Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в странах ЕС и СНГ возросла потребность в сварочной проволоке из сталей, легированных марганцем, кремнием, молибденом, никелем, хромом, ванадием и другими элементами, которая применяется для сварки труб большого диаметра нефтегазового сортамента, судовой стали и т.п.
В катанке, используемой для волочения проволоки из таких слож-нолегированных сталей, произведенной по существующей технологии, формируется многокомпонентная структура, содержащая ферритную, перлитную, бейнитную и мартенситную составляющие. Образование бейнитно-мартенситных участков в структуре, связанное со стабилизирующим действием на аустенит легирующих элементов и неоднородностью их распределения из-за ликвационных процессов, требует проведения на метизном переделе одной-двух операций рекристаллизационного отжига катанки и/или проволоки для снятия наклепа и безобрывного волочения. Дополнительная термическая обработка в значительной степени увеличивает себестоимость производства сварочной проволоки, что приводит к снижению конкурентоспособности этой металлопродукции на рынке.
Поэтому совершенствование химического состава легированных сталей для сварочной проволоки и комплексные исследования закономерностей структурообразования в металле при охлаждении от температур аустенитизации как с отдельного, так и прокатного нагревов, а также определение взаимосвязи между микроструктурой и механическими свойствами катанки из этих сталей для разработка и освоения научно -обоснованной технологии производства катанки, повышенной деформируемости при волочении, является актуальной научно-технической задачей.
Цель исследования. Разработка химического состава и технологии разупрочняющей термообработки катанки из легированных сталей сварочного назначения, обеспечивающих повышение деформируемости при волочении проволоки без применения отжига до получения конечных диаметров и экономию энергоресурсов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить кинетику превращения аустенита в сталях сварочного назначения типа Св-08Г2С, Св-08ГНМ при непрерывном охлаждении с построением термокинетических и структурных диаграмм фазовых превращений. Выявить особенности структурообразования и тонкого строения структуры катанки из исследуемых легированных сталей при различных условиях охлаждения.
Оценить влияние легирующих элементов на структуру, механические и технологические свойства катанки сварочного назначения. Скорректировать химический состав сварочных сталей, легированных марганцем, кремнием, молибденом, никелем, хромом, ванадием и дополнительно бором.
Исследовать ликвацию С, Mn, Si и других легирующих элементов в непрерывно-литой заготовке и катанке, оценить ее влияние на структурообразование и свойства катанки.
4. Разработать режимы охлаждения катанки на линии Stelmor,
обеспечивающие снижение прочностных характеристик и повышение
технологической пластичности при волочении сварочной проволоки без
применения начальных и промежуточных термообработок катанки и
проволоки.
Научная новизна и значимость полученных результатов состоит в следующем.
Определено, что в сталях Св-08Г2С и Св-08ГНМ дополнительное легирование бором с установленным отношением B/N = 0.80 ± 0.15 снижает критическую скорость закалки и увеличивает температуру начала мартенситного превращения, несмотря на снижение в пределах марочного состава содержания легирующих элементов, что приводит к более интенсивному формированию бейнитно-мартенситных участков. Установлены интервалы диффузионного и промежуточного превращений. Показано, что при скоростях охлаждения менее критических превращение аустенита практически заканчивается в бейнитной области с сохранением до 5 % непревращенного аустенита, а для стали Св-08ГНМ количество остаточного аустенита составляет 3 % с окончанием распада в бейнитной области.
Установлено, что ограничение содержания упрочняющих элементов в сталях Св-08Г2С и Св-08ГНМ при отношении B/N = 0.80 ± 0.15, высокая температура конца прокатки (1000... 1050С) и виткообразования (940...970С), низкая скорость воздушного охлаждения катанки на линии Stelmor, не превышающая 0.35С/с, снижают плотность дислокаций и микро де формацию кристаллической решетки феррита и гарантируют получение размера зерна феррита № 9, 8, минимальное количество бейнитно-мартенситных участков, что обеспечивает повышение деформируемости катанки и безотжиговое волочение.
Установлено, что изотермическая выдержка аустенита стали Св-08Г2С разработанного химического состава в интервале температур 550...600С, а сталей Св-08ГНМ, Св-08ГШМА, Св-08ХГ2СМФ при 600...700С в течение 1200... 1800 с формирует преимущественно фер-ритно-перлитную структуру: в сталях Св-08Г2С, Св-08ГНМ и
Св-08ГШМА без бейнитно-мартенситных участков, а в стали Св-08ХГ2СМФ образуются бейнитно-мартенситные участки до 6 %.
Практическая значимость. На базе теоретических и экспериментальных исследований разработана и в условиях ОАО «Молдавский металлургический завод» (ОАО «ММЗ») реализована комплексная технология производства катанки из всех исследуемых сталей, разлитых на машинах непрерывного литья в заготовки малого сечения, исключающая промежуточные отжиги при волочении.
По кооперации ОАО «ММЗ» - ОАО «Межгосметиз-Мценск» и ОАО «ММЗ» - ОАО «Северсталь-метиз» разработана и внедрена сквозная энергосберегающая технология производства омедненной сварочной проволоки диаметром 5.0...0.8 мм из борсодержащих легированных сталей, обеспечивающая высокую деформируемость катанки в проволоку без термической обработки.
Годовой экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы в условиях ОАО «ММЗ» и на метизных предприятиях составляет 463750 долларов США в ценах 2009 г.
Разработана нормативная документация на производство катанки по новой технологии на ОАО «ММЗ»:
ТИ 518-2012-ПС-0006-2006 «Термическая обработка стержневого и бунтового проката в потоке мелкосортно-проволочного стана 320/150»;
технологическая карта ТК 6 «Сквозной технологический процесс производства продукции в соответствии с требованиями контрактов. Арматурные кремнемарганцевые и сварочные низколегированные стали»;
технические условия ТУ У 27.1-23365425-595:2005 «Катанка повышенной деформируемости из легированной стали для изготовления сварочной проволоки прямым волочением»;
техническое соглашение ТО/ТС-СС-01-2008 об условиях поставки катанки из легированной стали марок Св-08ГНМ, Св-08ГШМА, Св-10ГАА, Св-08ХГ2СМФ, Св-10ХГ2СМФ, Св-08ГШФАА и Св-08ГШ2ФАА для изготовления сварочной проволоки между СЗАО «ММЗ», ОАО «Северсталь-метиз», ОАО «ТД «ММЗ».
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Закономерности формирования структуры при непрерывном ох
лаждении с разными скоростями в сталях сварочного назначения, леги
рованных бором и минимальным содержанием на марочном уровне уп
рочняющих элементов.
Влияние разработанного химического состава легированных сталей сварочного назначения и режимов охлаждения на линии Stelmor на тонкую структуру катанки.
Изменение структуры и свойств катанки при использовании изотермической выдержки в процессе охлаждения на воздухе.
Разработанные химический состав сталей и режимы охлаждения катанки на линии Stelmor, гарантирующие повышенную ее деформируемость при волочении в омедненную сварочную проволоку.
Влияние химического состава исследуемых сталей с бором на развитие ликвационных процессов в кристаллизующемся металле, струк-турообразование и механические свойства катанки, деформируемость катанки при волочении.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Меж-дунар. научн. техн. конф. «Технология и оборудование прокатного производства», г. Москва, 2009 г.; 67-ой научн. техн. конф. г. Магнитогорск, 2009 г.; Междунар. научн. техн. конф. "Процессы абразивной обработки, инструменты и материалы", г. Волжский, Волгоградской обл., 2009 г.
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 15-ти публикациях, в том числе 2-х монографиях; 2-е статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений.
Материалы работы изложены на 128 страницах (122 страниц основного текста) и содержат 58 рисунков, 25 таблиц, список использованных литературных источников из 111 наименований и 4 приложения на 6 страницах.
