Разработка ванадийсодержащих сталей и высокоэффективных технологий их производства с целью повышения долговечности литых деталей в машиностроении и металлургии

• Автор: Филиппенков, Анатолий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 349 с. : ил

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Требования, предъявляемые к литым деталям в различных

отраслях промышленности.

1.2. Роль карбонитридиых частиц в упрочнении стали.

1.3. Цель и задачи исследований

2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ КАРБОНИТРИДНЫХ ФАЗ

И СТРУКТУРЫ ОТЛИВОК.

2.1. Особенности формирования карбонитридов при кристаллизации сталей

2.2. Выделение карбонитридов при охлаждении и термической

обработке отливок.

2.3. Дендритная структура и аустенитное зерно в ванадийсодержащих сталях.

2.4. Влияние специальных карбонитридов на размер зерна и распад аустенита в низколегированных сталях
2.5. Карбонитридные частицы и величина зерна в разностенных отливках
3. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ НА ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ЛИТЫХ СТАЛЕЙ
3.1. Модельные представления вклада карбонитридиых выделений в формирова
ние механических свойств
3.2. Механические свойства малоуглеродистых сталей после нормализации
3.3. Физикомеханические свойства среднеуглеродистых сталей после
улучшения
4. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ ЛЕГИРОВАНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТАЛЕЙ ВАНАДИЕМ.
4.1 Основные способы легирования стали ванадием
4.2 Закономерности распределения ванадия между металлом и шлаком
4.3 Технологии легирования стали с использованием ванадиевого шлака
4.4 Прямое легирование высокомарганцовистой стали.
4.5 Использование для легирования стали ванадийсодержащего метаплоотсева
4.6 Легирование стали с использованием металлизованных ванадий содержат их окатышей.
4.7. рименение ванадиевых чугунов для легирования стали.
4.8. Получение и применение для легирования азотированного феррованадия.
Выводы
5. МОДИФИЦИРОВАНИЕ ЩЕЛОЧНО И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ДЛЯ ОТЛИВОК.
5.1. Среднеуглеродистые стали
5.2. Низкоуглеродистые и малоперлитные стали.
6. НОВЫЕ СТАЛИ ДЛЯ ОТЛИВОК. СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ОПЫТНЫХ ДЕТАЛЕЙ
6.1. Литсйно технологические свойства ванадийсодержащих сталей
6.2. Низкоуглеродистые стали с ванадием.
6.3. Среднеуглеродистые стали с ванадием
6.4. Валковые и износостойкие стали.
7. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩИХ СТАЛЕЙ ДЛЯ ОТЛИВОК И ПЕРСПЕКТИВЫ РАСШИРЕНИЯ ИХ ПРОИЗВОДСТВА.
7.1. Оценка экономической целесообразности использования ванадийсодержаших
7.2. Перспективы производства сталей с ванадием.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Копии ГОСТов, содержащие новые стали, разработанные при
участии автора диссертации
Приложение 2. Акты использования разработок, выполненных под руководством
автора диссертации.
Приложение 3. Патенты на изобретения А.А.Филиппенкова с соавторами,
полученные в России и зарубежных странах.
Приложение 4. Лицензионные соглашения на научнотехническую продукцию и копии авторских свидетельств А.А.Филиппенкова с соавторами,
включенные в состав технической документации.
Приложение 5. Справка о валютных поступлениях от продажи лицензий
инофирмам
ВВЕДЕНИЕ


С повышением температуры нагрева объемная доля дисперсных карбонитридов ванадия уменьшается и при С они оказываются уже полностью растворены. Крупные частицы сохраняются в стали до более высоких температур и обнаруживаются даже при температуре ЮС. Эти частицы имеют размер более 0 нм и расположены в основном по границам зерен. Большое влияние на карбонитридообразование оказывает содержание в стали алюминия, который, связывая азот в нитрид алюминия, затрудняет образование карбонитридов ванадия. В сталях типа ГФЛ с 0, А1 при содержании ванадия вплоть до 0. С не обнаруживается, тогда как в сталях с 0. Д1 некоторое количество УС. Ы появляется уже при 0. V и увеличивается при повышении содержания ванадия в стали рис. Ванадий и особенно титан связывают в карбонитрид значительную долю азота, имеющегося в стали. Гак , при соотношении ЫС 0, в малоуглеродистой стали в карбонитриде ванадия это отношение достигает 0,,2. Титан является более сильным нитридообразователем, чем ванадий, и при выделении фазы на основе титана в сталях величина МС доходит до . При этом с ростом температуры выделения карбонитриды У,ЫЬ или Т становятся все более богатыми по азоту, так как изза большей энергии межатомных связей температура образования нитридов выше, чем у карбидов тех же металлов Добавка титана в количестве 0, в сталь с 0, У приводит к практически полному связыванию азота в нитрид титана, вероятно, еще в жидком состоянии стали . Ванадий в этом случае образует карбид, выделяющийся при охлаждении отливок преимущественно из феррита. Влияние кремния, марганца, хрома на состав и средний размер частиц карбонитрида ванадия в среднеуглеродистых сталях в основном определяется влиянием этих легирующих элементов на устойчивость аустенита к распаду по первой ступени, так как подавляющая часть ванадиевой фазы выделяется из пересыщенного феррита . В случае подавления диффузионного уа превращения, например, в стали с 2,8 Мп, частицы карбонитрида ванадия выделяются только в аустените до начала его распада. В сталях с 0,3 С, легированных 0,1 ванадием совместно с 0,0, ниобием, 0,7 титаном и азотом до 0, , вне зависимости от состава стали и скорости охлаждения отливок диаметром мм ниобий практически полностью связывается в карбонитриды, тогда как ванадий в значительном количестве остается в твердом растворе . Доля ванадия, связанного в карбиды, в большинстве случаях не превышает . Во всех случаях в электролитических осадках обнаруживается две карбонитридные фазы фаза на основе нитрида ванадия типа оЬо,КС,Ы и фаза на основе карбонитрида ниобия типа МЬо,М. С,Ы. По мере приближения к поверхности периоды кристаллической решетки присутствующих фаз сближаются, что свидетельствует об увеличении содержания ванадия в фазе на основе карбонитрида ниобия и ниобия в фаю на основе карбонитрида ванадия. Максимальная комплексность обнаруживается у карбонитридов ванадия о,ЫЬод5С,Ы, образующихся в поверхностных участках отливок наименьшего сечения 0 мм из стали с наибольшим содержанием ниобия 0, . Чем выше скорость охлаждения меньше сечение отливки, тем при более низких температурах происходит выделение карбонитридов. При высокой скорости охлаждения ниобий не успевает полностью выделиться при высоких температурах, и значительная часть его выделяется при болсс низких температурах в виде комплексных ванадийниобиевых карбонитридов. С увеличением сечения отливки и расстояния от поверхности размер карбонитридов ванадия и ниобия увеличивается, хотя размеры карбонитридов ванадия нм во всех случаях ниже, чем карбонитридов ниобия нм. Это объясняется более низким температурным интервалом выделения карбонитридов ванадия по сравнению с карбонитридами ниобия. Изложенные выше экспериментальные данные показывают, что наряду с выделениями МС,ЫА в аустените, МС,ЫФ в феррите и феррите перлита МС,Ыср , существенная часть карбонитридов V, 6 и И формируются в жидком металле МСМЖ и в виде эвтектических карбонитридов МС,Ы,ВТ в междуветвиях дендритов. Это позволяет уточнить известную схему, предложенную М. И. Гольдштейном 1,2.