Введение к работе
.. _
Актуальность проблемы. Развитие черной металлургии в значительной мере обусловлено требованиями ведущих металлопотребляющих отраслей промышленности по повышению эксплуатационных свойств конструкционных сталей с целью увеличения допустимых нагрузок, снижения металлоемкости и повышения надежности машин, конструкций, магистральных газопроводов и др. При значительных объемах производства металлопроката на первый план выдвигается также задача снижения энергопотребления и расхода сырьевых ресурсов при его производстве. Важными и актуальными в связи с этим являются работы, направленные на создание металловедческих основ и разработку новых технологий, позволяющих производить продукцию с требуемым сочетанием свойств непосредственно в потоке прокатного стана (исключая последующую термическую обработку) путем целенаправленного управления процессами структурообразования, а также расширение областей эффективного применения таких технологических схем (в части марочного и размерного сортамента, назначения проката и др.). Такой подход позволяет повысить конкурентноспособность отечественной металлопродукции, определяемую достигаемым сочетанием характеристик металла при снижении затрат на его производство.
Цель работы. Создание и внедрение новых эффективных технологических схем контролируемой прокатки (КП), а также экономнолегиро-ванных сталей повышенной прочности с пределом текучести от 325 до 685 H/mnt с улучшенными показателями сопротивления разрушению и хорошей свариваемостью; формулирование требований к оптимальной для данного сочетания свойств структуре; разработка металловедческих основ термомеханической обработки в потоке прокатного стана сталей различных типов и расширение областей эффективного использования контролируемой прокатки и новых материалов, полученных с ее применением.
На защиту выносятся:
-выявленные закономерности влияния параметров структуры на свойства сталей, подвергаемых контролируемой прокатке как основа для направленного выбора типа структуры матрицы и дополнительных структурных механизмов, обеспечивающих заданное сочетание свойств;
-установленные закономерности структурообразования на последо-
вателышх стадиях, процесса горячей деформации, и выявленные механиз
мы улучшения комплекса свойств при контролируемой прокатке и на их
основе разработка новых прогрессивных схем термодеформационной об
работки, обеспвчиващих-получение оптимальной структурыи заданного
сочетания свойств стали; -
-выявленные пути и комплексные решения (направленные изменения технологии, состава и структуры) по созданию высокопрочных свариваемых сталей (Oq 2^590 Н/мм2), не требующие применения закалки с последующим отпуском;
-установление эффективности (и ограничений) применения КП для улучшения комшіекса свойств сталей различных типов (углеродистых, -низколегированных, легированных), выбор оптимальных технологических схем в зависимости от легирования, а также решение обратной задачи - оптимизации состава стали для повышения эффективности применения данной схемы КП;
-комплексное использование полученных результатов для разработки новых эффективных марок сталей и промышленной технологии контролируемой прокатки для производства проката с улучшенным комплексом свойств для газопроводных труб, строительства и машиностроения, а также результаты промышленной'реализации разработок..
Научная новизна;
Сформулированы и экспериментально обоснованы требования к структурному типу матрицы и упрочняющих структурных факторов, обеспечивающих заданное сочетание повышенной прочности (предел текучести 325-685 Н/мм2) и высокого сопротивления разрушению сталей, получаемых контролируемой прокаткой взамен завершающей термообработки.
На основании исследования контролирующих факторов структуро-образования на последовательных стадиях технологического процесса деформации установлено, что возможности эффективного применения КП с достижением воспроизводимых результатов направленного воздействия на структуру реализуются только в ограниченных температурных интервалах, определяемых взаимным расположением критических точек прев-, ращения и характеристических температур рекристаллизации данной стали, которые представляют собой стадии КП, обеспечивающие получение заданного структурного состояния аустенита, или продуктов его распада:
1 ~ тдеф" > т95 ^Тбни*8 (измельчение зерна за счет много-
кратной рекристаллизации аустенита);
II - Тс > Т_вф > Аг3 (наклеп аустенита, сопровоадащийся
- увеличением Б*Ф);
III - Аг3 > Т_еф> Ai*j (наклеп феррита и его полигониза-
ция).
При этом все варианты осуществления контролируемой прокатки (определяете граничными условиями структурообразования, а не параметрами технологии) сводятся к трем типам:
1) рекристаллизационная контролируемая прокатка (РКП): I ста
дия деформации;
2) высокотемпературная контролируемая прокатка (ВКП): I+II
стадии деформации;
3) низкотемпературная контролируемая прокатка (НКП): I+II+III
.стадии деформации.
Впервые показана возможность получения высоких характеристик вязкости и хладостойкости высокопрочных свариваемых сталей с пределом текучести 590-785 Н/мм2 со структурой бейнита, образованного из нерекристаллизованного мелкозернистого аустенита с высокой удельной эффективной поверхностью S^T*
Установлены основные структурные механизмы, определяющие улучшение комплекса свойств, как собственно при контролируемой прокатке сталей различных типов (измельчение зерна аустенита, повышение S^** при Тдеф< Ttj, приводящее к уменьшению размера зерна феррита, пакетов и реек бейнита и мартенсита, формирование оптимальной субзерен-ной и дислокационной структуры и кристаллографической текстуры), так и при последующем ускоренном охлаждении (дополнительное измельчение зерна феррита, частиц карбонитридных фаз, изменение объемной доли, типа и морфологии упрочняющих структурных составляющих). Установлен превалирующий механизм измельчения зерна при ускоренном охлаждении, определяемый увеличением скорости зарождения феррита в переохлажденном аустените, что в "3,5 раза более эффективно в сравнении с влиянием собственно снижения критических точек превращения.
С использованием полученных количественных закономерностей построены и реализованы на ЭВМ математические модели формирования структуры и свойств V-TI-N-содержащих низколегированных сталей при РКП и микролегированных ниобием сталей при ВКП.
На уровне изобретений разработаны новые технологические схемы
КП и эффективные хладостойкие конструкционные стали повышенной и высокой прочности.
Практическая ценность и реализация результатов работы в промышленности.
Результаты проведенных исследований позволили расширить структурный диапазон конструкционных сталей ответственного назначения, получаемых контролируемой прокаткой (от феррито-перлитных до бей-нитных и мартенситных), способствовали дальнейшему развитию практики применения контролируемой прокатки для изготовления сталей с более высоким уровнем свойств, расширению марочного и размерного сортамента, применению новых технологических схем.
Разработан ряд экономнолегированных хладостойких свариваемых конструкционных сталей повышенной и высокой прочности (предел текучести 325-685 H/MM2): ВСтЗсп-У, 09Г2СФТ, І4Г2АФТ, 09ХГ2НМФБТЮ, 09Г2НМФБТЮ, І0ХГ2НФБ, 06ГІБ, І0Г2ФВ, ІЗГІСБ-У. Применительно к оборудованию прокатных станов 2800 ОХМК, 2000 НЛМК, 3600 МК"Азов-сталь", 3000 МК им. Ильича, 2000 ЗКО разработана, опробована и внедрена промышленная технология контролируемой прокатки листового и рулонного проката толщиной 6-34 мм для хладостойких газопроводных труб диаметром 530-1420 мм категории прочности К52-60 (ЧТПЗ, ХТЗ, ВМЗ), кузовов автомобилей БЕЛаз, несущих конструкций горнодобывающего оборудования, гнутосварных профилей в северном исполнении, строительных конструкций и др.
Разработанные технологические решения и конструкционные стали позволили получить значительный технический и экономический эффект: сочетание механических свойств проката, не достигаемых ранее, при существенном снижении потребления энергетических и сырьевых ресурсов, повышение производительности прокатного оборудования, уменьшение количества брака и др. В целом с использованием разработок автора произведено более 600 тыс. тонн проката с улучшенным комплексом потребительских свойств.
Предложенный в работе подход служит основой дальнейших разработок новых сталей и технологических схем производства проката с заданными свойствами для конкретного сортамента, набора оборудования и назначения продукции.
Личное участие автора. Автор является руководителем цикла научно-исследовательских работ, в ходе проведения которых получены
основные результаты, обобщенные в диссертации. Большая часть экспериментальных результатов в лабораторных и промышленных условиях получена самостоятельно..Постановка задач, основные положения, анализ и трактовка экспериментальных результатов в совместных публикациях, отражающих научную новизну работы, принадлежат автору.
Апробация работы. Основные положения работа доложены и обсуждены на ряде международных и всесоюзных конференций, семинаров и совещаний, в том числе: "Проблемы создания и применения высокопрочных конструкционных сталей" (Москва, 1983), семинар ИНТЕРМЕТАЛЛа по технологии и оборудованию для производства термоупрочненных свариваемых конструкционных сталей (Будапешт, 1987), "Качество толстолистового проката (штрипса) из новых низколегированных сталей и труб для магистральных трубопроводов" (Мариуполь, 1989), "Повышение механических и эксплуатационных, свойств сталей массового производства" (Москва, 1990), "Структурообразование при горячей деформации" (Москва, 1991), "Повышение прочности и хладе-стойкости массовых видов проката из конструкционных сталей" (Москва, 1992), "Черная металлургия России и СНГ в XXI веке" (Москва, 1994), "Магистральным трубопроводам - качественные трубы" (Харцызск, Украина, 1995), семинаре по разработке и применению микролегированной горячекатаной листовой и полосовой стали (Москва, 1996). Отделыше разделы работы обсуждались на технических советах и совещаниях на ОХМК, НЛМК, МК им. Ильича.
.' Публикации. По материалам диссертации опубликовано 43 работы, включая 12 авторских свидетельств и патентов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованной литературы из 400 наименований и приложений, со держит 255 страниц машинописного текста, 145 рисунков и 22 таблицы.
Автор искренне благодарен д.т.н., проф.|Д.А.литвиненко| за совместные труды и благожелательную творческую атмосферу, способствовавшую проведению настоящей работы.
