Формирование структуры и свойств железоуглеродистых сплавов при термомеханическом и плазменном упрочнении

• Автор: Юрьев, Алексей Борисович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 310 с. : ил.

Содержание
Введение.
1 Формирование структуры и свойств арматуры и валков при внешних энергетических воздействиях

1.1 Неоднородность пластической деформации при обработке металлов давлением.

1.1.1 Структурные уровни и неоднородность пластической деформации.

1.1.2 Эволюция структурнофазовых состояний и тонкой субструктуры при обработке металлов давлением.

1.2 Производство арматурного проката

1.3 Термическое упрочнение арматуры.

1.3.1 Состояние вопроса

1.3.2 Промышленные технологии

1.3.3 Качество термически упрочненной арматуры.

1.4 Градиентные структурнофазовые состояния в стали
1.5 Методы исследования фазовых превращений в стали.
1.6 Упрочнение поверхности чугунных прокатных валков
1.6.1 Физикотехнологические основы плазменного упрочнения
1.6.2 Технологии плазменного упрочнения валков.
1.6.3 Перспективы упрочнения прокатных валков в ОАО ЗСМК.
1.7 Выводы и постановка задачи исследования.
2 Методики исследования структуры, фазового состава и свойств
2.1 Материал исследования.
2.2 Методики металлографических исследований
2.3 Методики исследования просвечивающей электронной микроскопии.
2.4 Методики исследования сканирующей электронной микроскопии
2.5 Исследование методом рентгеновского микроанализа
2.6 Методики исследования механических свойств.
2.7 Методика определения прочности структурных слоев.
2.8 Методики исследования износостойкости и жаростойкости
2.9 Теоретическое исследование процесса охлаждения стержней.
2. Выводы
3 Стержневая арматура из стали СтЗпс
3.1 Оборудование для ведения процесса термического упрочнения.
3.2 Технология ведения процесса термического упрочнения
3.3 Металлографические исследования градиентной структуры
3.4 Электронномикроскопические исследования структуры
3.4.1 Характеристика формирующегося структурнофазового состава.
3.4.2 Арматура диаметром мм.
3.4.3 Арматура диаметром мм.
3.5 Выводы
4 Стержневая арматура из стали Г2С.
4.1 Моделирование процесса охлаждения в линии стана 0.
4.1.1 Расчет температурных полей.
4.1.2 Построение изотермических диаграмм распада аустенита
4.1.3 Расчет структурнофазового состава при неизотермических условиях.
4.1.4 Кинетика распада аустенита.
4.2 Оборудование для ведения процесса упрочнения арматуры
4.3 Технология ведения процесса термического упрочнения
4.4 Металлографические исследования градиентной структуры
4.5 Механические свойства арматуры
4.5.1 Механические свойства структурных слоев
4.6 Электронномикроскопические исследования структуры.
4.6.1 Арматура диаметром мм.
4.6.2 Арматура диаметром мм.
4.6.3 Фазовая траектория структурообразования
4.7 Выводы
5 Деградация арматуры из стали ГС в процессе эксплуатации
5.1 Изменения структуры и механических свойств
5.2 Электронномикроскопические исследования структуры
5.2.1 Структура исходной горячекатаной арматуры
5.2.2 Эволюция феррита.
5.2.3 Эволюция перлитных колоний.
5.3 Разрушение поверхности горячекатаной арматуры
5.4 Выделение второй фазы
5.5 Закономерности эволюции структуры стали ГС.
5.6 Выводы.
6 Повышение эксплуатационной стойкости прокатных валков из чугуна СШХНФ.
6.1 Оборудование и технология плазменной обработки.
6.1.1 Технологическое оборудование
6.1.2 Технологическая схема плазменного упрочнения
6.2 Исследование структуры и свойств валкового чугуна.
6.2.1 Состояние литого чугуна
6.2.2 Состояние поверхности после плазменной обработки
6.3 Электронномикроскопические исследования структуры
6.3.1 Структуры поверхности после плазменной обработки
6.3.2 Структуры поверхности валка после отработки на стане.
6.3.3 Элементноструктурный анализ упрочненной поверхности
6.4 Фрактография поверхности разрушения
6.5 Исследование субструктуры и фазового состава чугуна
6.5.1 Морфология фаз
6.5.2 Фазовый состав поверхности после плазменной обработки
6.5.3 Фазовый состав поверхности после отработки на стане
6.6 Промышленные испытания валков чистовых клетей стана 0
6.6.1 Расчет параметров плазменного упрочнения
6.6.2 Промышленные испытания прокатных валков.
6.7 Выводы.
Основные выводы.
Список использованных источников


Наиболее эффективным способом является термическое упрочнение, позволяющее при незначительном легировании повысить временное сопротивление более МПа, конструктивную прочность и надежность изделий. В качестве легирующих используют недефицитные карбидо и нитридообразующие элементы, такие как кремний, титан, алюминий, кальций . Прокат из стали, легированной 1,5 кремния, наряду со значительной прочностью имеет вязкость, не достигаемую в горячекатаном состоянии . Наиболее существенно предел текучести и временное сопротивление возрастают после ускоренного охлаждения до температур ниже 0С. Однако внедрение технологий прокатки с ускоренным последеформационным охлаждением сдерживается отсутствием высокоэффективных и надежных охлаждающих устройств ,. В ОАО Чусовской металлургический завод ЧМЗ освоили производство арматуры из стали, микролегированной ванадием. Принято считать рациональным содержание ванадия в пределах 0,0,1, однако механические свойства арматуры класса А0С после горячей прокатки могут быть достигнуты при содержании ванадия от 0, до 0, , . Была разработана технология производства горячекатаной арматуры класса прочности А0С из стали ГСФ, имеющей следующий химический состав массовые доли, 0,0, углерода 0,0, марганца 0,,9 кремния 0,0, ванадия не более 0, хрома не более 0, никеля и не
более 0, меди. При ее выплавке шихтой служит твердый стальной лом и жидкий полупродукт после деванадизации природнолегированного чугуна, содержащий 3,,7 углерода, до 0,1 марганца, до 0,1 кремния, 0,0,1 ванадия, до 0, хрома, не более 0, фосфора и не более 0, серы. Остальное необходимое количество ванадия вводится в виде силикованадия сопутствующего продукта производства феррованадия в процессе раскисления и легирования расплава в ковше с одновременной продувкой азотом . Диаграмма растяжения горячекатаной арматуры рисунок 1. Вследствие этого горячекатаная арматура имеет большую удельную работу разрушения АзЬс1е и, следовательно, обладает большим запасом прочности. На рисунке 1. ГСФ . Сталь ГСФ проявляет себя при сварке как низколегированная горячекатаная сталь хорошего качества. Она не склонна к перегреву, т. Рисунок 1. Предел текучести временное сопротивление. Рисунок 1. Установлено, что по показателям свариваемости сталь ГСФ не уступает стали Г2С. Это означает, что она может свариваться дуговыми прихватками, полностью запрещенными к применению для массовой стали ГС класса А0 АШ . В е годы го века Институт черной металлургии ИЧМ начал исследования по созданию процессов упрочнения массовых видов проката из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с использованием тепла прокатного нагрева . В результате изучения закономерностей гидродинамических и теплофизических процессов разработаны устройства, позволяющие охлаждать со скоростью 0 0 градс движущиеся стержни высокоскоростным потоком воды до мс и более, подаваемой под давлением 0,8 МПа , . Было организовано промышленное производство и применение термически упрочненной арматуры. Сравнение качественных показателей и экономических затрат производства проката по различным технологиям показало, что альтернативы способу термического упрочнения арматуры для армирования железобетона в настоящее время нет любое другое решение требует значительного увеличения расхода легирующих элементов или других материальных ресурсов. Внедрение термического упрочнения при производстве арматуры класса А0С позволило заменить сталь марки Г2С на сталь Ст5пс. В работе рассмотрен технологический процесс, обеспечивающий упрочнение до значений ат 0 МПа за счет охлаждения раскатов турбулентными потоками воды по схеме прерывистой закалки . С целью расширения сортамента термически упрочненной арматуры, обеспечивающей повышенную прочность, надежность и уменьшение массы железобетонных конструкций, на Макеевском металлургическом комбинате выпустили промышленные партии стержней диаметром мм классов прочности АтШС, Ат1УС, АтУ, АгУК, АтУ1 и опытную партию арматуры класса АтУИ по ГОСТ 4. Исследовались различные марки сталей. Термическое упрочнение арматуры на установке, схема которой в линии стана приведена на рисунке 1. Готовые раскаты резали на мерные длины ножницами холодной резки.