Актуальность темы. В последние годы большое внимание уделяется вопросу создания материалов, снижающих металлоемкость изделий. Уменьшение массы шин с сохранением эксплуатационных характеристик позволяет повысить топливную экономичность автомобилей. Так, использование высокопрочной бортовой проволоки (группа NT) диаметром 1,83 мм и 1,6 мм вместо проволоки нормальной прочности (группа НT) диаметром 2,0 мм позволяет снизить металлоемкость на 16 % и более.
Для создания новых классов проволоки с высокой прочностью необходимо использование высокоуглеродистой и/или легированной стали. Повышение прочности перлитной стали достигается за счет уменьшения межпластиночного расстояния перлита путем снижения температуры начала превращения а также увеличением содержания углерода и дополнительным легированием. Однако на современном этапе развития производства металлических изделий с повышенной прочностью использование традиционных марок углеродистых сталей с содержанием углерода до 0,8 % практически исчерпало свой ресурс на пути к повышению прочности проволочных изделий. Мировые тенденции производства высокопрочной проволоки показывают, что для создания ее новых классов с высокой прочностью необходимо использование углеродистой стали с содержанием углерода 0,9 % и выше. Однако использование стали с высоким содержанием углерода может привести к образованию цементитной сетки, а чрезмерное легирование, в частности хромом, может увеличить время распада аустенита.
Формирование свойств и структуры, наиболее пригодной для холодной пластической деформации катанки, можно достичь путем ТМО катанки в потоке высокоскоростного проволочного стана. Использование процессов ТМО доказало свою эффективность и давно применяется на мелкосортных и проволочных станах.
ТМО стального проката располагает огромным потенциалом повышения качества продукции и сокращения затрат, обеспечивая экономический эффект в металлообрабатывающих отраслях за счет более полного удовлетворения требований к свойствам готовой продукции.
При современной технологии переработки суммарные обжатия при волочении катанки в проволоку достаточно велики, поэтому решение задачи обеспечения необходимых качественных характеристик и сопутствующей экономии энергоресурсов за счет исключения из технологического процесса промежуточной термообработки (патентирования) является актуальной.
При использовании базового химического состава и технологии производства высокопрочной проволоки из высокоуглеродистой катанки во время испытаний на скручивание происходило расслоение металла, что недопустимо и требует проведения дополнительной промежуточной термической обработки (патентирования).
Учитывая накопленный опыт других исследователей, автор настоящей диссертации решал в области металловедения и термической обработки металлов важную научно-техническую задачу, направленную на совершенствование химического состава и режимов охлаждения при термомеханической обработке высокоуглеродистой катанки, обеспечивающих требуемые качественные характеристики высокопрочной бортовой проволоки при изготовлении без промежуточной термической обработки.
В связи с этим диссертационная работа, которая посвящена совершенствованию химического состава и режимов охлаждения при термомеханической обработке высокоуглеродистой катанки, обеспечивающих без промежуточной термической обработки изготовление высокопрочной бортовой проволоки, является актуальной.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Выполнение диссертационной работы связано с научно-тематическими планами исследований Института черной металлургии им. З. И. Некрасова НАН Украины в соответствии с научным направлением «Развитие научных основ формирования железоуглеродистых сплавов и управление их структурой и свойствами». Исследования, являющиеся составной частью диссертационной работы, проведены в рамках госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ Института черной металлургии им. З. И. Некрасова НАН Украины, в выполнении которых автор принимал непосредственное участие в качестве ответственного исполнителя и исполнителя:
- «Исследование влияния комбинированной термомеханической обработки на закономерности фазово-структурных превращений аустенита высокоуглеродистой стали различного химического состава для сверхвысокопрочной проволоки», № госрегистрации 0109U002451.
- «Исследование технологий производства сортового проката и катанки в условиях РУП «БМЗ» и разработка предложений по ее совершенствованию», № госрегистрации 0107U006777.
- «Развитие научных основ создания сквозных технологий металлургического производства, разработки рациональных технологических схем и выбора конструктивно – структурного состава оборудования современных производственных линий для получения металлопродукции массового и целевого назначения с заданным комплексом эксплуатационных свойств», № госрегистрации 0107U001704.
Цель исследования. Совершенствование химического состава и режимов охлаждения при термомеханической обработке высокоуглеродистой катанки, обеспечивающих без промежуточной термической обработки изготовление высокопрочной бортовой проволоки.
Задачи исследования:
1. Изучить особенности кинетики превращения аустенита стали 90 с различным содержанием углерода, хрома и марганца при непрерывном охлаждении и в изотермических условиях.
2. Исследовать особенности влияния химического состава на структуру и свойства термомеханически обработанной сорбитизированной высокоуглеродистой катанки и качественные характеристики высокопрочной бортовой проволоки.
3. Разработать предложения по корректировке химического состава и режимов охлаждения при ТМО катанки для высокопрочной бортовой проволоки.
Объект исследования. Катанка из высокоуглеродистой стали.
Предмет исследования. Закономерности влияния процесса термомеханической обработки на качественные характеристики катанки-проволоки различного химического состава для высокопрочной бортовой проволоки.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы современные методы исследований: металлографический, электронномикроскопический, количественный микроанализ структурного состояния, микрорентгеноструктурный, дилатометрический, оценка микротвердости, механических свойств катанки – проволоки. Для прогнозирования механических свойств высокоуглеродистой катанки и проволоки в зависимости от химического состава стали использовали методы математического моделирования.
Научная новизна.
1. Впервые изучена кинетика превращения аустенита при непрерывном охлаждении в интервале скоростей 0,4–17 °С/с стали 90 с повышенным содержанием хрома и пониженным марганца и углерода.
Дополнительное повышение содержания хрома (c 0,02 % до 0,24 %) и снижение марганца (c 0,44 % до 0,30 %) и углерода (c 0,92 % до 0,87 %) в стали 90 при скорости охлаждения 0,4 °С/с повышает температуру начала и конца аустенитного превращения на 10°С, что приводит к увеличению межпластиночного расстояния в перлите, а при скорости охлаждения 17 °С/с снижает температуру конца аустенитного превращения на 10 °С, что снижает среднее межпластиночное расстояние в перлите на 12 %. Это позволяет совершенствовать режимы охлаждения катанки для высокопрочной бортовой проволоки.
2. Впервые установлено влияние повышенного содержания хрома и пониженного содержания марганца и углерода в стали 90 на образование промежуточных структур при непрерывном охлаждении.
Выявлено, что при непрерывном охлаждении со скоростью 17 °С/с в стали 90 повышение содержания хрома (c 0,02 % до 0,24 %) при одновременном понижении содержания марганца (c 0,44 % до 0,30 %) и углерода (c 0,92 % до 0,87 %) приводит к образованию промежуточных (бейнитных) структур, которые при скоростях охлаждения 15 °С/с и ниже отсутствуют. Это дает возможность определить предельную скорость охлаждения, чтобы устранять образование промежуточных структур.
3. Получило развитие представление о влиянии повышения содержания хрома при снижении марганца и углерода в стали 90 на кинетику распада аустенита в изотермических условиях при температуре выдержки 550 °С.
Установлено, что дополнительное повышение содержания хрома (c 0,02 % до 0,24 %), снижение содержания марганца (c 0,44 % до 0,30 %) и углерода (c 0,92 % до 0,87 %) в стали 90 повышает время распада аустенита в изотермических условиях на 25 %, – это позволяет определить время, необходимое для полного распада аустенита при термической обработке (патентировании).
4. Впервые определены скоростной интервал охлаждения катанки при термомеханической обработке и содержания хрома и марганца высокоуглеродистой стали, обеспечивающие без промежуточной термической обработки (патентирования) необходимые качественные характеристики высокопрочной бортовой проволоки.
Установлено, что термомеханическая обработка со средней скоростью охлаждения 12–15 °С/с высокоуглеродистой катанки с содержанием хрома 0,21±0,04 % и марганца 0,3±0,03 % обеспечивает увеличение количества сорбитообразного перлита (≤ 0,2 мкм), что дает возможность без промежуточной термообработки (патентирования) устранить расслоение высокопрочной бортовой проволоки при скручивании.
Практическое значение полученных результатов. Результаты использованы при совершенствовании технологического процесса производства катанки и высокопрочной бортовой проволоки на Открытом акционерном обществе «Белорусский металлургический завод».
На основании установленного в работе влияния химического состава и режимов охлаждения при ТМО на качественные характеристики катанки-проволоки разработаны требования к химическому составу, микроструктуре и механическим свойствам высокоуглеродистой катанки, предназначенной для изготовления высокопрочной бортовой проволоки (Изменение г. к ЗТУ 840-03-2006 «Катанка стальная сорбитизированная для металлокорда, бортовой проволоки и проволоки для рукавов высокого давления» ) (Приложение А).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
Основные порталы (построено редакторами)