общая ориентировка структуры в направлении деформации без четко выраженных полос Одна-две сплошные и несколько разорванных полос из равноосных зерен феррита Чередование ферритных и перлитных полос, состоящих из равноосных зерен Равномерное чередование ферритных и перлитных полос, состоящих из равноосных и некоторого количества деформированных зерен Неравномерное чередование ферритных и перлитных полос, состоящих преимущественно из деформированных зерен 1 Б 2 Б 5 Б 4 Б 3 Б
Стереологические параметры Метод направленных секущих #1. Индекс анизотропии (Салтыков, ASTM) Отношение среднего удельного (на единицу длины секущей) количества пересечений частиц рассматриваемой фазы секущими, перпендикулярными оси деформации, к той же величине, но секущими, параллельными оси деформации #2. (Салтыков) Отношение среднего квадратичного отклонения количества пересечений частиц рассматриваемой фазы на секущих, параллельных оси деформации, к той же величине, но на секущих, перпендикулярных оси деформации #3. Коэффициент полосчатости (Салтыков) Отношение среднего квадратичного отклонения доли рассматриваемой фазы на секущих, параллельных оси деформации, к той же величине, но на секущих, перпендикулярных оси деформации
Анализ критериев для оценки полосчатости Структура Салтыков, ASTM E 1268 -01 1 6, 73 1, 58 3, 21 0, 58 2 4, 32 3, 20 1, 25 0, 14 3 3, 72 1, 01 3, 30 0, 59
полосчатость отсутствует , ориентация 1. 3 одна-две сплошные и несколько разорванных полос 1. 9 2. 48 ≥k 1 <k 2 <k 1 2. 48 0 ≥k 7 <k 8 <k 7 1. 4 1 1 2 ≥k 9 ≥k 8 <k 9 <k 8 2. 0 4 ≥k 4 <k 5 (1) ≥k 8 <k 9 1. 7 3 5. 0 ≥k 3 <k 4 (1) ≥k 6 чередование полос равномерное неравномерное 4. 0 ≥k 2 <k 3 (2) <k 6 несколько полос, проходящих через все поле зрения 1. 7 5 3 (1) ≥k 9 <k 9 2. 0 4 ≥k 5 ≥k 9 2. 0 5 4 5 5
Визуальная оценка, Балл 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 Анализ изображения, Балл
2. Методы оценки структурной анизотропии феррито-бейнитных сталей Оценка общей анизотропии методами текстурного анализа
2. Методы оценки структурной анизотропии феррито-бейнитных сталей Нет полосчатости, но осталась анизотропия структуры
2. Методы оценки структурной анизотропии феррито-бейнитных сталей Текстурный анализ Шаг 1. Матрица совместной встречаемости Каждый элемент Рd, a (i, j) – вероятность встречаемости пикселей с уровнем серого i и j на расстоянии d в направлении α. Шаг 2. Текстурный признак гомогенности, характеризующий размер структурной составляющей Шаг 3. Коэффициент анизотропии, как стандартное отклонение H (d, a) при расчетах в разных направлениях:
Коэффициент анизотропии, оцененный методом текстурного анализа CA=0. 61 CA=1. 07 CA=1. 61 CA=2. 02
5 Коэффициент анизотропии Предел текучести, MPa Влияние коэффициента анизотропии на предел текучести стали Х 70 540 4 520 3 500 2 480 1 460 попечечный продольный - Предел текучести - Анизотропия
Влияние общей анизотропии на характер разрушения при DWTT Оценка анизотропии методами текстурного анализа KA=0, 60 KA=2, 00
2. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СТРУКТУРНОЙ АНИЗОТРОПИИ ФЕРРИТОБЕЙНИТНЫХ СТАЛЕЙ Выявление и количественное описание блоков бейнита реечной морфологии
Структура феррито-бейнитной стали (3% HNO 3)
2. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СТРУКТУРНОЙ АНИЗОТРОПИИ ФЕРРИТО-БЕЙНИТНЫХ СТАЛЕЙ Метабисульфит натрия, поляризованный свет Блоки реечного бейнита, «оцифрованные» с помощью анализатора изображений
Объемная доля, % 2. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СТРУКТУРНОЙ АНИЗОТРОПИИ ФЕРРИТО-БЕЙНИТНЫХ СТАЛЕЙ Распределение максимальных длин блоков реечной морфологии по размерам Dmax, µm
Влияние реечного бейнита на долю вязкой составляющей в изломах после ИПГ где: В – количество вязкой составляющей в изломе ИПГ, %; Тисп – температура проведения ИПГ, °С; VБ>100 мкм - объемная доля бейнита реечной морфологии с блоками длиной более 100 мкм, %. 90 80 80 70 60 К 65 50 К 60 40 К 56 30 20 10 Доля вязкой составляющей, % 100 90 Доля вязкой составляющей экспериментальная, % 100 70 60 -20 50 -30 -40 40 -50 30 -60 20 10 0 0 20 40 60 80 Доля вязкой составляющей расчетная, % 100 0 0 5 10 15 20 25 30 Об. доля бейнита реечной морфологии(D>100 мкм. ), %
Влияние реечного бейнита на предел прочности стали К 65 700 695 690 680 690 в, Н/мм 2 в, экспериментальное, Н/мм 2 700 685 670 660 680 650 675 640 670 630 675 680 685 690 в, расчетное, Н/мм 2 695 700 0 5 10 15 Об. доля бейнита реечной морфологии(D>100 мкм), % 20
Влияние реечного бейнита на ударную вязкость стали К 60 490 500 450 400 430 KCV, Дж KCV экспериментальное, Дж 470 410 350 300 390 250 370 350 200 350 370 390 410 430 KCV расчетное, Дж 450 470 490 0 5 10 15 20 25 Объемная доля бейнита реечной морфологии(D>100 мкм), % 30
Влияние реечного бейнита на ударную вязкость стали К 56 500 700 650 600 550 400 KCV, Дж KCV экспериментальное, Дж 450 300 500 450 400 350 300 250 200 200 250 300 350 400 KCV расчетное, Дж 450 500 0 1 2 3 4 5 6 Объемная доля бейнита реечной морфологии(D>100 мкм), % 7
3. ОЦЕНКА ЛИКВАЦИОННОЙ ПОЛОСЫ
3. Оценка ликвационной полосы Стандартные шкалы, х 200, GB/T 13298 (PRC) 3 БАЛЛ. Более 3 сплошных полос 1 БАЛЛ. Структура со слабо различимыми прерывистыми полосами 4 БАЛЛ. Более 3 сплошных полос, 2 БАЛЛ. Не более 3 сплошных полос равномерно расположенных близко друг к другу
3. Оценка ликвационной полосы Дискретное преобразование Фурье Шаг № 1: Среднее значение уровня серого вдоль направления прокатки - M(y) Шаг № 2: Сумма амплитуд (A) гармоник спектра M(y) в диапазоне частот 0 - 0. 05 mm-1 - L
3. Оценка ликвационной полосы M(y) спектры для изображений ЦСЗ 1 и 4 класса - 1 класс - 4 класс 1 класс Класс ликвационной полосы: 4 класс L – сумма амплитуд гармоник в диапазоне частот от 0 до 0, 05 мкм-1
Визуальная оценка, класс 3. Оценка ликвационной полосы 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 Анализ изображения, класс 5
4. Панорамные исследования – основа всех методик - Для оценки полосчатости необходима площадь равная площади поля зрения при 100 х, для оценки анизотропии ферритного зерна необходимо увеличение 500 х и выше. - Для оценки анизотропии структуры методом текстурного анализа необходимо высокое разрешение, но большая площадь - Достоверная оценка длины блоков бейнита реечной морфологии невозможна без использования панорам - Для оценки ликвационной полосы неоходима площадь равная площади поля зрения при 100 х, для оценки неметаллических включений, декорирующих полосу необходимо увеличение 500 х
Выводы I. Разработаны методики для количественного описания микроструктурной неоднородности современных трубных сталей на основе панорамных исследований: 1) Феррито-перлитная и феррито-бейнитная полосчатость 2) Анизотропия бейнитной структуры (общая и образованная блоками реек) 3) Ликвационная полоса II. Показано влияние «оцифрованной» структуры на свойства сталей III. Разработанные методики включены в стандарт предприятия ЧТПЗ IV. Полученные зависимости используются для прогнозирования механических свойств на заводах группы ЧТПЗ V. Разработанные методики, реализованные в анализаторе изображений Тиксомет, внедрены на десятках предприятий. VI. Анализатор изображений Тиксомет зарегистрирован с Роспатенте и внесен в реестр средств измерений
Скачать презентацию Разработка методов оценки неоднородности структуры материалов на основе
неоднородность.pptx