Введение к работе
Актуальность проблемы. Применение проката повышенной прочности позволяет решать проблему повышения надежности конструкций при одновременном снижении их металлоемкости. Заметный прогресс в его производстве наметился в связи с организацией на металлургических предприятиях контролируемой прокатки и термической обработки готового проката - нормализации и термического улучшения.
Вместе с тем, развитие автомобилестроения, строительства и машиностроения сопровождалось ужесточением технических требований к конструкционным сталям, которые не могли быть обеспечены существующим марочным сортаментом и традиционными технологическими процессами. Были выдвинуты новые, более жесткие, требования к металлу для несущих конструкций, в первую очередь к стабильному обеспечению требуемых классов прочности. Кроме этого, низкие прочностные характеристики листовых сталей не позволяли создать и освоить новые модели грузовых автомобилей, а также снизить металлоемкость легковых. Причем, изготовление деталей методом холодной штамповки на автоматизированных линиях автозаводов повысило требования к пластичности и однородности свойств применяемого листового проката.
Несмотря на большое количество исследований по разработке и применению низколегированных сталей, вопросы более полного использования потенциальных возможностей состава сталей, гарантированного обеспечения требуемого класса прочности и уменьшения колеблемости свойств листового проката, при одновременном снижении расхода дефицитных легирующих элементов, не получили должного раззития.
В связи с этим, изучение в настоящей работе закономерностей комплексных процессов структурообразования и формирования свойств в сталях, легированных марганцем и кремнием, и разработка на их основе составов и технологий производства листового конструкционного проката различных классов прочности и высокой пластичности, а также разработка способов стабилизации
уровня свойств представляет собой актуальную задачу, имеющую большое научное и практическое значение.
Цель работы. Разработка научных положений формирования заданной структуры и свойств низколегированных сталей путем оптимизации химического состава и целенаправленного управления фазовыми и структурными превращениями при кристаллизации, деформации и термической обработке. Создание на этой основе и промышленное освоение новых экономнолегированных конструкционных листовых сталей, гарантируемых классов прочности. На защиту выносятся:
1. Выявленные закономерности формирования структуры и развития лик
вации при кристаллизации и фазовых превращениях в малоуглеродистых низ
колегированных сталях. Особенности образования концентрационно- струк
турной неоднородности. Разработанные рекомендации по базовому составу
сталей для конструкционного листового проката повышенной прочности.
-
Закономерности влияния химического состава и параметров горячей деформации на процессы статического разупрочнения стали и обобщенная математическая модель изменения сопротивления деформации стали при многократном деформировании в условиях неполного разупрочнения.
-
Рекомендации по повышению стабильности свойств и обеспечению требуемого уровня прочности конструкционного листового проката, разработанные на основании установленных зависимостей комплексного влияния химического состава и технологических параметров горячей прокатки и термообработки на структуру и свойства стали.
-
Результаты промышленного освоения новых экономнолегированных листовых сталей повышенной прочности для холодной штамповки деталей автомобилей, а также горячекатаных конструкционных листовых сталей, поставляемых по группам и классам прочности.
Научная новизна.
- Сформулированы теоретические представления о комплексном влиянии базовых (углерод, марганец, кремний) элементов на процессы оруктурообра-зования при кристаллизации и фазовых превращениях, развития концентрації-
онно-структурной неоднородности,- определяющих комплекс свойств проката. Установлено влияние марганца и кремния на положение концентрационной границы между областью образования феррита (8) и перитектического аусте-нита в процессе кристаллизации стали.
Обоснована целесообразность уменьшения содержания марганца в конструкционной стали, с компенсацией его упрочняющего влияния элементами а- стабилизирующего типа - прежде всего кремнием.
Установлена наследственная взаимосвязь процессов структурообразова-ния на протяжении всего металлургического цикла производства и изменения свойств листовой низколегированной стали.
Обоснована возможность управления эффектами наследственной кон-центрационно - структурной неоднородности двумя основными способами -регулированием первичной структуры и параметрами последующей деформационно - термической обработки.
Определены основные требования к базовому химическому составу и структуре конструкционной листовой стали различного назначения.
Установлены новые закономерности влияния химического состава и параметров горячей деформации на статическое разупрочнение сталей. Впервые разработана методика расчета сопротивления деформации стали при многократном ее деформировании в условиях неполного завершения процесса разупрочнения, учитывающая содержание химических элементов.
Выявлены особенности влияния деформации и охлаждения на процессы превращения аустенита в низкоуглеродистых сталях различных систем легирования. Установлены закономерности влияния колебаний химического состава (в пределах марочного) и изменения режимов горячей прокатки на структуру и свойства углеродистых и низколегированных сталей. Разработаны параметры процесса производства горячекатаной листовой стали гарантируемых классов прочности.
Установлена взаимосвязь прочностных характеристик нормализованной и горячекатаной стали и обоснованы способы регулирования параметров термообработки в зависимости от условий горячей прокатки листов.
Определено влияние колебания (в пределах марочного состава) содержания химических элементов и изменения параметров термической обработки на структуру и свойства листовой легированной марганцем и титаном низкоуглеродистой стали. Предложены новые технологаческие решения по термической обработке этого проката, гарантированно обеспечивающие требуемый комплекс прочностных и пластических характеристик.
Разработаны новые экономнолегированные составы конструкционных сталей и способы стабилизации механических свойств листового проката, защищенные авторскими свидетельствами.
Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты позволили:
разработать технологический процесс и освоить в условиях Карагандинского металлургического комбината производство листовой и полосовой стали повышенной прочности для холодной штамповки деталей автомобильных рам;
разработать технологию прокатки и освоить на Новолипецком металлургическом комбинате производство горячекатаной тонколистовой стали повышенной прочности для дисков автомобильных колес;
разработать требования технических условий на качественную конструкционную сталь марок 15ГЮТ (ТУ 14-1-2366-78) 20ГЮТ (ТУ 14-1-3839-84) и горячекатаную травленую ленту из низколегированных сталей марок ОбСЮТч и ОбСЮЦч (ТУ 14-1-4936-90);
разработать рациональные технологические режимы и освоить на Кар-меткомбинате производство листовой конструкционной стали дифференцированной по группам прочности по ТУ 14-1-3023-60 и повышенной прочности по ГОСТ 19281-89;
повысить грузоподъемность и технические характеристики большегрузных автосамосвалов КАМАЗ за счет применения разработанной высокопрочной листовой стали. Доля эффекта, приходящаяся па разработку и создание новой стали - 10,4 млн. р\о. (в ценах 1990 г.);
получить наДСарМК эффект-за счет экономии легирующих элементов, улучшения качества металла и. производства листового проката гарантируемых классов прочности (1,5 млн. руб. а ценах 1990 г.);
снизить металлоемкость и повысить надежность дисков колес автомобилей ВАЗ;
опробовать в условиях предприятий Украины технологию производства полос из стали 15ГЮТ для вагоностроения и стали типа 06СЮТ для дисков автомобильных колес.
Апробация работы
Материалы работы доложены и обсуждены на Всесоюзных (г. Москва -1992, г. Челябинск - 1989 г., г. Днепропетровск - 1981 г.) и Республиканской (Донецк - 1982 г.) конференциях. На научных семинарах отделов металловедения и термической обработки ИЧМ в 1978-96 г.г.
Результаты исследований являются составной частью работ, удостоенных Государственной премии Казахстана в области науки и техники, золотой и серебряной медалей ВДНХ СССР, премии ВНТО черной металлургии им. Д.К. Чернова.
Публикации. По теме диссертации опубликовано: 1 брошюра и 50 статей, получено 10 а. с. СССР и 3 патента России на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации 251 страница машинописного текста, 98 рисунков и 43 таблицы. Список литературы содержит 424 наименования.
Диссертация представляет собой обобщение научных результатов, полученных автором при выполнении научно-исследовательских работ в Институте черной металлургии в период с 1975 по 1996 года. В работе использованы результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных под руководством или при участии автора.
