Повышение прочностных свойств высокоуглеродистой низко- и микролегированной катанки за счет совершенствования режимов охлаждения

• Автор: Жигарев, Максим Александрович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Перечень используемых сокращений .

Введение .

1. Способы увеличения прочности высокоуглеродистой стали.

Цель и задачи исследования

1.1. Механизмы упрочнения стали, влияние химического состава на механические свойства и структурообразование в катанке при ТО катанки, микроликвационные процессы в НЛЗ и катанке

1.2. Современные оборудование и технология производства катанки

для высокопрочных арматурных канатов

1.3. Требования НД и потребителей к катанке для арматурных канатов

2. Материал и методика исследования.

3. Формирование структуры и свойств высокоуглеродистой нелегированной катанки при ТО на линии Стелмор.
3.1. Экспериментальное исследование технологических параметров
ТО катанки, формирующих ее механические свойства и структуру
3.2. Влияние режимов ТО катанки на развитие негативных структурных составляющих.
3.3. Влияние бора на структурообразование в высокоуглеродистой катанке при ее ТО на линии Стелмор
4. Исследование особенностей формирования структуры и свойств в высокоуглеродистой катанке, микролегированной ванадием илии низколегированной хромом, при ее ТО на линии Стелмор.
4.1. Особенности формирования структуры и свойств в катанке
из высокоуглеродистой стали, микролегированной ванадием
4.2. Особенности формирования структуры и свойств в катанке
из высокоуглеродистой стали, низколегированной хромом
4.3. Особенности формирования структуры и свойств в катанке
из высокоуглеродистой стали, совместно низколегированной хромом и микролегированной ванадием
5. Влияние дендритной ликвации непрерывнолитой заготовки на структурообразование в высокоуглеродистой катанке .
6. Разработка химического состава и технологии ТО катанки
в потоке линии Стелмор. Технологичность переработки катанки.
6.1. Разработка химического состава и технологии ТО катанки.
6.2. Качество катанки и ее технологичность при переработке .
Основные результаты и выводы .
Библиографический список
Приложения.
Приложение 1. Расчет экономического эффекта
Приложение 2. Акт внедрения диссертационной работы
ВВЕДЕНИЕ
В данной работе развиты научнопрактические аспекты производства высокоуглеродистой катанки, сочетающей высокие прочностные и пластические свойства, для изготовления стабилизированных арматурных канатов различных классов прочности . МПа и выше.
Постановка задачи освоения производства из рядовой шихтыметаллолома на производственном комплексе, не предназначенном, в основном, для изготовления металлопродукции ответственного назначения, высокопрочной катанки для арматурных канатов, требовала разработки и внедрения технологии, обеспечивающей соответствующие качественные показатели проката, и модернизацию установленного оборудования.
В результате исследований были разработаны эффективный химический состав стали, принципы е микролегирования, увеличения пластичности наряду с достижением заданного уровня прочности, технологический режим двустадийного охлаждения металлопроката на линии Стелмор с формированием наилучшей микроструктуры металла, обеспечивающие, в целом, высокую технологичность переработки катанки у потребителей 1.4.
В работе развиты положения теории ТО проката в потоке производства, обеспечивающие значительный упрочняющий эффект, показана роль микродобавок таких упрочняющих элементов, как марганец, ванадий и хром. Рассмотрено влияние бора не в качестве прокаливающего элемента, а как модификатора, улучшающего макростроение непрерывнолитой заготовки НЛЗ, и пластифицирующего катанку. Показано влияние этих элементов на структуру катанки и ее механические свойства. Проведены исследования микроликвационных процессов указанных элементов в стали и катанке 5.9.
Разработана и внедрена технология, обеспечивающая получение поверхностной окалины, легкоудаляемой как химическим кислотное травление, так и механическим способами с поверхности катанки перед волочением ,
Актуальность


Разработке эффективных принципов легирования стали и режимов ТО в потоке линии Стелмор для достижения качества катанки, соответствующей качеству катанки лучших мировых аналогов, посвящена настоящая диссертационная работа. Известны следующие механизмы упрочнения стали дислокационное деформационное упрочнение, упрочнение твердого раствора, упрочнение границ зерен зериограничное упрочнение, упрочнение фазовым выделением дисперсионное, а теория дислокаций позволяет количественно оценить прочность . Увеличение прочности катанки возможно комбинированием способов с одной стороны за счет дисперсионного упрочнения образования карбидов и нитридов, например, ванадия или хрома с одной стороны и формирования структуры мелкодисперсного перлита за счет применения интенсивной ТО, например режима ускоренного охлаждения УО, с другой с помощью микроструктурных барьеров за счет измельчения размеров зерен, но и конечно же за счет упрочнения твердого раствора. При этом, по данным работы , дисперсионное упрочнение является наиболее перспективным среди имеющихся ресурсов упрочнения. В настоящей работе особое внимание уделяется рассмотрению процессов карбидо и нитридообразования в высокоуглеродистой стали, а именно условиям образования соединений углерода и азота с марганцем, ванадием, хромом и бором, так как основными фазами упрочнителями в сталях являются карбиды, нитриды и комплексные соединения на их основе карбонитриды. Как правило, максимальное воздействие легирующих элементов на структуру и свойства стали и проката выявляется при относительно высоких более 2. Влияние ванадия. В сталь перлитного класса ванадий вводится в очень небольшом количестве, обычно не выше 0. Поэтому находящийся в них углерод не принимает участия в закалке и сталь плохо закаливается . В твердых сплавах железа ванадий превосходит кремний, хром и алюминий по склонности к нитридообразованию. Нитриды ванадия при малом его количестве в стали не образуются в жидкой стали, а выпадают при более низких температурах из твердого раствора ниже . С . Под влиянием ванадия резко измельчается зерно стали, поэтому ванадиевая сталь в литом и кованом отожженном состояниях имеет более мелкозернистый излом, чем углеродистая сталь. В закаленной ванадиевой стали мартенсит обычно получается более мелкоигольчатым и менее хрупким, чем в стали без ванадия . Для значительного повышения прочности, хладностойкости и снижения чувствительности к механическому старению стали в результате упрочнения феррита дисперсными карбонитридами, измельчения зерна и связывания азота в прочные нитриды используют микродобавки ванадия 0. Установлено , что введение в сталь ванадия в количестве . Влияние марганца и хрома. Марганец и хром являются карбидообразующим элементом с углеродом они образуют карбиды, более устойчивые и прочные, чем карбид железа цементит. Марганец, также как и хром с железом дают однородный твердый раствор, а потому они упрочняют как металлическую основу, так и карбидную фазу стали. Распределение марганца между карбидами и твердым раствором в перлитной марганцевой стали находится в соотношении примерно , т. В доэвтектоидной стали с содержанием хрома до 2 в двойные хромистые карбиды входит очень небольшое количество хрома около . Марганец и хром занимают одно из первых мест среди других легирующих элементов в отношении увеличения устойчивости аустенита, а значит и способствуют переохлаждению аустенита, поэтому в стали перлитного класса под влиянием этих элементов понижается критическая скорость закалки. Превращения аустенита высокоуглеродистой стали, легированной хромом, при УО исследованы в работе . При этом следует отметить, что при совместном легировании стали Мп, V, Сг, в первую очередь, происходит образование карбидов и карбонитридов ванадия , так как активность карбидообразования и устойчивость карбидов возрастает при переходе от марганца и хрома к ванадию. Влияние бора. При таких содержаниях влияние бора на прокаливаемость и вязкость низко и среднелегированных сталей соответствует эффекту легирования хромом, марганцем, молибденом или никелем с содержанием их в 0. Бор образует с водородом химическое соединение и ограничивает насыщение им стали во влажной среде подавление водородной хрупкости .