Разработка технологии термомеханической обработки полосового и листового проката из низколегированной стали на основе управления формированием ферритно-бейнитной структуры

• Автор: Настич, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 399 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
Глава I. Современные низколегированные стали с ферритно-бейнитной микроструктурой для магистральных трубопроводов
1.1 Требования, предъявляемые к прокату и основному металлу труб большого диаметра высоких классов прочности
1.1.1 Влияние повышения рабочего давления на механические свойства основного металла труб
1.1.2 Влияние трубного передела на механические свойства металла
1.1.3 Свариваемость сталей для труб большого диаметра
1.1.4 Специфика требований, предъявляемых к рулонному прокату
для изготовления спиральношовных труб
1.1.5 Проблемы и перспективы производства спиральношовных труб
и рулонного проката высоких категорий прочности толщиной до 20 мм
1.2 Формирование оптимальной микроструктуры низколегированной стали высоких классов прочности в процессе термомеханической обработки
1.2.1 Механизмы упрочнения в низколегированных сталях
1.2.2 Сущность технологии термомеханической обработки (контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением)
1.3 Особенности ТМО в условиях непрерывных широкополосных станов горячей прокатки при производстве сталей Х70-Х
1.3.1 Технологические особенности производства рулонного проката
1.3.2 Особенности реализации ТМО при производстве рулонного проката
1.3.3 Влияние химического состава стали на процессы структурообразования при ТМО рулонного проката
1.4 Современное состояние технологий производства рулонного проката из высокопрочных трубных сталей
1.4.1 Прокатное оборудование для производства рулонного проката высоких категорий прочности с требованиями по хладостойкости
1.4.2 Химические составы стали для рулонного проката высоких категорий прочности с требованиями по хладостойкости при ИНГ (DWTT)
1.4.3 Опыт изготовления рулонного проката категории прочности
Х70 и Х80 зарубежными производителями
1.5 Современное состояние вопроса производства толстолистового проката из высокопрочных трубных сталей
1.6 Мировой и отечественный опыт применения труб большого диаметра категорий прочности Х70-Х80 и выше

1.6.1 Прямошовные трубы, изготавливаемые из толстолистового проката
1.6.2 Спиральношовные трубы, производимые из рулонного проката
1.7 Постановка цели и задач исследования
Глава II. Материалы и методы исследования
2.1 Химические составы исследуемых сталей, производство стали и термомеханическая обработка рулонного и толстолистового проката
2.2 Методика исследования
2.2.1 Исследование механических свойств
2.2.2 Исследование микроструктуры стали
2.2.3 Исследование фазовых превращений аустенита при непрерывном охлаждении
2.2.4 Лабораторное моделирование влияния параметров двухстадийного охлаждения полосы на отводящем рольганге стана 2000 на фазовый состав, микроструктуру и твердость стали
2.2.5 Оценка свариваемости стали по методике имитации воздействия термического цикла сварки на структуру и свойства металла ОШЗ
Выводы по главе II
Глава III. Изучение условий формирования ферритно-бейнитных микроструктур в низколегированных сталях в процессе ускоренного охлаждения горячедеформированного аустенита и разработка составов стали для рулонного и толстолистового проката
3.1 Определение требований к составу стали и технологии ТМО для получения ферритно-бейнитных микроструктур в рулонном и толстолистовом прокате из низколегированных сталей Х70-Х
3.2 Исследование фазовых превращений горячедеформированного аустенита при непрерывном охлаждении (ТКД) на сталях предложенного состава
3.3 Изучение особенностей морфологии продуктов бейнитного превращения, получаемых при превращении горячедеформированного аустенита в низколегированных сталях
3.3.1 Технологические аспекты получения ферритно-бейнитной микроструктуры низколегированной стали в процессе ТМО
3.3.2 Особенности морфологии продуктов бейнитного превращения, получаемых при превращении горячедеформированного аустенита в низколегированных сталях
3.4 Выявление особенностей микроструктуры стали класса прочности К65, оказывающих влияние на сопротивляемость стали вязким разрушениям
Выводы по главе III

Глава IV. Исследование влияния состава стали и параметров технологии на процессы структурообразования применительно к технологическим условиям производства толстых полос (10-16 мм) на непрерывных широкополосных станах горячей прокатки (НШС ГП)
4.1 Изучение влияния состава низколегированной стали и температуры нагрева на рост зерна аустенита и растворение частиц карбонитридов №>
4.2 Исследование влияния состава стали Х70-Х80 и температурновременных параметров прокатки на рекристаллизацию горячедеформированного аустенита, параметры ферритно-бейнитной микроструктуры и свойства проката
4.2.1 Влияние температурно-временных параметров деформации на рекристаллизацию аустенита для условий черновых клетей НШС ГП 2000
4.2.2 Влияние состава стали и параметров технологии на процессы структурообразования применительно к определению оптимальной температуры начала прокатки в чистовых клетях НШС ГП 2
4.2.3 Влияние температуры начала второй стадии прокатки на механические свойства и микроструктуру полос из стали Х80 с повышенным содержанием №>
4.3 Исследование закономерностей формирования ферритно-бейнитной структуры низколегированной стали в процессе ускоренного охлаждения, смотки и последующего охлаждения рулонного проката
4.3.1 Анализ условий структурообразования в низколегированной стали в процессе ускоренного охлаждения толстых полос и смотки рулонного проката
4.3.2 Изучение влияния температуры конца ускоренного охлаждения
на структуру стали Х80 с разным уровнем легирования
4.3.3 Исследование влияния температуры смотки на характеристики структуры промышленной стали 07Г2НДФБ
4.3.4 Изучение морфологических особенностей игольчатого феррита, формирующегося при температуре смотки полосы в верхней части области бейнитого превращения
4.3.5 Исследование структурообразования низколегированной стали Х70 в процессе УО, производимого в две стадии с перегибом кривой интенсивности охлаждения
Выводы по главе IV
Глава V. Разработка режимов термомеханической обработки, обеспечивающих высокую хладостойкость рулонного и толстолистового проката на основе формирования равномерной ферритно-бейнитной микроструктуры стали, получаемой из аустенита с высокой плотностью мест зарождения а-фазы и малой разнозернистостью

Зависимость предела текучести от размера зерна была определена эмпирическим путем для железа и низкоуглеродистых сталей в работах Холла, Петча и Лоу [84, 85, 86]. Зависимость величины упрочнения (сту) от размера зерна (В) и условий передачи деформации от зерна к зерну, определяемой в виде константы (ку), была обоснована и представлена в работах [26, 84, 87]: ау = а0 + кус1'1/2 (2)
Для низколегированных сталей с ферито-перлитной микроструктурой константа ку равняется 17,4-23,4 Н/мм3/2 [81, 83, 88]. Зависимость величины временного сопротивления от размера зерна имеет аналогичный вид, но со значительно более низкими значениями ку из-за меньшего значения границ зерен при больших степенях деформации [89].
Измельчение зерна феррита приводит понижению переходной температуры хрупкости, что выражается соотношением Петча:
[ЗТхр =1пр-1пС-1пБр-1/2 (3)
где Рис- постоянные, Т - температура вязко-хрупкого перехода, а -диаметр зерна феррита [81] или в упрощенном виде:
1хр = -АИр-1/2 (4)
со значением коэффициента А, равным 11,5-12,5 °С*мм1/2 [20, 84, 90]. Остальные способы упрочнения стали, перечисленные в уравнении (1), оказывают негативное влияние на хладостойкость стали [13].
В общем виде увеличение плотности дислокаций определяет упрочнение от бейнитной составляющей, а также от ферритной фазы, подвергнутой «фазовому наклепу» в ферритно-бейнитных сталях. Упрочнение от бейнитной фазы при постоянном содержании углерода также связано с величиной рейки бейнита и размером карбидов. Хладостойкость таких сталей зависит от характеристик микроструктуры - величины бейнитной рейки и расположения высокоугловых границ бейнитного пакета или исходного зерна аустенита, что определяется структурой аустенита перед превращением [20].
В современных низколегированных сталях, в том числе трубных категорий прочности Х70-Х80 и выше, упрочнение от повышенной плотности дислокаций в