Введение к работе
- 3 :
Актуальность проблемы. Сортовой прокат эрных металлов, значительный обьем которого составляют арматурне и угловые профили, является одним из основных конструкцион-іх материалов промышленности, строительства и других отраслей <онокики. Потребность в нем большая и, несомненно, она оудет взрастать с кандым годом;" Поэтому удовлетворение потребности иребителей в металлопрокате долано решаться не столько количе-гвенным наращиванием обьемов производства, сколько коренным іучшением его качества, что приобретает еще большую актуально-гь в условиях перехода страны к рыночной экономике и создании жнурентноспособной металлопродукции, Меяду тем традиционные ;тоды улучшения качества металлопродукции - легирование, раз-ічнне способы обьемной и поверхностной термической обработки и )., постепенно исчерпывают свои возмоиности и становятся все ілее дорогостоящими. Это заставляет исследователей и производ-венников искать новые экономичные способы упрочнения. Среди ірспективннх способов упрочнения в настоящее время наибольшее іспространение имеет термомеханическое ( точнее, деформационно-ермическое ) упрочнение, представляючеє собой совокупность іух эффективных способов упрочнения - деформационного (от плас-іческой деформации ) и термического ( от фазовых превращений ). рмомеханическое упрочнение ( ТМУ ) существенно повывает проч-стные, вязкие и усталостные характеристики стали, что приво-т к экономии от 10 до 502 металла при изготовлении металличес-х и железобетонных конструкций, повышает их надежность и дол-вечность. В современных экономических условиях большое значе-е имеет и то. что ТМУ с использованием тепла прокатного наг-
- 4 -рева не требует значительных капитальных вложений на реализациі и характеризуется, как правило, низкими эксплуатационными затр; тами.
Поэтому на современных сортовых станах Украиьы, России і промвиленно-развитых стран ( ФРГ, Японии. Великобритании и др. сортовой прокат, в частности, арматурные и угловые профили, npi изводят путем ПУ в технологической потоке прокатки.
Б связи с этиа проведение исследований, направленных н. изучение закономерностей формирования структуры и свойств прокі та как в процессе самой деформации, так и в процессе последующ' го термического упрочнения, обоснование и выбор параметров о: ландающих устройств, создание научно-обоснованных технологкче ких схем ТмУ арматурных и угловых профилей является актуально: задачей прокатного и термического производства.
Работа выполнена по плачу целевой научно-технической про раммы "Металл" Госкомитета по народному образованию СССР ( пр казы N 452 от І2.04.82г. и N 599 от 18.08.86 г.), координацио ному плану НИР Минчермета СССР по направлению 5.42 "Термическа и термомехачическая обработка проката", плену НИР, проводимы Ш АН Каз.ССР на 1986-1990 г.г. по проблеме "... Разработк энергосберегающих, мало и безотходных технологий", комплексно программы "Металлоемкость" ( Постановление СМ.СССР N 859 от 2 07.87 г. ).
Цель работы. Исследование закономерностей стру турообразования при совмещении горячей пластической деформаци с упрочнявшее термической обработкой углеродистых и низколегир ванних сталей, предназначенных для производства массовых вида сортового проката, с разработкой технологических основ ТМУ арь турных и угловых профилей.в условиях-сортопрокатного цех<а КарИ
- 5 -спечивавщего повншение уровня механических свойств в 1.3-2.0 а в сравнении с горячекатаным состоянием и отвечающего требо-иям ГОСТ 10884-81 и ГОСТ 2???2-88.
Для достижения поставленной цели в процессе исследований злись следующие задачи:
изучение влияния температуры деформации, последефорчаци-эй паузы (ПДП) и продолжительности интенсивного охлаждения структуру и свойства низкоуглеродистых сталей;
количественная оценка влияния колебаний содержания угле-з в стали (в пределах ГОСТа), технологических параметров про-т и режимов ТМУ на конечные механические свойства арматур-
и угловых профилей;
- установление влияния геометрических параметров охламдаю-
устройств и размеров упрочняемого профиля на изменение рас-
1 и давления охладителя в камере охлаадения;
- создание и апробация универсальной установки интенсивно-
эхлаждения для термической правки и ТМУ угловых профилей пу-
их избирательного л глубокого охлахдения;
- установление влияния высокотемпературной термонеханичес-
обработки ( ВТМО ) на отпускную хрупкость угловых профилей
зовень ударной вязкости при низких температурах;
- теоретическое исследование физических факторов ТМУ низко-
эродисткх и низколегированных сталей с использованием совре-
<ах представлений по теории горячей деформации и термической
зботки.
Научная новизна. В результате проведенного ис-іования получены следующие научные результаты;
1. Построена диаграмма горячей деформации (кривая течения) зродистой стали и установлено влияние продоляительности ПДП
- б -
на характер разупочнения гооячедеформирозанного аустенита. Ві лены границы бывших аустенитных зеоен в закаленной стали и у< новлена зависимость изменения размеров этих зерен з ходе I при разных температурах горячей деформации; установлено влияі ПДП на структуру и конечные механические свойства упрочняеі стали при одинаковой продолжительности интенсивного охландеї и разной температуре конца прокатки.
-
Разработаны регрессионные .модели формирования механи1 ких свойств термомехэнически упрочненного проката из низкоуі родистой и низколегированной сталей, позволяющие прогнозиров; прочностние и пластические характеристики при заданных урові температури деформации, ПДП и продолжительности интенсивного лаядения.
-
Установлено влияние варьирования технологических пі метров прокатки и режимов ТНУ на конечные механические свойс арматурных и угловых профилей; определены соотношения расхо, охладителя на полки и вершины упрочняемых равнополочных уголі для обеспечения одновременности фазовых и структурных превр. ний и предотвращения коробления при ТМУ.
-
Показано, что в угловых профилях из низкоуглеродис стали наблюдается как необратимая, так и обратимая отпуск хрупкость. Исследовано влияние ВТМО на склонность стали к пускной хрупкости; определено, что ВТИО, проведенная по сх прерванной закалки с последующим самсотпуском, устраняет оба да хрупкости.
-
Предлояена концепция образования на дислокациях и границах при ТНУ специфических сегрегационных атмосфер ( Si, Р) из примесей замещения, атомная структура которых выходит рамки йзбєсїнііх моделей облаков Коттрелла.
Теоретически обосновано, что такие специфические сегрегаци-ше образования при ТНУ приводят к значительному повнаениго >чностных характеристик и температуры рекристаллизации (разуп-шения) натериала.
Достоверность результатов и с -іедований. Достоверность основних положений и выводов работе подтвервденн всесторонними лабораторными и промышлен-m экспериментами, выполненными с применением современных ме-іик, приборов и оборудования, технико-эксплуатационными харак-шетиками созданных охлаядавщих устройств, сходимостью резуль-гов расчетов со значениями, определенными экспериментальным гем, а также результатами внедрения ряда разработок в произ-іство.
Практическая значимость. Результаты ;ледований легли в основу разработки и создания технологии ) проката в технологическом потоке сортовых станов 230 и ) КарМК, обеспечивающей получение арматурных профилей с коміксом свойств классов прочности Ят-!11с, Пт-iV и угловых про-іей С275. С2Э5 И С345. Результаты работы нашли отражение в чи-гмых автором курсах: "Теория термической обработки металлов", іхнология термической обработки на металлургических заводах" і студентов специальности 11,07 "Металловедение, оборудование технология термической обработки металлов". Некоторые разделы, іболее ваишые для пррфесс/альней подготовки металловедов-тер-:тов. внедрены в лабораторний практикум, курсовое и дипломное актирование.
Реализация результатов работы. >ультати работы использованы при организации к выпуске термо-санически упрочненнкх арматурных профилей на мелкосортном ста-
- 8 -не 2Ь0 КарМК (технологическая инструкция ВТК 309-ПСТ-10-87). I среднесортнсм стане 400 в зависимости от оешаемой технологиш кой задачи обеспечивается реализация принципа "термическі правки, термического (11 группа прочности по ТУ-Ьі-і-3023-80) термонеханического упрочнения (Г0СТ-27772-88) угловых профил из углеродистой стали ст.З всех степеней раскисления ( акт исі тания териичесной обработки движущихся угловых лрофипей от 12.19У1 г.). Это позволяет получить экономический эффект толы за счет перевода уголков во 11 группу прочности 6.795 млн.теиі в год. Производственным обьединениеы"Злектростальмаш" ( г.Эл тросталь, 1989г.) и ВНІШетМашом в проекте реконструкции сор вых станов 280 и 400 КарМК использованы конструкции пхлаждаэд: устройств для ТМУ арматурных и угловых профилей, предложенные апробированные в опытно-промышленном варианте работы. В связи коренной реконструкцией станов 280 и 400 освоение и промышл ное внедрение результатов работы выполняется по разделу 4.2 : циональной научной программы " Комплексное использование минєі льного сырья на основе ресурсосберегающих и высокоэффективн технологий в горно-металлургическом комплексе" на 1993-1997 г
Апробация работы. Основные положения про денных исследований и результатов их вкедрения докладывались получили одобрение на следующих конференциях, совещаниях, се нарах:
1. Координационных совещаниях по научно-техническому правлении " Термическая ч термомеханическая обработка прокат. Днепропетровск, І931-І990 г.г.
?.. Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение чсства металлопроката путем термической и термомеханической работки" (Днепропетровск, октябрь 1985 г.).
- О -
\>
-
Украинской республиканской конференции " Энергосберегающая технология прокатки" (Донецк, 198? г.).
-
Научно-технической конференции "Создание И'совершенствование энергосберегающей технологии" (Караганда, 198В г.).
-
Всесоюзной научно-технической конференции "Повнвение качества металлопроката путем термической и термомеханической обработки" (Днепропетровск. 1Э88 г.).
6.' Научно-практической конференции "Интенсификация и повышение эффективности использования научно-производственного потенциала" (Караганда, 1989 г,).
-
Всесоюзной научно-технической конференции " Проблемы по-вывения качества металлопроката по основным переделам черной металлургии" (Днепропетровск, 1989 г.).
-
Всесоюзной научно-технической конференции "Новые метери-алы и ресурсосберегавние технологии термической и химико-термической обработки в мааиностроении и металлургии" ( Новокузнецк, 1991г.).
-
Научно-техническом семинаре "Новые стали и сплавы, реми-ны их термической обработки" (Санкт-Петербург, 1992 г.).
10. Научно-техническом совете КгрМК, г. Теммртау, 1987 г. и научно-техничегко"й конференции молодых ученых - специалистов КарМК и завода-ВТаЗа, г.Тэмиртау, .1988 г.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликованы в 36 работах, в той числе в монографии " Физические и технологические основы термомеханического упрочнения стали" обь-емом 12 п.л., в 2 учебных пособиях(25 п.л.), а такае отравены в 6 отчетах по госбюдветным и хоз. договорным НИР.
Обьеы'и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 9 глав, внводов.
- 10 -библиографического списка из 301 наименований и приложений.
Работа излоаена на 345 страницах машинописного текста, включающих 98 рисунков и 22 таблицы.
На защиту выносятся. Концепция образования на дислокациях и субграницах специфических сегрегационных атмосфер особого типа, отличных от известных облаков Коттрелла и приводящих к значительному повишэнию прочностных характеристик и температуры рекристаллизации материала при ТМУ; влияние температуры деформации, ПДП, продолаительности охлаждения на структуру и свойства- арматурных и угловых профилей; результаты влияния длительности ПДП на характер изменения аустенитных зерен; зависимости, отражающие влияние варьирования технологических параметров прокатки и режимов ТМУ на конечные механические сзойства упрочненного проката; закономерности структурообразования. при ТМУ по схеме прерванной закапки с последующим самоотпусксм; основные конструктивные и технологические параметры установок интенсивного охлаждения для ТМУ; зависимости, отражающие влияние ТМУ на склонность углеродистой стали к отпускной хрупкости и уровень ударной вязкости при отрицательных температурах; соотношение расходоз охладителя на различные элементы упрочняемых уголков для предотвращения их коробления.
