Рентгенодифракционное исследование специальных границ листовой низкоуглеродистой стали

Кристаллографическая текстура поликристаллических тел и связанная с ней анизотропия физико-механических свойств является одним из важнейших объектов современного материаловедения. Это внимание продиктовано стремлением исследователей разработать технологические схемы производства промышленных материалов с уровнями физико-механических свойств, удовлетворяющими требования различных потребителей. Помимо создания экономически эффективных текстурованных материалов с теорией и практикой кристаллографической текстуры непосредственно связаны проблемы кристаллизации, фазовых превращений, окисления, эпитаксии, физики тонких плёнок и практически все направления металлофизических поисков. Несмотря на обилие многочисленных экспериментальных данных о текстурах поликристаллических материалов, скрытый потенциал улучшения их свойств и возможности управления процессами текстурообразования далеко не исчерпаны. Различные конструкционные материалы представляют собой поликристаллы, в которых наряду с трёхмерными объектами — зёрнами неотъемлемой частью структуры являются условно двухмерные образования — болыпеугловые границы зёрен (БУГ). Будучи внутренними поверхностями раздела, БУГ не только предопределяют размеры зёрен, активно участвуют в сложном механизме структуро-фазообразовании, но также играют решающую роль в интегрированных уровнях физико-механических свойств поликристаллических твёрдых тел.

Имеется несколько причин создавшегося в науке о поликристаллических телах и технологии производства материалов положения. Среди них существенны: чрезвычайное обилие факторов, влияющих на образование текстуры, трудности, связанные с необходимостью осмысления огромного информационного материала, субъективизм исследователей в интерпретации полюсных фигур, формализм отдельных гипотез, низкая производительность экспериментальных методов изучения спектра пространственного распределения границ зёрен в реальных поликристаллах. Все существующие объяснения закономерностей текстурообразования не могут быть обобщены на единой основе и, как правило, носят феноменологический характер, либо представляют собой попытки гипотез, ни одна из которых не в состоянии охватить полную картину происходящих в поликристаллах процессов (гипотезы вынужденной деформации, неоктаэдрического, поперечного скольжения, произвол в выборе величин обратной плотности совпадающих узлов? < 1тах, выше которых граница не считается специальной и т. д.). В физике границ бесспорно, достигнуты выдаю? щиеся результаты, однако остаётся ещё и множество «чёрных дыр», требующих пристального внимания. Помимо актуальной задачи накопления экспериментальных данных, которые при существующих методах и темпах исследования могут продолжаться неопределённо долгое время, на первый план выдвигается задача разработки быстрых и эффективных методов дифракционных исследований внутренних поверхностей раздела, изучение законов построения спектров границ зёрен и синтез свойств поликристаллов по свойствам как индивидуальных границ, так и свойствам всего ансамбля.

Текстурообразование нельзя рассматривать в отрыве от структурных, в частности от дислокационных механизмов и преобразований на границах зёрен. В последние годы физическая интерпретация пластической деформации, рекристаллизации, фазовых превращений и других явлений в металлах и сплавах была существенно расширена и уточнена. Однако ещё нет повода для утверждения, что современные знания поликристаллического тела привели к радикальным улучшениям свойств материалов. Большая часть важных усовершенствований твёрдых тел была выполнена традиционными эмпирическими методами, в то время как роль теоретических и дифракционных методов сводилась к объяснению того, почему и как эти улучшения были возможны. При этом почти каждое эмпирическое исследование приводило к появлению нового набора экспериментальных результатов. Эти результаты, как правило, пытаются объяснить различными механизмами, которые специально подбираются для каждого конкретного случая и не могут быть обобщены для прогноза поведения материала и его свойств в диапазоне реализуемых на практике вариаций технологических режимов, .особенно в многоэтапной технологии металлургического производства. Очевидно, материаловеды стоят перед острой необходимостью разработки новых тождественных теорий кристаллографической текстуры, кристаллогеометрического анализа межкристаллитных границ в твёрдых телах, взаимодействия границ зёрен с решёточными дефектами, теорий, выходящих за рамки традиционных подходов и дающих адекватные решения проблемы структурных превращений, приемлемые для практического использования технологами.

Зернограничные процессы зависят от кристаллогеометрии границ, именно по этой причине металловеды проявляют большой интерес к проблемам кристаллогеометрического анализа межкристаллитных границ и к разным экспериментальным методам их исследования: металлографическим, рентгенографическим, электронно-микроскопическим. Следует признать, что созданные к настоящему времени методы не только трудоёмки и академичны, но и не могут быть использованы в материаловедческих исследованиях в заводских лабораториях, что существенно сдерживает широкое применение непосредственно на предприятиях — производителях металлов и сплавов. Цель настоящей работы — восполнить этот пробел.

В диссертационной работе изложены теоретические основы кристаллогеометрическо-го анализа специальных границ зёрен поликристаллов и нового метода реперной дифракции ансамблей решёток совпадающих узлов (РСУ) на специальных границах зёрен, принадлежащим главным компонентам текстуры поликристалла, с использованием всего спектра рентгеновского излучения, описаны экспериментальные и вычислительные особенности реализации метода реперной дифракции применительно к РСУ тетрагональной, ромбической и гексагональной симметрии, показана возможность определения точных ориента-ций пар зёрен, образующих спецграницы, приведены примеры практического использования этих методов в исследованиях и разработке технологий стального металлопроката: ди-намной стали и стали для глубокой вытяжки с высоким комплексом физико-механических свойств.

8. Результаты исследования текстуры зёрен и границ металлопроката использованы при разработке и совершенствовании технологии:

• стали для глубокой вытяжки марок 08Ю и 08ФЮП категории ВОСВ (режимы горячей прокатки и суммарных обжатий при холодной прокатке, дрессировки, микролегирование фосфором);

• изотропной электротехнической стали марки 2214 (микролегированной фосфором, непрерывный рекристаллизационный отжиг).