О поведении неметаллических включений на разных стадиях деформации при производстве высокопрочной проволоки Проблеми трибології (Problem s of Tribology ) 2017, № 3 6 Парусо в Э.В.,* Губенко С.И.,*** Сычков А.Б.,** Сагура Л.В., * Чуйко И.Н.* *Институт черной металлу ргии им. З. И. Некрасова НАН Украины, г. Днепропетровск, Украина, **Магнитогорский госу дарственный технический у ниверситет им. Г. И. Носова, г. Магнитогорск, Россия, ***ГВУЗ « Металлу ргическая академия Украины» , г. Днепр, Украина E-mail: tom etal@ ukr.net О ПОВЕДЕНИИ НЕМЕТ АЛЛИЧ ЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВЫСОКОПРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ УДК 669.14.018.295:669.15'784-194 Изучены особенности трансформации неметаллических включений и проанализирован механизм их деформации на различных технологических этапах производства холоднодеформированной проволоки. Материал исследования: непрерывнолитая заготовка квадратного сечения 125  125 мм; горячекатаный бунтовой прокат диаметром 8,0 мм; холоднодеформированная проволока диаметром 3,0 мм из высокоуглеродистой стали С86D. Показано, что неметаллические включения оказывает значимое влияние на процессы структурообразования сталей перлитного класса. В процессе деформации стали как при горячей прокатке, так и холодной пластической деформации характерной чертой является образование вихревых зон, что свидетельствуют о неоднородном распре- делении напряж ений вблизи включений и их постоянным перераспределении при переходе от одного очага дефо р- мации к другому. Вследствие различной пластичности фаз гетерофазных включений, мож ет наблюдаться их разру- шение вдоль меж фазных границ. При волочении на границах раздела включения с матрицей концентрируются бóльшие напряж ения, чем при горячей прокатке. Это обусловлено тем, что с ростом суммарного обж атия металла уменьшается пластичность самой матрицы и затрудняется ее течение вдоль поверхности раздела с вкл ючением. Ключевые слова: неметаллич еск ие включения, высокоуглеродистая сталь, бунтовой прокат, проволока, деформация. Введение Развитие современного машиностроения и строительно й индустрии обусловливает необход и- мость осво ения высококач ественно го сор тамента сталей, производство которых основывается на совер - шенствовании известных металлург ических про цессов. Известно, что неметаллич еские включения обра- зуются при выплавке стали и оказывают значимо е влияние на мех анич еск ие и эксплуатационные показа- тели даж е в том случае, когда их количество в стал и незначительно. Включения вызывают изменение ус- ловий кристаллиз ации спл авов, влияют на деформиру емо сть металл а, а также спо собству ют фор мирова- нию структурно й и химическо й неод нородности стал ей [1 - 2]. С целью углубленного анализа пр ичин образования и разрабо тки меро приятий, напр авленных на сниж ение загрязненности сталей включения- ми, необход имо знать их химич еский и фазовый со став, а также источники появления. В работе [3] р ас- смотр ено влияние тех нологич еских фак торов на из менение х арактеристик (со став, морфология, раз мер, распр едел ение) включ ений в структуре высокоугл еродистой стали. В результате промышленно го вне- дрения усов ершенствованно й технологии выплавки и внепечно й обрабо тки уд алось существенно сни- зить размер неметаллич еск их включений в бунтовом прокате из высокоуглеродистой стал и 3, 4. Вопро- сам повышения чистоты стал ей по сниж ению со держания неметаллич еск их включений посвящены мно - гочисленные иссл едования [5 - 12], однако они не всегда д ают исчер пывающие объяснения по указан- ным пробл емам, ввиду отсутствия комплексных иссл едований в тех нологич еской цепочке горячая про - катка непр ерывнолито й заго товки  производство холоднод еформированной проволоки. Для всесто - роннего изуч ения поведения включений при про изводстве проволоки, необходимо проанализиров ать особенности тр ансформации включ ений в процессе р азлично го деформацио нного воздействия на сталь- ную заготовку и бунтовой прокат. Цель работы Изучить особенности тр ансфор мации неметалл ических включений и проанализ ировать мех а- низм их деформации на р азличных техноло гических этапах производства холод нодеформированно й проволоки. О поведении неметаллических включений на разных стадиях деформации при производстве высокопрочной проволоки Проблеми трибології (Problem s of Tribology ) 2017, № 3 7 Материал и методика исследований В качеств е матер иал а при провед ении исследований использовали: непр ерывнолиту ю заго товку квадратного сеч ения 125  125 мм; горячекатаный бунтовой прокат диаметро м 8,0 мм; холоднодеформи- рованную проволоку диаметро м 3,0 мм из высокоуглерод истой стал и С86D, химич еский состав которо й соответствовал требов аниям EN 16120-2:2011. Горячая прокатка стальной заготовки в бунтовой прокат осуществлялась на непрерывном мелкосортно-проволочно м стане 320/150, а посл едующая пер ерабо тка в проволоку (холодная дефор мация) выполнялась на прямоточно м 9-ти кратно м волочильном стане. Сум- марно е относительно е обжатие проката при про изводстве холодно дефор мированной проволоки со став - ляло  86 %. Используемое обору дование: оптич еские св етовые микроскопы « Neophot-32» , « Axiovert 200M MAT», растровый электронный микроско п « VEGA T S5130MM». Результаты исследований и их обсуждение В работе авторов установлено, что основными видами включений пр и производстве высокоугле- родисто й стал и являются про стые сил икаты SiO2, а также силик аты ж елеза, марг анца, кальция, железо - марганцевые сульфиды и ок сиды марганца, кальция, алюминия [3]. Встр ечаются также алюмосил икаты, оксисульфиды и друг ие сложные виды включений. Т ехнологический процесс про изводства готовой ме- тизной продукции – проволоки включает стадии горячей (бунтовой прокат) и холодно й (проволока) пла- стич еской д ефор мации. Горячая деформация (прокатк а) пр едставляет собой слож ный много проходно й процесс производства бу нтового прок ата, при ко тором на многоклетьевом прокатном стане происходит преобразование заготовки квадратного сечения (150  150 мм или 125  125 мм) в прокат круглого сечения (Ø 5,5 … 16,0 мм) с использованием системы калибровки прокатных клетей и профилей овал  круг. Средняя температур а заго товки посл е нагрева в печи перед нач алом горячей прокатки со ставля- ет  1100 … 1150 °С, температура оконч ания деформации при выходе металла из по след ней ч истово й клети проволочного блока  1150 … 1050 °С. Столь небольшое различие темпер атур начал а и окончания деформации связано с разогр евом металл а в процессе горячей дефор мации, что обу словлено высокоско - ростным процессом ее прохожд ения (скоро сть движения р аската в зависимо сти о т конечного профиле- размер а проката на проволоч ной линии составляет 18 … 100 м/с), а такж е незнач ительными межклетье- выми пауз ами порядка 7 … 0,05 с. Т емпер атур а виткообразования (аустенитиз ации) проката, пр и пере- движении металла от чистовой клети проволочного блока до приемного стол а (первая секция роликового транспортера) линии Стелмор, мож ет изменяться в широком диапазоне (1050 … 900 С), в зависимо сти от заданных пар аметров режима дефор мационно - термич еской обрабо тки. При горячей прокатке повед ение неметалл ических включ ений зав исит от уровня их пластич но- сти. Силикаты SiO2 пластическ и не д еформируются на всех этапах горячей д ефор мации, они хрупко раз - рушаются, а осколки включ ений пер ераспр еделяются в строчки в направлении дефор мации (р ис. 1, а). Более слож ные типы сил икатов (FeO·SiO2, MnО·SiO2) пластич ески деформиру ются и удлиняются в на- правлении прок атки, поскольку темпер атур ный интервал д еформации соо тветствует их пластич еско му состоянию (р ис. 1, б). В процессе горячей прок атки форма пластич ных силик атов постоянно из меняется: они попеременно приобр етают овальную и круглую формы, что связано с чер едованием дефор мации ли- той заго товки в прокатных клетях с различ ным расположением валков (вер тикальные и горизо нтальны е группы, кантовка раскатов после неч етных клетей и т.п.). Следовательно, при по стоянно м удлинении пластич ных силик атов в напр авлении теч ения сталь- ной матр ицы происходит из менение их формы в попереч ном сечении. В то же время, в горячекатано м бунтовом прокате эти включения в попер ечном сеч ении имеют сферическую форму. Некоторые сили- катные включения при горячей дефор мации вязко разрушаются в процессе пл астического удлинения и раскатываются в очень тонкие « нити» . В отличие от результатов иссл едований, изложенных в работах [1, 13 - 17], где температура горячей дефор мации сталей составляла менее 900 °С и фиксировалось хрупко е разрушение аналогичных видов силик атных включений по сле их пл астического удлинения, в нашем случае это явление не наблюд алось. Пластично сть железо марг анцевых сульфидов при горячей прокатке разл ична и з ависит от со- держания в них марганца и ж елеза: пл астично сть сульфид ных включений повышается с уменьшением содержания марганца [1, 13 - 17]. Н аряду с л егко деформируемыми сульфидами (рис. 1, в), обнаружены слабо д еформированные сульфидные ч астицы. Следует отметить, что в процессе пл астического удлине- ния происходит многократное пр еобразование оладьеобразно й простр анственной формы сульфидов в стерж невую (строчеч ную). Включения ал юмосиликатов, оксидов марг анца, кальция, алюминия пластич ески не д еформиру- ются на всех стадиях горячей д еформации и р асполагаются в виде строчек в направлении теч ения стал и (рис. 1, г). Часть включений хрупко разрушается, а и их осколки р асполаг аются в строчки в виде отд ель- ных включений. О поведении неметаллических включений на разных стадиях деформации при производстве высокопрочной проволоки Проблеми трибології (Problem s of Tribology ) 2017, № 3 8 а б в г д Рис. 1 – Неметаллические включения ( 500) в бунтово м прокате после горячей деформации Оксисульфидные вкл ючения, представляющие собо й частицы нед ефор миру емой фазы (оксид а), заключенной в пл астичну ю сульфидну ю матрицу, проявляют неоднород ную д ефор мируемость. Пла- стич ная сульфидная фаза л егко деформируется совместно с матр ицей, а находящееся внутр и включение твердой фазы не изменяет своей формы (рис. 1, д). Действу ющие со стороны матр ицы напряжения расходу ются на деформацию пластичной суль- фидно й фазы, которая не сопро тивляется теч ению металл ической матрицы и сама л егко деформиру ется, что уменьшает напряжения, действу ющие на нед еформируему ю фазу включ ения. Частицы недеформи- руемых фаз в ряде случаев прорывают оболочку и сопр икасаются с металл ической матрицей. Под дейст- вием сил трения со сторо ны матр ицы, из - за разл ичного поведения фаз включения, происход ит разд еле- ние вдоль поверх ности их р аздел а, фазы разобщаются и продолж ают существовать самостоятельно. Это приводит к из менению типа включений в процессе д ефор мации: вместо сложных гетерофазных включе- ний в стали существуют два разных по составу, структуре и свойств ам вида однофазных включений. Холодная пластическ ая деформация горячекатаного бунтового прок ата из стали С86D диамет- ром 8,0 мм волочением при производ стве проволоки диаметро м 3,0 мм происходит при 8 … 9-ти кратно й деформации с су ммар ным относительным о бжатием  86 %. При волочении проката деформация вклю- чений происхо дит в условиях, когда в результате д ействия пониж енных температур изменяются физико - механические свойства включений и матрицы. В таких условиях деформации пластич ны только суль- фидные включ ения (р ис. 2, а, б). Включения силикатов FeO·SiO2, MnО·SiO2, имеющие посл е горячей де- формации строч ечну ю фор му, при холо дной дефор мации – волочении не пластич ны и хру пко разруша- ются (р ис. 2, в, г). Осколки раздробленных включений увлек аются текущим металлом матрицы, переме- щаются относительно друг друг а и вместо вытянутых включений образу ются строчки из их о сколков. Включения ал юмо силик атов, оксидов марганца, кальция, алюминия пластич еск и не деформиру ются и хрупко разрушаются (рис. 2, д). Осколки раздробленных включений увлекаются текущим металлом мат- рицы и трансформируются в виде образования вытянутых строчек. Оксисульфидные включ ения проявляют неод нородну ю деформиру емость, связанную с разл ич- ным уровнем пл астично сти составляющих фаз (рис. 2, е): пластич ная сульфидная фаза д еформируется совместно с матрицей, сохраняя стержневую про стр анственную фор му, полученну ю в результате горя- чей деформации, а включение оксидно й фазы не из меня ет своей формы. Сульфидная фаз а хорошо де- формиру ется, вытягиваясь в направлении д еформации, образует пологий склон от сер едины к краю включения. На основании излож енного, цел есообр азно проанализ ировать мех аниз мы деформации неметал- лических включ ений на разл ичных тех нологич еских этапах деформацио нной обр аботки высокоуглеро - дистых стал ей: пр и про изводстве горячекатаного бу нтового прок ата и холод нодеформированно й проволоки. О поведении неметаллических включений на разных стадиях деформации при производстве высокопрочной проволоки Проблеми трибології (Problem s of Tribology ) 2017, № 3 9 а б в г д е Рис. 2 – Неметаллические включения ( 500) в холоднодеформированной проволоке (суммарное относительное обжа тие бунтового проката 85,9 % ) На каждый вид включ ений пр и многопроходно й горячей прок атке действуют нор мальные сжи- мающие напряжения, обусловленные давлением дефор миру ющего инструмента (прокатные валки), пе- редающиеся чер ез металлич ескую матр ицу, продольные сдвиговые напряжения, возникающие в матр ице при ее деформации, а также напряжения трения на поверхно сти разд ела включение-матрица. Велич ина нормальных напряжений зависит о т давления дефор миру ющего инстру мента и сдвиговых напряжений – пластично сти металлич еской матр ицы, определяемой температурой и структуро й стали. Поскольку в ре- зультате кантовки раск атов на 90 по сле каждого нечетного проход а прокатных клетей (а в проволочном блоке, где валки в клетях располаг аются по угло м 45, после каждо го прохода) изменяются условия де- формации стальной заготовки, а также схемы гл авных напряжений и д ефор маций, в каждой кл ети соот- ветственно меняются и напряжения, действующие на неметалл ическ ие включения. Вполне очевидно, что при д еформации в каждо й клети пластич ные включ ения удл иняются, а недеформируемые включения частично р аздробляются и пер ераспр еделяются с обр азованием строч ек в направлении о си д ефор мации. Поскольку преобладающие сх емы главных напряжений в разных клетях многоклетьевого стана различ- ны, то изменяется и характер формоизменения пластичных включений при чередовании прокатных клетей. Этот процесс сопровожд ается появлением вихр евых зон вблизи включ ений, которые свид етель- ствуют о р азвитии ротационно й д еформации в этих участках (рис. 3, а, б), что связано с неоднород ным распр едел ением напряжений вблиз и включ ений и их по стоянным перер аспр едел ением при переход е о т одной прокатной клети к другой. Возникающие крутящие (ротацио нные) напряжения могут вызвать вращение включений пр и пе- реходе от одной клети к другой, что взаимосвязано с вихревым течением аустенитной матрицы в контак- те с неметаллич еским включением. При горячей прокатке стальной заго товки включения находятся в сложнонапряженно м со стоянии, которое постоянно изменяется в процессе д еформации. В условиях вы- соких давлений и темпер атур взаимодейств ие контактиру ющих поверх ностей включ ения и стально й матрицы их деформация происхо дит путем установления механич еского ко нтак та и р азвития диффузи- онных процессов. Механич еский контак т происход ит в результате сглаживания неровно стей поверхно - сти пу тем развития трения их поверхно стей друг отно сительно друга, что спосо бствует прир абатываемо - сти пары трения включение-матр ица. Между включением и стальной матрицей р азвивается контак тное трение, обусловленное взаи- модействием их пов ерхностей, препятству ющее их отно сительному пер емещению. Рассматриваемо е трение является кинематическ им сухим трением скольжения, в виду того, что реализу ется б ез какой- либо смазки при посту пательном пер емещ ении стальной матрицы по поверх ности нед еформируемо го включения или между движущейся матрицей и пл астичным включением. О поведении неметаллических включений на разных стадиях деформации при производстве высокопрочной проволоки Проблеми трибології (Problem s of Tribology ) 2017, № 3 10 а б и г д е ж з Рис. 3 – Локальная структура бун тового проката из стали С82D вблизи неметаллических включений: а, б –  1500; в-з –  5000  3 Возникновение сил тр ения происходит за сч ет зацепл ения неровно стей поверх ностей включение - матрица, а также сцепл ения между их мол екулами в областях непоср едственного соприко сновения (межфазная граница разд ела). Согласно з акону А монто на, сила трения скольжения прямо про порцио - нальна сил е нормального давл ения между поверх ностями трущихся тел: NfF  , (1) где F – сила трения скольжения; f – безразмерный коэффициент трения скольжения, зависящий от свойств материалов трущихся тел; N – сила нормального давления. Однако это т закон не учитывает молекулярно е взаимод ействие между трущимися тел ами. Для случая деформиру ющейся системы стальная матрица-включ ение более точны м является закон тр ения, учитывающий влияние сил притяжения между молекул ами трущих ся тел: )( 0 SNF , (2) где  – истинный коэффициент трения; 0 – добавочное давление, вызванное сил ами мол екулярного притяжения; S – общая площадь непо сред ственного контак та между телами. Силы трения на пов ерхности включение-матрица при обрабо тке стали давлением имеют такж е составляющие, обусловленные типо м и стро ением межфазных границ и связанны е с опред еленной по - верхностной энергией, а также с трением, возникающим при перемещении (скольжении) межфазных дислокаций и дискл инаций:   210 llbДSNF ДДвмв   , (3) где мв  – удельная поверхностная энергия границы включение-матр ица; l1, l2 – длина подвижных межфазных дислок аций и дисклинаций соотв етственно; b – вектор Бюргерса межфазных дислокаций;  – вектор поворота межфазных дискл инаций; О поведении неметаллических включений на разных стадиях деформации при производстве высокопрочной проволоки Проблеми трибології (Problem s of Tribology ) 2017, № 3 11 τД – касательное напряжение д ефор мационно го происхождения, действующее вдоль межфаз но й границы; Дв – размер включения. Силы трения сдерж ивают течение стальной матр ицы вокруг включ ения и распред елены по гр а- нице р аздел а нер авномерно. Это обусловлено, в первую оч ередь нер авномерным распр едел ением нор - мальных напряжений, действу ющих на включ ение, при деформации в раз ных прокатных клетях и их пе- рераспред елением. Силы трения на гр анице р аздела о пред еляются температурой и степенью дефор ма- ции, формо й и размером включения и увеличив аются с пониж ением температуры, повышением обжатий и раз мера включения. Влияние температуры выражается ч ерез ко эффициент трения, значения которо го различны для каждой из конкр етных температур. Влияние размера и формы включения проявляются че- рез площадь ко нтак та, пр ичем для р азных типов включ ений, как известно, эта в еличина в процессе де- формации изменяется по -разно му [1, 13 - 17]. У пластич ных включений, изменяющих форму от исход - ной равноосной (компактной) до овальной и стержневой, попер еменно в разных прокатных клетях, вели- чина площад и контак та в процессе дефор мации возрастает, причем нер авномер но. Это определяется тем, какая из форм вкл ючений формиру ется в конкретной клети, что влечет за со бой повышение сил тр ения. У недефор мируемых включений в процессе горячей дефор мации площадь контак та не изменяется. В слу- чае, когда включение разрушается, площадь контакта возрастает, однако ее влияние на силы трения уравновешивается уменьшением размера включений. Влияние степени деформации проявляется в пер- вую очередь чер ез повышение плотности межфаз ных дефектов. Контактное тр ение усиливает неодно - родность дефор мации, поскольку в каждой точке поверхности контакта возник ают элементарные каса- тельные силы тр ения, что вызывает появление допол нительных напряжений на меж фаз ной границе, ори- ентированных противополож но направлению скольжения матр ицы относительно включ ения. Это может оказать влияние не только на уровень напряжений, действующих на включение, но и на схему напря- женного со стояния вблизи включения в каждой из прокатных клетей при производстве металла. Т аким образом, неметалл ические включения при про изводстве бу нтового проката из литой заго - товки испы тывают со стороны стальной матр ицы действ ие неоднород ных напряжений, что обусловлено постоянно изменяющимся харак тером и распр едел ением этих напряжений при изменении схемы д ефор - мации в про цессе чер едования прокатных клетей с разл ичным р асполож ением валков. Уровень мех ани- ческих хар актеристик включений о пределя ет их реакцию на д ействующие силы и опр еделяет их способ - ность к пластической дефор мации. Силикаты пластич ные и сульфид ные включения под действием сил на границах разд ела с пластическ и деформиру ющейся аустенитно й матрицей д ефор миру ются сами. Пр и этом в про цессе пластического удлинения включений про исход ит постоянное изменение их фор мы, что приводит к обр азованию в горячедеформиров анно м бу нтовом прокате стержневой (строчечной) формы указанных включений. В процессе горячей деформации в зависимости от группы прокатных клетей (черновая, промежуточная, чистовая) на о пред еленном этапе темпер атур а металл а снижается, что повы- шает силы трения на поверхно сти р аздел а матрица-включ ение и у меньшает пл астично сть сил икатных включений, однако в виду того, что эта темпер атур а не снижается ниж е 900 С (снижение пл астично сти силикатов), то хрупкое их р азрушение не набл юдается. В то же время тонко раск атанные включ ения мо - гут разрушаться вязко при исчерпании их ресур са пластич ности. Процесс изменения формы пл астичных включений сопровождается динамическо й мигр ацией межфазных гр аниц матр ица-включение, од нако это т про цесс о тлич ается от известно й миграции границ зерен [1, 13-17]. Поверхности р аздел а матрица-включ ение пер емещаются как одно цело е в результате изменения их кривизны под д ействием внешних и вну тренних напряжений с цель ю принятия формы, обеспечивающей миниму м пов ерхностной энергии для конкр етных условий деформации. При этом в процессе передвиж ения (переход е) раската от одной прокатно й клети к другой изменяются условия, обеспечивающие минимум поверхно стно й энергии меж фазных гр аниц. В то же время динамическая ми- грация межфазных гр аниц сопровождается пер ераспр едел ением р ешеточ ных и межфаз ных дислокаций, диффуз ионными процессами в межфазных границах и прил егающих областях матрица-включ ение, а также проск альзыванием вдоль этих границ. В случае нед ефор мируемых видов неметалл ических включ ений (силик атов хрупк их и нед ефор - мирующих ся, оксидов, алюминатов) на пов ерхности разд ела с матр ицей концентриру ются сжимающие и сдвиговые напряжения, приводящие к р азрушению, в том случае, когда они пр евышают пр едел прочно - сти включений при сжатии [1, 13 - 17]. Хру пкое р азрушение нед еформируемых включений происходит на всех этапах деформации, нез ависимо от изменения хар актер а распред еления напряжений в прокатных клетях, и пр иводит к по степенному изменению дисперсно сти включений. После разрушения осколк и включений увлек аются деформирующейся матр ицей, разворач иваются и продолж ают движ ение в на- правлении ее теч ения, а простр анство между ними заполняется металлом за сч ет высокого давления и температуры деформации. Что касается гетеро фазных включений сульфид -оксид, напряжения, действу ющие со стороны аустенитной матрицы, расходу ются на деформацию пл астично й сульфид ной фазы, которая не со против - О поведении неметаллических включений на разных стадиях деформации при производстве высокопрочной проволоки Проблеми трибології (Problem s of Tribology ) 2017, № 3 12 ляется теч ению металлич еской матрицы и легко деформиру ется, что у меньшает напряжения, действую- щие на нед ефор мируемую фазу включ ений. Под воздействием сил контактного тр ения из-за р азлично го поведения фаз включений происходит их раздел ение – фазы разобщаются и существуют самостоятельно. Поворот осколков фаз включения свидетельствует об их независимом перемещении в движущейся матрице. В процессе динамич еской мигр ации границы пластич ное включение-матрица, а также границы недеформиру емо е включение-матрица, не претер певающие динамическую миграцию, могут поглощ ать решеточные д ислокации [1, 13 - 17]. Это вызывает процессы возврата в этих меж фаз ных границах, вызы- вающие при высоких темпер атурах диссоциацию з ахваченных дислокаций на межфазные, анниг иляцию и перестройк и в ансамбле межфазных дислок аций, что приводит к проск альзыванию вдоль границ вклю- чение-матрица. Рассмо тренные про цессы, безусловно, ок азывают существенное влияние на поведение высокоуглеродистых сталей при дефор мационном воздействии. После оконч ания горячей прокатк и лито й заготовки из высокоугл еродистой стал и при выход е металла из последней чистовой клети проволочного блок а и передвиж ении к участку водяного охлажде- ния или до виткообразов ателя линии Стел мор происходит его естественно е охлаждение на спокойно м воздухе. При последующ ем интенсивно м воздушном охлаждении разложенного на витки проката на транспортере л инии Стелмор происход ит диффузионный р аспад аустенита с о бразованием структуры перлита. По нашему мнению, включения, очевид но, являются дополнительными центрами для начал а развития этого превр ащения, от которых могут начинать свое зарождение перлитные колонии. Мелкие частицы включений нер едко набл юдаются в местах стыка перл итных колоний (рис. 3, в, г), кроме того вблизи таких включений набл юдается их изгиб и диспер гирование (рис. 3, д - з). При волочении бунтового прок ата фор моизменение неметаллических вкл ючений продолжается в новых условиях по сравнению с горячей прокатко й литой заго товки, что обусловлено в первую очередь различием темпер атур и деформирующих у сил ий, а также самого спо соба д ефор мации. Пр и этом изме- няются и физ ико - механические сво йств а включений и стальной (перл итной) матрицы. Поведение вклю- чений всех видов пр и волочении связано с уровнем их пл астично сти при конкр етно й темпер атур е. В от- личие от у словий горячей прокатки, при волочении формоиз менение самого металла, а сл едовательно, и включений про исходит пр и постоянном х арактере распред еления напряжений в стальной матр ице, уро - вень которых возрастает пр и переход е к к аждой посл едующей мо нолитной волоке (очагу деформации). На каждое из включений при волочении д ействуют нормальные сжимающие напряжения от давления деформирующего инструмента, перед ающиеся чер ез металлич еску ю матрицу, продольные сдв иговые напряжения, возникающие в матр ице при ее деформации, а также напряжения тр ения на поверхно сти раздела включение-матрица. Величина нормальных напряжений зависит от маршрута волочения и сте- пени суммарного относительного обжатия бунтового проката, а сдвиговых – от пластичности металл иче- ской матрицы, определя емой ее струк турой и степенью наклепа в процессе д еформации. На неметалли- ческие включения при волочении действуют трехмерные дальнод ействующие поля напряжений, имею- щее слож ную простр анственную конфигурацию и х арактеризу ющееся различ ными дл инами волн, сред - них амплитуд, дисперсией, простр анственно локализов анными миниму мами ил и максимумами. Следует отметить, что пространственно неоднород ные поля напряжений от дефор мационного воздействия, дей- ствующих на включ ение, являются динамическими и претерпевают по стоянные изменения, то есть эво - люцио нируют. Под действием так их слож ных напряжений происход ит пластич еск ая деформация сульфидов, которые имеют по сле горячей прокатки стержневую фор му, и сохраня ют ее в процессе холодной д ефор - мации волочением. Как было показано, оксисульфидные включения проявляют неод нородну ю деформи- руемость, связанную с различ ным уровнем пластич ности составляющих фаз: пластичная сульфид ная фа- за дефор мируется совместно с перл итной матрицей, сохр аняя стержневую про странственну ю фор му, по- лученну ю в результате горячей дефор мации, а включение оксидно й фазы не изменяет своей формы. Вследств ие разл ичной пл астично сти фаз г етеро фаз ных включений, может наблюд аться их разрушение вдоль межфазных границ сульфид-ок сид. Остальные виды включений (силикаты, оксиды) не пл астичны, хрупко разрушаются и их осколки пер ераспред еляются в напр авлении течения (д еформации) перлитно й матрицы. При волочении на границах р аздел а включения с матрицей концентр ируются большие напря- жения, чем при горячей прок атке. Это обусловлено тем, что с росто м суммарного обж атия металл а уменьшается пластич ность самой матр ицы и затру дняется ее течение вдоль поверхности разд ела с вклю- чением. Кроме того, в данном случае искл ючены про цессы восстановления (рекристалл изации) дефор - мированной структуры, спо собству ющие р елаксации напряжений, что у меньшает пл астично сть включе- ний и способ ствует повышению сил трения вдоль поверхности раздел а матр ица-включение. Все это при- водит к разрушению недеформиру емых включений. Есл и разрушение происхо дит на конечных этапах деформации и обломки включ ения отделяются друг от друга на большое расстояние, металл матр ицы не успевает запол нить пространство между ними и возник ают пу стоты. С повышением степени деформации при волочении увел ичивается диспер сность всех видов неметаллич еских включений, в том числе и не- деформирующих ся в результате их хрупкого разрушения. О поведении неметаллических включений на разных стадиях деформации при производстве высокопрочной проволоки Проблеми трибології (Problem s of Tribology ) 2017, № 3 13 При холодной дефор мации бунтового проката образу ется характер ная волокнистая структур а стал и, происход ит взаимод ействие между ч астицами вкл ючений и деформиру ющейся перл итно й матри- цей. Во время волочения металла на каждо е перлитное зер но д ействуют нормальные сжимающие силы от деформирующего инстру мента (мо нолитных волок), в результате возник ают р елаксирующие каса- тельные напряжения, под д ействием которых матр ица теч ет в направлении деформации, а зер на приоб - ретают вытянутую форму. Стальная матр ица соприк асается с включениями и на межфазной гр анице раз - дела возникают силы трения, препятству ющие ее течению. Свободно е р азвитие д ефор мации перл ита вблизи включений тормоз иться уже на ранних стад иях пластической д еформации. В этом случ ае наблю- дается изгиб пластин перлитных колоний (рис. 4, а - в, д), возникают лок альные зоны концентрации на- пряжений (р ис. 4, е - з) и участки структуры металл а с развитием неод нородно й деформации (рис. 4, г). а б в г д е ж з Рис. 4 – Локальная структура с тали в хо лоднодеформированной проволоке вблизи неметаллических включений после различных степеней деформации при волочении: а - г –  5000; д - з –  25000 Выводы В результате иссл едований, направленных на изучение пов едения основных видов неметаллич е- ских включений при производ стве холо днодеформированно й проволоки на различ ных технологич еск их этапах (производство стальной заго товки и бунтового проката) у становлены отлич ительные пр изнак и механизмов тр ансфор мации включ ений пр и горячей прокатке и холодной деформации. Пок азано, ч то неметалл ические включ ения оказывают знач имое влияние на процессы структурообразования сталей перлитного класса. В процессе деформации стал и как при горячей прокатке, так и холодной пл астиче- ской деформации (волочении) харак терно й чер той является образов ание вихревых зон, что св идетельст- вуют о неод нородном распред елении напряжений вблиз и включ ений и их постоянным пер ераспред еле- нии при переход е от одного очаг а деформации к другому (прокатные клети, монол итные волоки). Вслед - ствие разл ичной пл астично сти фаз гетерофазных включений, может набл юдаться их разрушение вдоль межфазных гр аниц. При волоч ении на гр аницах раздел а включ ения с матр ицей концентриру ются боль- шие напряжения, чем при горячей прокатк е. Это обусловлено тем, что с ростом суммарного обжатия ме- талла у меньшается пл астично сть самой матрицы и затрудняется ее течение вдоль поверхности разд ела с включением. В данном случае процессы восстановления (рекр исталлиз ации) д еформированной структу - ры исключены, что уменьшает пластич ность включений и спосо бству ет повышению сил трения вдоль поверхности разд ела матр ица-включение. Есл и разрушение про исход ит на конечных этапах деформации О поведении неметаллических включений на разных стадиях деформации при производстве высокопрочной проволоки Проблеми трибології (Problem s of Tribology ) 2017, № 3 14 и обломки включ ения отделяются друг от друг а на большое расстояние, то металл матрицы не у спевает заполнить про странство между ними и образу ются пустоты, которые вызывают повышенную обрыв- ность металла на посл едних этапах волочения, а также снижают эк сплуатационные пок азатели готовых изделий. Следовательно, совершенствование тех нологич еских пар аметров производства высокоуглеро - дисто й стали, направленное на снижение загрязненно сти металла неметалл ическими включениями по - зволит гарантиров анно повысить пл астические показател и бунтового проката как в горячекатано м со - стоянии, так и при пер ерабо тке на метиз ном пер едел е. Литература 1. Губенко С. И. Неметаллич еские включ ения в стали / С. И. Губенко, В. В. Парусов, И. В. Деревянченко. – Днепропетровск : Арт-пресс, 2005. – 536 с. 2. Губенко С. И. Неметаллические включения и пластичность сталей. Физич еские основы плас- тично сти сталей / С. И. Губенко.  Саарбрюкен (Saarbrück en): LAP LAMBERT . Palmarium academic pub - lishing, 2016.  549 с. 3. Парусов Э. В. Изменение хар актеристик и компо нентного состава неметаллич еских включ е- ний на различ ных тех нологич еских этапах про изводства бу нтового прок ата / Э. В. Парусов, С. И. Губенко, А. Б. Сычков [и др.] // XV-а В сеукраинск ая науч но-пр актич еск ая конфер енция « Специа- льная металлург ия: вчера, сегодня, завтра» , Национальный тех нический университет Украины, Киевский политехнич еский институ т, инженерно-физическ ий факультет, 11 апреля 2017 г., Украина, Киев. // Ма- териалы конференции. – 2017. – С. 818-838. 4.Забезпеч ення наднизького вмісту сірки в процесі позапічної обробки сталі / Е. В. Парусов, О. Б. Сичков, Л. В. Сагура, І. М. Чуйко // Наукові праці Вінницького націо нального технічного універ си- тету. – 2017. – № 1. – С 1-6. http://praci.vntu.edu.ua/index.php/praci/article/view/475. 5. Явойский, В.И. Неметаллич еск ие включ ения и свойства стал и [Т екст] / В.И. Явойский, Ю.И. Рубенчик, А.П. Оленко.  М. : Металлургия, 1980.  176 с. 6. Поведение кислорода и оксидных включений при кристалл изации и последующих охлажд е- ний стал и [Т екст] / В.И. Явойский, С.А. Близнюков, А.Ф. Вишкарев, Л.С. Горохов // Сталь.  1975.  № 1.  С. 26  31. 7. Проблема кислорода и к ачества стали на пороге XX I века [Т екст]: Т руды Международ но й конфер енции, по священной 90-летию В. И. Явойского, Киев–Днепродзержинск, 1991 г.: тезисы докла- дов / В.П. Лузгин, С.А. Близнюков. – К. – 1991. – С. 59  62. 8. Влияние вдувания в ковш твердых веществ на степень чисто ты стал и по сульфидным и ок- сидным включениям [Т екст] / Г. Космидер. Г.Ю. Лангхамер, Х. Абратис и др. // Черные металлы. – 1979. – № 22. – С. 18 – 23. 9. Неметалл ическ ие включ ения и д ефекты в эл ектрошлаковом слитк е [Т екст] / С.Е. Волков, А. Е. Волков, Ю.Н. Забслуев и др. – М. : Металлургия, 1979г. – 135 с. 10. Опыт применения проволоки с наполнителем из сил икокальция для внепечной обработк и стал и [Т екст] / В. Карузо, А. Коперчини А., А. Джианоне и др. // Черные металлы. – 1984. – № 6 – 7. – С. 39 – 45. 11. Энгель, Г.Ю. Удаление примесей из жидкой стал и металлич еским кальцием и шлак ами на основе галог енидов кальция [Т екст] / Г. Ю. Энгель, М. Келер, Г. Фляймер и др. // Черные металлы. – 1984. – № 9. – С. 23 – 30. 12. Парусов, В.В. Т еоретическ ие и тех нологические основы про изводства высокоэффективны х видов катанки [Т екст] / В.В. Парусов, А.Б. Сычков, Э.В. Парусов. – Днепропетровск : Арт-пр есс, 2012. – 376 с. 13. Бельченко Г. И. Неметаллич еские включения и качество стал и / Г. И. Бельченко, С. И. Губенко. – К. : Т ехника, 1980. – 168 с. 14. Губенко С. И. Т рансформация неметаллических включений в стали / С. И. Губенко. – М. : Металлург ия, 1991. – 225 с. 16. Губенко С. И. Деформация металлич еских материалов / С. И. Губенко, В. В. Парусов. – Днепропетровск : Арт-пр есс, 2006.  316 с. 17. Губенко С. И. Физика разрушения стал ей вбл изи неметаллических включ ений / С. И. Губенко. – Днепропетровск : НМетАУ. ИЦ « Системные тех нологии» , 2014. – 301 с. Поступила в редакцию 16.05.2017 P arusov E. V., Gubenko S. I., Sychkov A. B., Sahura L. V. , Chuyko I. N. On behavior of non-metallic inclusions on diff erent stages of def ormation in the manuf acture of high-strength wire О поведении неметаллических включений на разных стадиях деформации при производстве высокопрочной проволоки Проблеми трибології (Problem s of Tribology ) 2017, № 3 15 The features of transformation of non-metallic inclusions are studied and the mechanism of their defo rmation at various technological stages of production of cold-deformed wire is analyzed. Material of the study: continuous casting of square section 125125 мм; hot-rolled steel with a diameter of 8,0 mm; cold-deformed wire with a diameter of 3,0 mm o f high-carbon steel C86D. It is shown that non-metallic inclusions have a significant influence on the processes of the structure formation of steels of the pearlite class. In the process of steel deformation both in hot-rolling and cold-plastic deformation, the character- istic feature is the formation of vortex zones, which indicates an inhomogeneous distribution of stresses near the inclusions and their constant redistribution during the transition from one deformation focus to the other. Due to the different phase plasticities of heterophase inclusions, their destruction along interphas e boundaries can be observed. When drawing at the boundaries of the inclusion section with the matrix, more stresses are concentrated than in hot rolling. This is due to the fact that with increasing total reduction of the metal, the plasticity of the matrix decreases and its flow along the interface with the inclusion is hampered. Key words: non-metallic inclusions, high-carbon steel, rolled steel, wire, deformation. References 1. Gubenko S. I., Parusov V. V., Derevyanch enko I. V. Nemetallicheskie vklyucheniy a v stali, Dne- propetrovsk : Art-press, 2005, 536 p. 2. Gubenko S. I. Nemetallicheskie vklyucheniya i plastichnost staley. Fizicheskie osnovyi plastichnosti staley, Saarbrücken: LAP LAMBERT, Palmarium academic publishing, 2016, 549 p. 3. Parusov E. V., Gubenko S. I., Syichkov A. B. Izmenenie h arakt eristik i komponentnogo sostav a nemetallicheskih vklyuch eniy na razlichnyih tehnologicheskih etapah proizvodstva buntovogo prokat a. XV-a Vseukrainskay a nau chno-praktichesk aya kon ferentsiya « Spetsialnaya metallurgiya: vchera, segodnya, zavtra» , Natsionalnyiy tehnicheskiy universitet Ukrainyi, Kievskiy politehnicheskiy institut, inzhenerno-fizich eskiy fa- kultet, 11 aprelya 2017 g., Ukraina, Kiev. Materialyi konferentsii, 2017, pp. 818-838. 4. Parusov E. V., Sichkov O. B., Sahura L. V., Chuiko I. M. Zabezpech ennya nadnizkogo vmistu sirki v protsesi pozapi chnoyi obrobki st ali, Naukovi pratsi Vinnitskogo natsionalnogo tehnichnogo universitetu, 2017, No 1, pp 1-6. http://praci.vntu.edu.ua/index.php/praci/article/view/475. 5. Yavoyskiy V. I., Rubenchik Yu.I., Olenko A.P. Nemetallicheskie vklyucheniya i svoystva stali. M. : Metallurgiya, 1980, 181-205 p. 6. Yavoyskiy V. I., Bliznyukov S. A., Vishkarev A. F., Gorohov L. S. Povedenie kisloroda i oksidnyih vklyucheniy pri kristallizatsii i posleduyuschih ohlazhdeniy stali. Stal, 1975, No 1, pp. 26  31. 7. Luzgin V. P., Bliznyukov S. A. Problema kisloroda i kachestva stali na poroge XXI veka. T rudyi Mezhdunarodnoy konferentsii, posvyaschennoy 90-letiyu V. I. Yavoyskogo, Kiev–Dneprodzerzhins, 1991, pp 59-62. 8. Kosmider G.,. Langhamer G. Yu, Abratis H. Vliyanie vduvaniya v kovsh tverdyih veschestv na ste- pen chistotyi stali po sulfidnyim i oksidnyim vklyucheniyam. Chernyie metallyi, 1979, No 22, pp. 18 – 23. 9. Volkov S. E., Volkov A. E., Zabsluev Yu. N. Nemetallicheskie vklyucheniya i defektyi v elektrosh - lakovom slitke. M. : Metallurgiya, 1979, 135 p. 10. Karuzo V., Koperchini A., Dzhianone A. Opyit primen eniya provoloki s napolnitelem iz siliko- kaltsiya dlya vnepechnoy obrabotki stali. Chernyie metallyi, 1984, No 6 – 7, pp. 39 – 45. 11. Engel G. Yu., Keler M., Flyaymer G. Udalenie primesey i z zhidkoy stali metallicheskim kaltsiem i shlakami na osnove galogenidov kaltsiya. Chernyie metallyi, 1984, No 9, pp. 23 – 30. 12. Parusov V. V. Sychkov A. B., Parusov E. V. T eoreticheskie i tekhnologicheskie osnovy proizvod- stva vysokoehffektivnyh vidov katanki. Dnepropetrovsk: ART -PRESS, 2012, 376 p. 13. Belchenko G. I., Gubenko S. I. Nemetallicheskie vklyucheniya i kachestvo stali. K. : T ehnika, 1980, p. 168. 14. Gubenko S. I. T ransform atsiya nemetallicheskih vklyucheniy v stali. M. : Metallurgiya, 1991, 225 p. 15. Gubenko S. I., Oshkaderov S. P. Nemetallicheskie vklyucheniya v stali. Kiev : Naukova dumka, 2016, 528 p. 16. Gubenko S. I., Parusov V. V. Defo rmatsiya metallicheskih materialov. Dneprop etrovsk : Art-press, 2006, 316 p. 17. Gubenko S. I. Fizika razrush eniya staley vblizi n emetallicheskih vklyuch eniy. Dneprop etrovsk : NMetAU. IT s «Sistemnyie tehnologii» , 2014, 301 p.