DOI: 10.52150/2522-9117-2026-40-031
М. Ю. Амбражей1,*, аспірант, ORCID 0000-0002-6564-4312
1 Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України
* Адреса для листування: ambrazhey@gmail.com
МЕТОДИКА ОЦІНЮВАННЯ ЕВОЛЮЦІЇ ТОНКОЇ СТРУКТУРИ НИЗЬКОВУГЛЕЦЕВОЇ СТАЛІ ПІД ЧАС ВИГОТОВЛЕННЯ СТАБІЛІЗОВАНОЇ ХОЛОДНОДЕФОРМОВАНОЇ АРМАТУРИ
Анотація. Запропоновано методику оцінювання параметрів тонкої структури низьковуглецевої сталі SAE1018 під час складної комбінованої обробки. Основним інструментом для проведення досліджень обрано метод рентгеноструктурного аналізу профілів дифракційних ліній. Виконано порівняльний аналіз двох методів розділення впливу розмірного та деформаційного ефектів на істинне фізичне уширення дифракційних максимумів. Встановлено, що класичний метод гармонічного аналізу Воррена-Авербаха має певні обмеження для сильно текстурованої сталі, що обумовлено виникненням систематичних математичних артефактів (хибне обнулення мікродеформацій) за рахунок інверсії амплітудних коефіцієнтів Фур’є. Показано, що для коректного кількісного оцінювання параметрів субструктури сталі SAE1018, яка характеризується вираженою текстурою необхідно застосовувати метод Хальдера-Вагнера, який враховує інтегральні характеристики рентгенівського профілю та виявляється значно стійкішим до впливу анізотропії структури. Автоматизацію математичної обробки масивів дифракційних даних, деконволюцію профілів за Стоксом та апроксимацію функціями Гауса та Лоренца реалізовано за допомогою розробленого авторського алгоритму мовою програмування Python з використанням бібліотек NumPy та SciPy. Досліджено та описано еволюцію тонкої структури низьковуглецевої сталі SAE1018 на різних технологічних етапах виготовлення стабілізованої холоднодеформованої арматури в мотках. Показано, що після термічного зміцнення катанки зі сталі SAE1018 формується мультифазна структура з високою густиною дислокацій на поверхні прокату та значними мікродеформаціями кристалічної ґратки в центральній частині. Встановлено, що холодна пластична деформація катанки з подальшим профілювання її поверхні призводить до зростання мікродеформацій та витягування зерен і субзерен уздовж напрямку волочіння, а фінішна стабілізуюча механоциклічна обробка ініціює різні механізми структурної релаксації за перерізом арматурного прокату. У поверхневих шарах арматури, що зазнають знакозмінної деформації з максимальною амплітудою, спостерігається зниження рівня мікродеформацій одночасно зі зменшенням розмірів областей когерентного розсіювання, що свідчить про формування субзеренної структури та перерозподіл дислокацій із внутрішніх об’ємів субзерен до їхніх меж. В осьовій зоні арматурного прокату мікродеформації залишаються достатньо високими, проте розмір блоків збільшується, що очевидно пов’язано з укрупненням субструктурних елементів унаслідок можливої коалесценції субзерен. Сукупна дія обох процесів очевидно сприяє підвищенню макроскопічної пластичності холоднодеформованої арматури та її здатності до релаксаційного перерозподілу локальних напружень завдяки збільшенню середньої довжини вільного пробігу рухливих дислокацій.
Ключові слова: низьковуглецева сталь, арматурний прокат, деформація, механічні властивості, структура, термічна обробка, охолодження, волочіння, моделювання.
Посилання для цитування: Амбражей М. Ю. Методика оцінювання еволюції тонкої структури низьковуглецевої сталі під час виготовлення стабілізованої холоднодеформованої арматури. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2026. Вип. 40. С. 525-547. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2026-40-031
References
1. Ivchenko, A. V., Ambrazhei, M. Yu., Mamaev, A. V., Gun’kin, I. A., Bashlii, I. F. Production of high-strength rolled steel for the manufacture of B500S cold-deformed periodic rebar. Steel Transl. 41, 1014–1018 (2011).
https://doi.org/10.3103/S0967091211120072
2. Gorlovsky M. B., Merkachev V. N. (1993). Spravochnik volochilshchika provoloki [Wire Drawer’s Handbook]. Metallurgiya. [In Russian].
3. Perlin I. L., Ermanok M. Z. (1971). Teoriya volocheniya [Theory of Drawing]. 2nd ed., Metallurgiya. [In Russian].
4. Bitkov V. V. (2004). Tekhnologiya i mashiny dlya proizvodstva provoloki [Technology and machines for wire production]. In-t mashinovedeniya UrO RAN. [In Russian].
5. Kireev, E. M., Shulyak, M.N. & Stolyarov, A.V. Influence of final alternating flexure on the mechanical properties of cold-drawn reinforcement. Steel Transl. 39, 270–272 (2009). https://doi.org/10.3103/S0967091209030218
6 Harris, Frank W. (1928). Distribution of tensile strength in hard drawn copper wire. AIME Technical Publication, 518–543.
7. Kruzel, R., & Suliga, M. (2013). The effect of multiple bending of wire on the residual stresses of high carbon steel wires. Metalurgija, 52(1), 93-95.
8. Kaiser, R., Hatzenbichler, T., Buchmayr, B., & Antretter, T. (2013). Simulation of the Roller Straightening Process with Respect to Residual Stresses and the Curvature Trend. Materials Science Forum, 768–769, 456–463. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.768-769.456
9. Dieter, G. E. (1988). Mechanical metallurgy (D. Bacon, ed.; SI Metric Edition). McGraw-Hill Book Company (UK) Limited.
10. Beer, F. P., Johnston, E. R., Jr., DeWolf, J. T., & Mazurek, D. F. (2015). Mechanics of materials (7th ed.). McGraw-Hill Education.
11. Instytut chornoi metalurhii NAN Ukrainy, PAT «ArselorMittal Kryvyi Rih», & Tekhnichnyi komitet 4. (2019). Prokat armaturnyi dlia zalizobetonnykh konstruktsii. Zahalni tekhnichni umovy [Reinforcing steel for concrete structures. General specifications] (DSTU 3760:2019). DP “UkrNDNTS”.
12. Williams, D. B., & Carter, C. B. (2009). Transmission Electron Microscopy. Springer US. https://doi.org/10.1007/978-0-387-76501-3
13. Ham, R. K., & Sharpe, N. G. (1961). A systematic error in the determination of dislocation densities in thin films. Philosophical Magazine, 6(69), 1193–1194. https://doi.org/10.1080/14786436108239683
14. Hull, D., & Bacon, D. J. (2011). Chapter 8 – Origin and multiplication of dislocations. Introduction to dislocations (fifth edition) (Fifth Edition, Р. 157–169). Butterworth-Heinemann. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-096672-4.00008-6
15. Ham, R. K. (1961). The determination of dislocation densities in thin films. Philosophical Magazine, 6(69), 1183–1184. https://doi.org/10.1080/14786436108239679
16. Rachinger, W. A. (1948). A Correction for the α1α2 Doublet in the Measurement of Widths of X-ray Diffraction Lines. Journal of Scientific Instruments, 25(7), 254–255. https://doi.org/10.1088/0950-7671/25/7/125
17. Wojdyr, M. (2010). Fityk: A general-purpose peak fitting program. Journal of Applied Crystallography, 43(5), 1126–1128. https://doi.org/10.1107/S0021889810030499
18. Warren, B. E., & Averbach, B. L. (1952). The Separation of Cold-Work Distortion and Particle Size Broadening in X-Ray Patterns. Journal of Applied Physics, 23(4), 497. https://doi.org/10.1063/1.1702234
19. Eastabrook, J. N., & Wilson, A. J. C. (1952). The Diffraction of X-Rays by Distorted-Crystal Aggregates III: Remarks on the Interpretation of the Fourier Coefficients. Proceedings of the Physical Society. Section B, 65(1), 67–75. https://doi.org/10.1088/0370-1301/65/1/310
20. Williamson, G. K., & Hall, W. H. (1953). X-ray line broadening from filed aluminium and wolfram. Acta Metallurgica, 1(1), 22–31. https://doi.org/10.1016/0001-6160(53)90006-6
21. Cullity, B. D., & Stock, S. R. (2001). Elements of X-ray diffraction, 3rd edition. Prentice Hall.
22. Stokes, A. R., & Wilson, A. J. C. (1942). A method of calculating the integral breadths of Debye-Scherrer lines. Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, 38(3), 313–322. https://doi.org/10.1017/S0305004100021988
23. Warren, B. E. (1990). X-ray Diffraction. Dover Publications.
24. Halder, N. C., & Wagner, C. N. J. (1966). Separation of particle size and lattice strain in integral breadth measurements. Acta Crystallographica, 20(2), 312–313. https://doi.org/10.1107/S0365110X66000628
25. Klug, H. P., & Alexander, L. E. (1974). X-ray Diffraction Procedures: For Polycrystalline and Amorphous Materials, 2nd Edition. Willey, New York, EUA.
26. Scherrer, P. (1918). Bestimmung der Grösse und der inneren Struktur von Kolloidteilchen mittels Röntgenstrahlen [Determination of the size and internal structure of colloidal particles using X-rays]. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse, 1918(2), 98–100.
27. Stokes, A. R., & Wilson, A. J. C. (1944). The diffraction of X rays by distorted crystal aggregates – I. Proceedings of the Physical Society, 56(3), 174–181. https://doi.org/10.1088/0959-5309/56/3/303
28. Suryanarayana, C., & Norton, M. G. (1998). X-Ray Diffraction. Springer US. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-0148-4
29. Williamson, G. K., & Smallman, R. E. (1956). III. Dislocation densities in some annealed and cold-worked metals from measurements on the X-ray debye-scherrer spectrum. Philosophical Magazine, 1(1), 34–46. https://doi.org/10.1080/14786435608238074
Рукопис надійшов до редакції / Received 01.04.2026
Рекомендовано до друку / Accepted 28.05.2026
Опубліковано / Published 30.05.2026
