Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Національна академія наук України
Інститут чорної металургїі ім.З.І.Некрасова
УДК 621.771.23/24:669.14.018.8
МОЛЧАНОВ Володимир Анатолійович
ОСОБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ ТА ВЛАСТИВОСТЕЙ КОМПОЗИТНОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТУ З ВИСОКОХРОМИСТОЇ СТАЛІ
Спеціальність 05.16.01 “Металознавство та термічна
обробка металів”
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Дніпропетровськ – 1999 р.
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Інституті чорної металургії ім.З.І.Некрасова Національної академії наук України
Науковий керівник – доктор технічних наук
ЛЕВЧЕНКО Геннадій Васильович,
Інститут чорної металургії ім.З.І.Некрасова
Національної академії наук України, завідуючий відділом
Офіційні опоненти:
Доктор технічних наук, професор СПИРИДОНОВА Ірина Михайлівна,
Дніпропетровський Державний університет, професор кафедри металофізики
Кандидат технічних наук ВАХРУШЕВА Віра Сергіївна,
Державний трубний інститут Міністерства промислової політики України, завідуюча відділом матеріалознавства та термічної обробки металів
Провідна установа: Державна металургійна Академія України, м.Дніпропетровськ
Захист відбудеться “21”__травня_1999 р. о_14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 08.231.01 в Інституті чорної металургії
ім.З.І.Некрасова НАН України за адресою: 320050, м.Дніпропетровськ, пл.Академіка Стародубова, 1.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту чорної металургії НАН України (320050, м.Дніпропетровськ, пл.Академіка Стародубова,1).
Автореферат розісланий “ 31”_березня 1999 р.
Вчений секретар Г.В.Левченко
спеціалізованої вченої ради
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Створення нових видів нержавіючого прокату з менш легованих і, відповідно, більш дешевих сталей, при досягненні потрібних властивостей є важливою задачею чорної металургії України. Одним з перспективних напрямків її вирішення є освоєння промислового виробництва листового композитного прокату з нержавіючої хромистої сталі.
Інститутом чорної металургії НАН України разом з металургійними підприємствами “Дніпроспецсталь” та “Запоріжсталь” розроблено спосіб одержання композитного зливка, зі зниженим вмістом дефіцитних легуючих елементів у внутрішній зоні, шляхом послідовного розливання в одну виливницю сталей різного складу . Застосування цього способу дозволяє знизити на 10–15 % собівартість листового прокату з нержавіючих сталей.
Незважаючи на перспективність питання виробництва такого композитного прокату, оцінювання його якості та можливих галузей використання вивчено недостатньо.
В зв`язку з цим, дослідження особливостей процесів структуроутворення та формування властивостей у нержавіючому прокаті, який отримано з композитної сталі, а також розробка рекомендацій щодо складу та технологічних параметрів виробництва композитного листового прокату різного призначення являють собою актуальну задачу, яка має наукове та практичне значення.
Зв`язок роботи з науковими програмами і планами. Робота виконувалась відповідно з планами науково–дослідних робіт НАН та Мінпрому України: “Дослідження процесів структуроутворення та фазових перетворень багатошарових сталей та сплавів при формуванні їх з рідких розплавів”, “Розробка корозійностійких економнолегованих багатошарових сталей з поліпшеним комплексом властивостей для вагонів різного призначення”, “Дослідження впливу параметрів багатошарових зливків із композицій високохромистих сталей та режимів термообробки на фізико–механічні властивості прокату”, “Дослідження, розробка дослідно–промислової технології виробництва електрозварних труб із багатошарової сталі ДІ–117 та їх комплексу фізико–механічних властивостей”.
Мета і задачі дослідження. Вивчення особливостей формування структури та властивостей композитного листового прокату із високохромистої сталі. Оптимізація на цій основі технологічних параметрів виробництва гаряче– та холоднокатаного листового композитного прокату різного призначення.
Наукова новизна. Встановлено, що у внутрішній зоні гарячекатаного та холоднокатаного композитного прокату з високохромистої сталі залежно від вмісту вуглецю формується однофазна феритна (С 0,09 %), або двофазна ферито–мартенситна (С 0,09 %) структура.
Показано, що співвідношення легуючих елементів (Cr, Mn, Si, Ti та інші), яке одержано у внутрішній зоні композитного прокату, при вмісті вуглецю від 0,08 до 0,14 % збільшує ступінь “виклинювання” –області, при цьому лінії фазової рівноваги зміщені праворуч порівняно з відомою діаграмою Fe – 12 % Cr–C.
Виявлено, що формування “смугастості” в двофазній внутрішній зоні композиту зв’язано зі спадковим проявленням хімічної мікронеоднорідності, властивої литому стану.
Показано, що зерно фериту внутрішньої зони композитного прокату менше схильне до зростання під час нагрівання, ніж зерно фериту поверхневої зони. Загальна тенденція до зростання зерна при нагріванні приводить до зниження міцностних характеристик та відносного здовження в інтервалі температур 950–1150 0С для обох варіантів композитної сталі.
Встановлено, що висока пластичність термообробленої холоднокатаної композитної сталі та її витяжні властивості на рівні категорії СВ забезпечуються формуванням у внутрішній зоні однофазної структури фериту з низьким ступенем дефектності та текстурою, що характеризується перевагою орієнтацій октаедричного типу. Підвищені міцностні та витяжні властивості на рівні категорії ВГ забезпечуються формуванням у внутрішній зоні композитного прокату двохфазної ферито–мартенситної структури.
Практичне значення одержаних результатів полягає в їх використанні:
– при виробництві на металургійних підприємствах “Дніпроспецсталь” та “Запоріжсталь” промислових партій трьохшарового листового прокату із високохромистої нержавіючої сталі з подальшим виготовленням деталей системи відведення відпрацьованих газів автомобілей “ВАЗ”, а також електрозварних труб Новомосковського трубного заводу;
– при розробці технічних умов на прокат холоднокатаний трьохшаровий з корозійностійкими поверхневими шарами ТУУ 322–004–377–95.
Особистий внесок здобувача. Здобувачем досліджені особливості формування структури та властивостей композитного прокату з високохромистої сталі в області температур гарячої деформації. Встановлені закономірності впливу хімічного складу та структури гаряче– та холоднокатаного композитного прокату на його властивості. Рекомендовані режими термічної обробки гаряче– та холоднокатаного композитного прокату. Досліджено вплив структури і текстури зовнішньої та внутрішньої зон композитного холоднокатаного листового прокату з високохромистої сталі на штампованість. Сформульовані висновки і дані рекомендації щодо використання гаряче– та холоднокатаного листового композитного прокату. Проведено дослідне випробування в промислових умовах.
В дисертації не використані ідеї та розробки співавторів, які викладені в спільно опублікованих роботах.
Особистий внесок здобувача в опубліковані в співавторстві роботи (у порядку, приведеному в списку опублікованих робіт):
1 – аналіз літератури, формулювання висновків;
2 – аналіз літератури, проведення експериментів, аналіз результатів;
3 – 6 – планування та проведення експериментів, металографічні дослідження, аналіз одержаних даних, формулювання висновків.
Апробація і публікація результатів роботи. Результати дисертації доповідались та обговорювались на конференції “Ресурсо–, енергозберігаючі та екологічно чисті технології у виробництві деталей з композиційних матеріалів”, 1996 р., на 1У Міжнародній науково–методичній конференції “Будівельні матеріали та будівельні конструкції”, 1996 р.; на Міжнародній конференції “Проблеми сучасного матеріалознавства”, 1997 р., на наукових семінарах відділів металознавства та термічної обробки сталі ІЧМ. За темою дисертації опубліковано 6 статей в науково–технічних журналах.
Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 6 розділів, висновків, бібліографічного списку, додатків. Повний обсяг дисертації – сторінок. Дисертація вміщує рисунків,
таблиць, додатків, переліку використаних літературних
джерел із найменувань.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Літературний огляд.
На основі огляду вітчизняної та зарубіжної літератури, а також виробничого досвіду обгрунтовано актуальність проблеми створення технології виробництва композитного листового прокату з хромистих сталей феритного класу, які характеризуються високою корозійно– та жаростійкістю при зниженому вмісті дорогих легуючих елементів.
Враховуючи спрямованість роботи, розглянуто твердофазні, рідкофазні та інші способи одержання композитного прокату, в тому числі наплавленням, дифузійним зварюванням, напиленням. Більшість методів характеризуються такими недоліками, як неоднорідність складу, наявність включень у проміжному шарі, порушення суцільності та чистоти поверхні. Виробництво металовиробів цими способами потребує значних матеріальних та енергетичних витрат.
В меншій мірі ці недоліки властиві одному з різновидів рідкофазного способу – послідовному розливанню в одну виливницю металевих розплавів, які формують композитну сталь. Цей спосіб випробувано при виробництві сортового та листового прокату .
В зв’язку з особливостями формування внутрішньої зони зливка спосіб, що розглядається, найбільш ефективно може використовуватись при виробництві композитного прокату з дорогих легованих сталей, зокрема, нержавіючих. Однак, для його широкого промислового вживання, проблема забезпечення якості виробленого прокату ще недостатньо вивчена.
Дослідження особливостей структуроутворення і формування комплексу властивостей композитного листового прокату з нержавіючої сталі, яка умовно позначена як ДІ–117, та розробка на цій основі оптимальних технологічних режимів його виробництва є основними задачами дисертаційної роботи.
Матеріали та методика досліджень.
Для дослідження використовувався трьохшаровий листовий прокат завтовшки 3,8–4,0 мм та 1,0–2,0 мм, одержаний із дослідно–промислових партій композитних зливків, виготовлених на заводі “Дніпроспецсталь” за новою технологією. Зливки масою 11,8–14,7 т отримано шляхом послідовного розливання двох марок сталі у виливниці з прибутковими надставками. Як основний метал використовувалась корозійностійка сталь марки 08Х18Т1, а наповнювачем були маловуглецева сталь (типу 08пс) або низьколегована (15ХГ).
Визначено пошарово хімічний склад дослідного композитного прокату, який варіювався (мас.%): - в поверхневій зоні 0,07–0,08 C; 0,18–0,80 Mn; 0,31–0,80 Si; 17,0–18,4 Cr; 0,53–0,76 Ti; 0,35–0,60 Ni;у внутрішній зоні – 0,08–0,14 C; 0,22–0,56 Mn; 0,34–0,68 Si; 11,0–16,2 Cr; 0,26–0,68 Ti; 0,25–0,60 Ni.
Зразки для дослідження відбиралися від гаряче– та холоднокатаного листа в трьох точках – на краю, на 1/4 ширини листа та в середині, з послідовним пошаровим хімічним аналізом, вивченням мікроструктури та розміщення шарів по перерізу.
Пошаровий хімічний аналіз проводили за допомогою спектрографа ІСП–30 та газоаналізатора СS 244 фірми “LECO”.
Дослідження мікроструктури металу здійснювали методом світової мікроскопії на мікроскопі “NЕOPHOT” при збільшенні від 100 до 500 разів. Мікроструктуру виявляли при травленні шліфів у реактиві Куррана.
Аналіз розподілу характеристичного К–випромінювання елементів по перерізу прокату та між фазами проведено за допомогою мікрорентгеноспектрального методу на установках MS–46 “КАМЕКА” та “КАМЕБАКС”.
Визначення змінювання періоду гратки фериту за зонами досліджуваної сталі здійснювали рентгеноструктурним методом на діфрактометрі ДРОН–2,0 у монохромотизованому мідному випромінюванні.
Аналіз текстури з метою оцінки здатності до витягування при штампуванні листової холоднокатаної композитної сталі проводили на рентгенівському діфрактометрі ДРОН–УМ1 методом зворотних полюсних фігур (ЗПФ).
Природу зміцнюючої структурної складової внутрішньої зони прокату та дислокаційної структури фериту вивчали на фольгах з використанням електронного просвічуючого мікроскопу УЕМВ–100А.
Витяжні властивості листового холоднокатаного прокату оцінювали шляхом граничного витягування циліндричних ковпачків на приладі конструкції ЦНДІВМаш за методикою “АвтоЗАЗ”, яка представляє одну з модифікацій методу Свіфта.
Дослідження характеру розподілу хімічних елементів та структурних складових у композитному листовому прокаті
Нині композитний прокат, отриманий способом послідовного розливання, не знайшов широкого вживання в масовому виробництві головним чином через відсутність систематичних даних, які характеризують стабільність показників його структури та якості. В зв’язку з цим, основною задачею цієї роботи є проведення досліджень, спрямованих на одержання таких даних.
Вивчено зразки холоднокатаного композитного прокату, виробленого за прийнятою технологічною схемою прокатки та термообробки нержавіючої сталі 08Х18Т1.
Проведено металографічний аналіз зразків композитного холоднокатаного прокату завтовшки 1,0–2,0 мм, виявлена чітко виражена зональна структура, яка складається з трьох зон – двох поверхневих та внутрішньої. Товщина поверхневої зони плакируючого шару знаходиться в межах 120–200 мкм, що дорівнює 12–20 % від товщини прокату.
Виявлено, що хімічний склад сталі поверхневих та внутрішньої зон за довжиною штаби є рівномірний. За допомогою мікрорентгеноспектрального методу вивчено розподіл елементів по перерізу зразків холоднокатаного прокату. Одержані дані свідчать про зональну однорідність хімічного складу листового композитного прокату в межах кожної окремої зони.
Виявлено, що при переході від поверхневих зон до внутрішньої спостерігається стрибкоподібне змінювання концентрації Cr, Si,Ti.Це, певно, пояснюється особливою специфікою технології послідовного розливання, яка пов’язана з ефектом “зупинки” процесу кристалізації внутрішнього об’єму виливка хромистої сталі в період “перемішування” та вирівнювання хімічного складу вихідного та долитого розплавів. У перехідній зоні будь–які включення чи структурні аномалії відсутні, що слід віднести до позитивних якостей способу отримання композитного прокату, який використовується.
Показано, що незалежно від складу сталі, яку доливають, вміст хімічних елементів поверхневих зон композитного прокату відповідає сталі марки 08Х18Т1. В той же час, хімічний склад внутрішньої зони змінюється, головним чином, за вуглецем (від 0,08 до 0,14 %) та хрому (від 11,0 до 16,2 %).
Виявлено, що мікроструктура поверхневих зон (сталь марки 08Х18Т1) однофазна – зеренний ферит. Щодо внутрішньої зони, то при її формуванні, залежно від складу, можливо утворення двох варіантів стурктури: однофазної феритної (1 варіант) або двофазної (II варіант), яка удає собою смуги феритної та ідентифікованої надалі як мартенситної складової , що чергуються та витягнуті уздовж напряму прокатки (рис.1).
Вплив фазово–структурних перетворень на механічні властивості гарячедеформованої сталі
З метою дослідження впливу хімічного складу внутрішньої зони композитного прокату на характер фазово–структурних перетворень в умовах гарячої деформації проведено експерименти, які включають нагрів до температур 750–1200 0С та подальше гартування зразків
Рис.1. Мікроструктура холоднокатаного композитного прокату з
однофазною (а) і двофазною (б) структурою внутрішньої
зони, х500
композитного прокату двох варіантів з різним вмістом у внутрішній зоні вуглецю (від 0,08 до 0,14 %) і хрому (від 11,0 до 14,7 %).
Зпівставлення ліній фазової рівноваги у відомій системі Fe–(12 % Cr)–C з експериментальними показує зміщення останніх праворуч, що свідчить про збільшення “виклинювання” –області на діаграмі та пояснюється впливом фактично одержаного співвідношення легуючих елементів у внутрішній зоні композитної сталі.
Експериментально встановлено, що однофазність внутрішньої зони зразків спостерігається при вмісті вуглецю до 0,09 % включно. При подальшому його збільшенні вивчаємий композитний прокат, що вивчається, у відповідних температурних інтервалах характеризується двофазною ферито–аустенітною структурою внутрішньої зони.
З метою вивчення формування структури внутрішньої двофазної зони та її впливу на механічні властивості композитного прокату в цілому проведено експерименти, які включають високотемпературну (1000 0С) витримку на протязі 4–20 хв. зразків композитного прокату з сталі ДІ–117 із вмістом вуглецю у внутрішній зоні від 0,10 до 0,14 % з наступним охолодженням на повітрі.
Методом растрової електронної мікроскопії визначено, що фази, які складають внутрішню двофазову зону зразків після високотемпературної витримки, можна класифікувати як ферит та мартенсит.
Дослідження розподілу елементів між фазами, яке проведено за допомогою мікрорентгеноспектрального аналізу, показало, що збільшення тривалості високотемпературної витримки в –області приводить до ефекту дифузійно–контрольованого перерозподілу вуглецю та хрому між феритом та аустенітом з успадкуванням характерного для вилитої структури типу розподілу (концентраційні відмінності осьових та міждендритних зон), внаслідок чого ферит та аустеніт (мартенсит після охолодження з –області) формуються у вигляді смуг, які чергуються та витягнуті вздовж напрямку прокатування.
Встановлено, що при підвищенні тривалості витримки з 1 хв./1 мм до 5 хв./1 мм товщини прокату досягаються умови для більш рівноважного формування кінцевої структури внутрішньої двофазної зони. Показано, що збільшення витримки в дослідному діапазоні призводить до збільшення частки аустеніту (мартенситу) VM від 45 до 62 % (C – 0,10 %) та від 0,66 до 78 % (С – 0,14 %).
Показано, що збільшення VM у внутрішній зоні в межах одного складу призводить до підвищення міцностних властивостей та зниження пластичності композитного прокату.
З метою оптимізації режиму нагріву та гарячої деформації сталі проведено дослідження впливу хімічного складу внутрішньої зони на характер формування зеренної структури та механічних властивостей металу при високих температурах.
Відомо, що на якість та технологійність при прокатуванні феритних хромистих сталей негативно впливає здатність цих сталей до надмірного зростання зерна при високих температурах, причому одержана в процесі високотемпературної деформації грубозернистість
важко виправна при подальшій термообробці. Враховуючи важливість проблеми, в роботі вивчено вплив температури (800–1100 0С) на розмір феритного зерна в зонах композитної сталі. Виявлено, що на трансформацію зеренної структури поверхневої зони фазовий склад внутрішньої зони не виявляє помітного впливу – температурна залежність зростання зерна фериту виявляється у монотонному збільшенні середнього розміру зерна в межах 40 - 85 мкм в процесі нагріву від 800 до 950 0С та інтенсивному, стрибкоподібному зростанні до 115–160 мкм при подальшому нагріванні понад 950 0С, що, певно пояснюється розчиненням бар’єрних часток, які гальмують рекристалізацію. Феритне зерно внутрішньої зони композитної сталі першого варіанту, на відміну від поверхневої зони, менш підвладне високотемпературному зростанню – середній розмір зерен у зразках, які нагріті до 800 0С та понад 950 0С становить 25-30 мкм та 55–115 мкм, відповідно. Враховуючи наведені дані, при оптимізації температурного режиму нагрівання та деформації композитної сталі, треба керуватися, насамперед, особливостями структуроутворення поверхневого шару, в якому зерна фериту найбільш підвладні зростанню.
Випробування високотемпературної деформації зразків композитного прокату I та II варіантів показали монотоннне зниження як міцностних, так і пластичних властивостей сталі при підвищенні температури від 950 до 1150 0С. Більш високий рівень показників міцності характерний для сталі другого варіанту, яка має двофазну внутрішню зону. Дослідження показали, що в інтервалі температур 950–1050 0С композитна сталь обох варіантів має більший запас пластичності порівняно зі сталлю марки 08Х18Т1. Результати досліджень показали, що з метою запобігання надмірного зростання зерна поверхневої зони композитного прокату доцільно забезпечувати зниження температури нагрівання та гарячої деформації Ткп = 760 –
-780 0С на неперервному тонколистовому стані (НТЛС–1680) МК “Запоріжсталь”.
Виявлено, що композитний прокат після гарячого прокатування має нестабільні механічні властивості та низький рівень ударної в’язкості (КСU–40 = 26–44 Дж/см2). В зв’язку з цим проведено дослідження по вибору оптимальної стабілізуючої термообробки гарячекатаного композитного прокату.
Результати проведених досліджень впливу різних параметрів термічної обробки на структуру та властивості гарячекатаної композитної сталі показали, що як стабілізуючу термообробку можна рекомендувати пом’якшуюче нагрівання від температури 850 0С, достатнє для забезпечення стабільного рівня механічних властивостей та ударної в’язкості (в = 510–540 Н/мм2, 5 = 26–28 %, КСU–40 40 Дж/см2 та в = 620–720 Н/мм2 , 5 = 20–22 %, КСU–40 100 Дж/см2 ) для композитної сталі відповідно з одно– та двофазною внутрішньою зоною. Гарячекатаний композитний прокат із двофазною внутрішньою зоною, що має більш високі міцностні властивості та ударну в’язкість, доцільно використовувати як конструкційний матеріал для зниження металоємкості виробів.
Особливості структури та механічних властивостей
холоднокатаного композитного прокату
В роботі вивчено вплив гартування від різних температур холоднокатаного композитного прокату на його структуру та рівень механічних властивостей.
Одержані результати дозволили рекомендувати для холоднокатаного композитного прокату обох варіантів оптимальну температуру гартування – 950 0С. При цьому забезпечується зняття наклепу після холодної деформації шляхом рекристалізації, запобігання, виділення часток карбідів та карбонітрідів по границях феритних зерен, що призводить до крихкості сталі, а також здобуття оптимальної кількості зміцнюючої фази у композитному прокаті з двофазною структурою внутрішньої зони.
З метою виявлення особливостей мікроструктури внутрішньої зони після термообробки, яка рекомендується, проведено дослідження за допомогою трансмісійної електронної мікроскопії. Показано, що для однофазної внутрішньої зони сталі характерна рівномірна структура з полігональною будовою –фази та невисокою щільністю дислокацій – 2 х 109 см–2. В дифракційній лінії присутні Кикучі–лінії, які свідчать про порівняно високу досконалість кристалічної будови фериту. Визначено, що міжзеренні границі грубі, з високою взаємною розорієнтацією, не містять яких небудь виділень, субзеренні границі спостерігаються рідко.
Структура феритної складової внутрішньої зони двофазної будови, за даними електронної мікроскопії, ідентична тій, що описана вище для однофазного стану, включно Кикучі–лінії. Щільність дислокації в фериті двофазної структури трохи вища – 5 х 109 см–2. Друга складова фаза має, як встановлено, структуру, що характерна для мартенситу з високою щільністю дислокацій – 1011 х 1012 см–2. Визначені в даних зразках дифракційні картини від стичних мартенситних пластин – типові для мартенситної структури, в якій сусідні елементи будови орієнтовані різними варіантами співвідношення Курдюмова – Закса [111]// [100] та [110] // [111].
В цілому структура мартенситу реєчна. Виявлено такі елементи тонкої будови мартенситу, як “двійники”, які характерні для мартенситу загартованих середньовуглецевих сталей з вмістом вуглецю 0,4–0,6 %.
Дані, які отримано електронномікроскопічним методом, підтверджують визначающий вплив структури внутрішньої зони на механічні властивості композитного прокату в цілому. Так, для прокату з однофазною структурою внутрішньої зони (С 0,09 %) характерні більш високі показники пластичності – 40–47 % та міцність на рівні 460–480 Н/мм2, а з двофазною ферито–мартенситною структурою цієї зони – знижена пластичність – 24–28 % та підвищені міцностні властивості – 550–650 Н/мм2.
Одержані результати свідчать про можливість досягнення механічних властивостей композитного холоднокатаного прокату, відповідно вимогам споживача, шляхом регулювання хімічного складу і, відповідно, структури внутрішньої зони металу.
В роботі проведені дослідження, які визначають здатність холоднокатаного листового прокату з композитної сталі до складного витягування при штампуванні та можливість заміни ним сталі марки 08Х18Т1.
Вивчено витяжні властивості та текстурні показники здібності до штампування, які визначають здатність до холодного штампування композитного прокату, порівняно з нержавіючою сталлю 08Х18Т1.
Визначено, що значення коефіцієнту витягування за Свіфтом Кс для композитного прокату з однофазною внутрішньою зоною достатньо високі (табл.1) і, на відміну від зразків з двофазною внутрішньою зоною, знаходяться на рівні категорії витягування ОСВ за ГОСТ 9045 для прокату з маловуглецевої сталі марки 08Ю.
В роботі визначені значення коефіцієнта нормальної пластичної анізотропії R (показник Ленкфорда), який залежить від текстури сталі. Використовувана кореляційна залежність між коефіцієнтом R та текстурними показниками здатності до штампування за Халтгреном (R) та Райтом (Н), які враховують співвідношення сприятливих та несприятливих компонентів текстури для витягування при штампуванні.
Дослідження текстури за допомогою ЗПФ показали, що для холоднокатаного прокату із сталі ДІ–117 з однофазною структурою внутрішньої зони, як і для сталі 08Х18Т1, характерна більш висока полюсна щільність сприятливих компонентів та показників штампування R і Н порівняно зі сталлю ДІ–117 з двофазною внутрішньою зоною (табл.1).
Таблиця 1
Витяжні властивості та текстурні показники здатності до
штампування холоднокатаного прокату товщиною 1,2 мм
|
Марка |
Коефіцієнт витягання |
Текстурні показники штампування |
||
|
сталі |
за Свіфтом, мм |
місце знімання |
за Халтгреном,R |
за Райтом, H |
|
08Х18Т1 |
2,22 |
поверхня центр |
1,26 1,44 |
3,76 5,46 |
|
ДІ–117 (однофазна внутрішня зона) |
2,22 |
поверхня центр |
1,30 1,56 |
3,35 8,23 |
|
ДІ–117 (двофазна внутрішня зона) |
2,10 |
поверхня центр |
1,41 1,41 |
3,81 2,81 |
Таким чином, холоднокатаний композитний прокат із сталі ДІ–117 з однофазною структурою внутрішньої зони може використовуватись для виготовлення деталей складного витягування (категорії СВ за ГОСТ 9045), а з двофазною структурою внутрішньої зони – для нескладних для витягування виробів (категорія ВГ за ГОСТ 9045), металоємкість яких может бути знижена на 12–15% за рахунок його підвищеної міцності.
Промислове випробування та впровадження результатів роботи*
Результати теоретичних та експериментальних досліджень, проведених в даній роботі, використано при розробці технічних умов ТУ У 322–004–377–95 “Прокат холоднокатаний трьохшаровий з корозійностійкими поверхневими шарами”.
В умовах заводу “Дніпроспецсталь” методом послідовного розливання були одержані композитні зливки із сталі ДІ–117, з яких на МК “Запоріжсталь” вироблені промислові партії листового гарячекатаного прокату.
На Новомосковському трубному заводі з композитного холоднокатаного прокату вироблено експериментальну партію електрозварних труб розміром 33х1,2 мм. Оцінка якості отриманих електрозварних труб показала, що за механічними властивостями, зварюваністю та корозійною стійкістю вони повністю відповідають вимогам, які пред’являються до властивостей електрозварних труб із сталі 08Х18Т1 для автомобільної та харчової промисловості.
На ВАЗі із холоднокатаного композитного прокату завтовшки 1,0–1,2 мм вироблено промислові партії деталей системи вихлопу. Випробовування показали високу корозійну стійкість, жаростійкість, задовільну зварюваність і підвищену технологійність композитного прокату. Показано доцільність використання гарячекатаного композитного прокату із сталі ДІ–117 з двофазною внутрішньою зоною, зокрема, для обшивки вагонів–мінераловозів.
Застосування технології послідовного розливання при виготовлені композитних зливків забезпечує економію до 2–7 % хрому та знижує на 10–15 % собівартість виготовлення з них композитного прокату і, відповідно, готових виробів.
ВИСНОВКИ
1. В науковій літературі достатньо повно вивчені структура, фазові перетворення та механічні властивості корозійностійких хромистих сталей. Обгрунтована перспективність більш широкого використання економнолегованих хромистих сталей феритного класу. В той же час інформація про особливості структуроутворення, фазові перетворення та механічні властивості листового композитного прокату з корозійностійкими шарами з хромистої сталі феритного класу обмежена.
2. Вивчені особливості розподілу хімічних елементів та будови трьохшарового листового прокату, виробленого зі зливків, отриманих методом послідовного розливання нержавіючої високохромистої сталі феритного класу та вуглецевої, або низьколегованої в одну виливницю. Встановлено чітко виявлену зональність структури по перерізу прокату при змінюванні товщини поверхневої зони в межах 120–200 мкм.
Розміри перехідної зони незначні – 10–20 мкм, для неї характерна відсутність включень та вторинних фаз.
3. Методом мікрорентгеноспектрального аналізу виявлено рівномірний розподіл хімічних елементів по перерізу прокату в межах поверхневої та внутрішньої зон, та стрибкоподібний – у вузькому перехідному шарі між ними. По хімічному та фазовому складу поверхнева зона відповідає феритній сталі 08Х18Т1, а склад внутрішньої зони, незалежно від марки сталі, яка доливається, відрізняється зміненням вмісту вуглецю – 0,08–0,14 % та хрому – 11,0–16,2 % при незначному змінюванні вмісту інших елементів.
4. Встановлено, що структура поверхневої зони гаряче–та холоднокатаного композитного прокату є однофазною (зеренний ферит). Структура внутрішньої зони, залежно від вмісту вуглецю, може бути однофазною феритною (С 0,09 %), або двофазною ферито–мартенситною (С 0,09 %).
5. В результаті дослідження фазового складу композитного прокату в інтервалі температур 750 – 1200 0С, проведеного методом гартування, виявлено, що компоновка легуючих елементів, яка характерна для внутрішньої зони, при вмісті вуглецю від 0,08 до 0,14 % зменшує ступінь “виклинювання” –області, і лінії фазових рівноваг зміщуються праворуч порівняно з відомою діаграмою для чистих Fe–(12 % Cr)–C сплавів.
6. Показано, що зерно фериту поверхневої зони композитної сталі, більше зазнає зростання, ніж зерно фериту внутрішньої зони, тому температурні режими нагрівання та гарячої деформації трьохшарового прокату повинні визначатися насамперед з урахуванням структуроутворення в поверхневій зоні.
7. Проведені випробування високотемпературної деформації зразків гарячекатаного композитного прокату з одно– та двофазною структурою внутрішньої зони показали монотонне зниження як його міцностних, так і пластичних властивостей при підвищенні температури від 950 до 1150 0С. Більш високий рівень показників міцностних властивостей характерний для прокату, який має двофазну структуру внутрішньої зони.
8. Показана доцільність зниження температури нагріву слябів з композитної сталі ДІ–117 та температури їх гарячої деформації на НТЛС з метою забезпечення економії енергоресурсів при збереженні показників якості.
9. Стабілізуючою термообробкою гарячекатаного композитного прокату рекомендовано пом’якшуючий нагрів до температури 850 0С, з послідовним охолодженням водою, як такий, що забезпечує достатній рівень механічних властивостей та ударної в’язкості.
10. Остаточною термообробкою холоднокатаного композитного прокату рекомендовано загартування у воді з температурою нагріву 950 0С, яке забезпечує рекристалізацію феритного зерна, запобігання виділення крихких фаз по границях зерен та одержання оптимальної кількості зміцнюючої фази в композитному прокаті з двофазною структурою внутрішньої зони.
11. Методом трансмісійної електронної мікроскопії виявлено, що у холоднокатаній композитній сталі після термообробки, що рекомендується ферит однофазної внутрішньої зони характеризується низькою щільністю дислокацій. У фериті двофазної внутрішньої зони щільність дислокацій вища, а зміцнююча фаза являє собою, здебільшого, рейковий мартенсит. Кристали гольчастого мартенситу, які спостерігаються на окремих ділянках, очевидно, з підвищеним вмістом вуглецю, мають двійникову будову.
12. Показано, що більш сприятливі для витягування текстуру та текстурні показники здатності до штампування має композитна сталь з однофазною структурою внутрішньої зони. Рекомендовано використовувати холоднокатаний композитний прокат з однофазною структурою внутрішньої зони для виготовлення деталей категорії витягування СВ методом холодного штампування. Той же прокат з двофазною структурою внутрішньої зони можна рекомендувати для використання при штампуванні нескладних для витягування виробів зі зменшенням маси деталей за рахунок його підвищених міцностних властивостей.
13. На підставі проведених досліджень виявлені особливості впливу структури гаряче– та холоднокатаного композитного прокату на його міцностні та пластичні властивості. Обгрунтована можливість керування структурою та властивостями гаряче– та холоднокатаного прокату шляхом регулювання складу внутрішньої зони при здобуванні композитного зливка.
14. Розроблено технічні умови ТУ У 322–004–377–95 “Прокат холоднокатаний трьохшаровий з корозійностійкими поверхневими шарами”.
15. Обгрунтовано та підтверджено промисловою перевіркою в умовах таких підприємств, як ВАЗ, НТЗ, доцільність використання замість нержавіючої сталі 08Х18Т1 композитного прокату, який має підвищений комплекс механічних та експлуатаційних властивостей при зниженні його собівартості на 10–15 %.
Список опублікованих праць за темою дисертації:
Опыт производства металлопроката из многослойных сталей / Т.М.Титова, В.М.Кондратенко, С.Н.Поляков, В.А.Молчанов // Процессы лиття. – К.–1997. – № 4. – С.23-26.
Кондратенко В.М., Молчанов В.А., Гречная И.Я. Свариваемость композитной стали ДИ–117 // Автоматическая сварка. –1998. –№ 1. – С.47-48.
Левченко Г.В., Молчанов В.А., Нестеренко А.М. Исследование фазового состава и механических свойств высокохромистой листовой композитной стали при высоких темературах // Теория и практика металлургии. – 1998. – № 3. –С.35–37.
Нестеренко А.М., Левченко Г.В., Молчанов В.А. Влияние химического состава, параметров зеренной структуры и текстуры на свойства высокохромистой композитной стали // Металлофизика и новейшие технологии. – 1998. – т.20 – № 12. –С.30–36.
Молчанов В.А., Левченко Г.В., Нестеренко А.М., Шмелев Ю.С. Влияние химического состава и структуры внутренней зоны на механические свойства композитного листового проката // Теория и практика металлургии. – 1998. – № 3. –С.39–42.
Многослойная коррозионная сталь ферритного класса для вагоностроения / С.Н.Поляков, С.С.Казаков, В.А.Молчанов, Т.А.Гладкова // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 1999. – № 1. –С.
Молчанов В.А. Особливості формування структури та властивостей композитного листового прокату з високохромистої сталі. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01 “Металознавство та термічна обробка металів”. – Інститут чорної металургії НАН України, Дніпропетровськ, 1999 р.
Дисертацію присвячено дослідженню ефективності одержання листового композитного прокату з високохромистої сталі з використанням способу послідовного розливання в одну виливницю сталей різного складу.
Вивчені особливості формування структури та зміни механічних властивостей композитної високохромистої сталі в області температур гарячої деформації. Встановлені діапазони хімічного складу, які дозволяють забезпечити у внутрішній зоні композитного листового прокату однофазну феритну або двофазну ферито–мартенситну структуру.
Рекомендовані оптимальні температурні режими термічної обробки гаряче– та холоднокатаного композитного прокату. Досліджені механічні та витяжні властивості, його експлуатаційні характеристики.
Показана ефективність використання досліджуваного холоднокатаного композитного прокату для виготовлення деталей методом холодного штампування. Проведені дослідно–промислові випробування розробок.
Ключові слова: високохромиста сталь, композитний листовий прокат, структура, термічна обробка, механічні властивості.
Молчанов В.А. Особенности формирования структуры и свойств композитного листового проката из высокохромистой стали. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.01 “Металловедение и термическая обработка металлов” – Институт черной металлургии НАН Украины, Днепропетровск, 1999 г.
В диссертационной работе теоретически и экспериментально обоснована перспективность использования композитного листового проката, полученного из слитков, производимых способом последовательной разливки в одну изложницу сталей различного состава.
Металлографическим и микрорентгеноспектральным анализом изучены особенности распределения химических эементов и строения трехслойного листового проката.
Проведены исследования по изучению влияния химического состава внутренней зоны композитного проката на характер фазово–структурных превращений и особенности формирования структуры и свойств в области температур горячей деформации.
Установлен диапазон химического состава, позволяющий обеспечить во внутренней зоне композитного листового проката однофазную ферритную или двухфазную феррито–мартенситную структуру с обеспечением разных уровней прочности исследуемого проката в целом.
Показано, что формирование полосчатости в двухфазной внутренней зоне композита связано с наследственным проявлением химической микронеоднородности, свойственной литому состоянию.
Проведенный комплекс исследований показал целесообразность снижения температуры нагрева слябов из композитной стали и температуры их горячей деформации.
Рекомендованы оптимальные температурные режимы термической обработки горяче– и холоднокатаного композитного проката, позволяющие улучшить комлекс механических и эксплуатационных свойств.
С помощью трансмиссионной электронной микроскопии установлены особенности микроструктуры внутренней зоны композитного холоднокатаного проката после рекомендуемой термообработки, предопределяющие повышенные пластические или повышенные прочностные свойства композитного проката в целом.
В работе проведены исследования определяющих способность к холодной штамповке вытяжных свойств и текстуры холоднокатаного композитного проката, показана возможность замены им стали марки 08Х18Т1.
Даны рекомендации по использованию горяче– и холоднокатаного композитного проката. Проведено опытное опробование в промышленных условиях.
Ключевые слова: высокохромистая сталь, композитный листовой прокат, структура, термическая обработка, механические свойства.
V.A.Molchanov “Features of structure and properties formation of composit rolled sheet from high-chrome steel”
The manuscript.
The dissertation on competition of a scientific degree of candidate of engineering science
On a speciality 05.16.01 - physical metallurgy and thermal processing of metals, - Iron and steel institute NAS of Ukraine, Dnepropetrovsk, 1999.
The dissertation is devoted to research of efficiency of composit rolled sheet from high-chrome steel producing using the method of consecutive pouring in one mould. The features of structure formation and mechanical properties change of composit high-chrome steel are investigated in the field of temperatures of hot deformation. The range of the contents of elements of chemical structure allowing is established to ensure in an internal zone of composit sheet single-phase ferrite or biphase ferrite-martensite structure. The optimum temperature modes of thermal processing of hot-and cold-rolled composit sheet are recommended.
The operational characteristics of hot- and cold rolled sheet from high-chrome steel are investigated so as mechanical and drawing properties. The efficiency of use the cold rolled composit cold rolled sheet for manufacturing the details by method of cold punching is shown. The trial tests of development sare carried out.
Key words: high-chrome steel, composit rolled sheet, structure, thermal processing, mechanical properties.
Авторами способу являються: Кондратенко В.М., Дмітрієв Ю.В., Пілюшенко В.Л. та інші (патент № 158228, Україна, В 22 Д19/00, В 22 Д7/02).
Промислове випробування проводилось під керівництвом к.т.н.В.М.Кондратенко.
* Промислові випробування виконувались під керівництвом к.т.н.В.М.Кондратенко