Особливості формування структури та властивостей композитного листового прокату з високохромистої сталі - Автореферат

Інститутом чорної металургії НАН України разом з металургійними підприємствами “Дніпроспецсталь” та “Запоріжсталь” розроблено спосіб одержання композитного зливка, зі зниженим вмістом дефіцитних легуючих елементів у внутрішній зоні, шляхом послідовного розливання в одну виливницю сталей різного складу. В звязку з цим, дослідження особливостей процесів структуроутворення та формування властивостей у нержавіючому прокаті, який отримано з композитної сталі, а також розробка рекомендацій щодо складу та технологічних параметрів виробництва композитного листового прокату різного призначення являють собою актуальну задачу, яка має наукове та практичне значення. Робота виконувалась відповідно з планами науково-дослідних робіт НАН та Мінпрому України: “Дослідження процесів структуроутворення та фазових перетворень багатошарових сталей та сплавів при формуванні їх з рідких розплавів”, “Розробка корозійностійких економнолегованих багатошарових сталей з поліпшеним комплексом властивостей для вагонів різного призначення”, “Дослідження впливу параметрів багатошарових зливків із композицій високохромистих сталей та режимів термообробки на фізико-механічні властивості прокату”, “Дослідження, розробка дослідно-промислової технології виробництва електрозварних труб із багатошарової сталі ДІ-117 та їх комплексу фізико-механічних властивостей”. Показано, що співвідношення легуючих елементів (Cr, Mn, Si, Ti та інші), яке одержано у внутрішній зоні композитного прокату, при вмісті вуглецю від 0,08 до 0,14% збільшує ступінь “виклинювання” області, при цьому лінії фазової рівноваги зміщені праворуч порівняно з відомою діаграмою: Fe - 12% * Cr - C Виявлено, що формування “смугастості” в двофазній внутрішній зоні композиту звязано зі спадковим проявленням хімічної мікронеоднорідності, властивої литому стану.Нині композитний прокат, отриманий способом послідовного розливання, не знайшов широкого вживання в масовому виробництві головним чином через відсутність систематичних даних, які характеризують стабільність показників його структури та якості. Проведено металографічний аналіз зразків композитного холоднокатаного прокату завтовшки 1,0-2,0 мм., виявлена чітко виражена зональна структура, яка складається з трьох зон - двох поверхневих та внутрішньої. З метою дослідження впливу хімічного складу внутрішньої зони композитного прокату на характер фазово-структурних перетворень в умовах гарячої деформації проведено експерименти, які включають нагрів до температур 750-12000С. З метою вивчення формування структури внутрішньої двофазної зони та її впливу на механічні властивості композитного прокату в цілому проведено експерименти, які включають високотемпературну (10000С) витримку на протязі 4-20 хв., зразків композитного прокату з сталі ДІ-117 із вмістом вуглецю у внутрішній зоні від 0,10 до 0,14% з наступним охолодженням на повітрі. Показано, що збільшення VM у внутрішній зоні в межах одного складу призводить до підвищення міцностних властивостей та зниження пластичності композитного прокату.Методом мікрорентгеноспектрального аналізу виявлено рівномірний розподіл хімічних елементів по перерізу прокату в межах поверхневої та внутрішньої зон, та стрибкоподібний - у вузькому перехідному шарі між ними. По хімічному та фазовому складу поверхнева зона відповідає феритній сталі 08Х18Т1, а склад внутрішньої зони, незалежно від марки сталі, яка доливається, відрізняється зміненням вмісту вуглецю - 0,08-0,14% та хрому - 11,0-16,2% при незначному змінюванні вмісту інших елементів. В результаті дослідження фазового складу композитного прокату в інтервалі температур 750-12000С, проведеного методом гартування, виявлено, що компоновка легуючих елементів, яка характерна для внутрішньої зони, при вмісті вуглецю від 0,08 до 0,14% зменшує ступінь “виклинювання” області, і лінії фазових рівноваг зміщуються праворуч порівняно з відомою діаграмою для чистих: Fe - (12% * Cr) - C сплавів Показано, що зерно фериту поверхневої зони композитної сталі, більше зазнає зростання, ніж зерно фериту внутрішньої зони, тому температурні режими нагрівання та гарячої деформації трьохшарового прокату повинні визначатися насамперед з урахуванням структуроутворення в поверхневій зоні. Більш високий рівень показників міцностних властивостей характерний для прокату, який має двофазну структуру внутрішньої зони.

. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. В науковій літературі достатньо повно вивчені структура, фазові перетворення та механічні властивості корозійностійких хромистих сталей. Обгрунтована перспективність більш широкого використання економнолегованих хромистих сталей феритного класу. В той же час інформація про особливості структуроутворення, фазові перетворення та механічні властивості листового композитного прокату з корозійностійкими шарами з хромистої сталі феритного класу обмежена.

2. Вивчені особливості розподілу хімічних елементів та будови трьохшарового листового прокату, виробленого зі зливків, отриманих методом послідовного розливання нержавіючої високохромистої сталі феритного класу та вуглецевої, або низьколегованої в одну виливницю. Встановлено чітко виявлену зональність структури по перерізу прокату при змінюванні товщини поверхневої зони в межах 120-200 мкм. Розміри перехідної зони незначні - 10-20 мкм., для неї характерна відсутність включень та вторинних фаз.

3. Методом мікрорентгеноспектрального аналізу виявлено рівномірний розподіл хімічних елементів по перерізу прокату в межах поверхневої та внутрішньої зон, та стрибкоподібний - у вузькому перехідному шарі між ними. По хімічному та фазовому складу поверхнева зона відповідає феритній сталі 08Х18Т1, а склад внутрішньої зони, незалежно від марки сталі, яка доливається, відрізняється зміненням вмісту вуглецю - 0,08-0,14% та хрому - 11,0-16,2% при незначному змінюванні вмісту інших елементів.

4. Встановлено, що структура поверхневої зони гаряче-та холоднокатаного композитного прокату є однофазною (зеренний ферит).

5. В результаті дослідження фазового складу композитного прокату в інтервалі температур 750-12000С, проведеного методом гартування, виявлено, що компоновка легуючих елементів, яка характерна для внутрішньої зони, при вмісті вуглецю від 0,08 до 0,14% зменшує ступінь “виклинювання” області, і лінії фазових рівноваг зміщуються праворуч порівняно з відомою діаграмою для чистих: Fe - (12% * Cr) - C сплавів

6. Показано, що зерно фериту поверхневої зони композитної сталі, більше зазнає зростання, ніж зерно фериту внутрішньої зони, тому температурні режими нагрівання та гарячої деформації трьохшарового прокату повинні визначатися насамперед з урахуванням структуроутворення в поверхневій зоні.

7. Проведені випробування високотемпературної деформації зразків гарячекатаного композитного прокату з одно- та двофазною структурою внутрішньої зони показали монотонне зниження як його міцностних, так і пластичних властивостей при підвищенні температури від 950 до 11500С. Більш високий рівень показників міцностних властивостей характерний для прокату, який має двофазну структуру внутрішньої зони.

8. Показана доцільність зниження температури нагріву слябів з композитної сталі ДІ-117 та температури їх гарячої деформації на НТЛС з метою забезпечення економії енергоресурсів при збереженні якості.

9. Стабілізуючою термообробкою гарячекатаного композитного прокату рекомендовано помякшуючий нагрів до температури 8500С, з послідовним охолодженням водою, як такий, що забезпечує достатній рівень механічних властивостей та ударної вязкості.

10. Остаточною термообробкою холоднокатаного композитного прокату рекомендовано загартування у воді з температурою нагріву 9500С, яке забезпечує рекристалізацію феритного зерна, запобігання виділення крихких фаз по границях зерен та одержання оптимальної кількості зміцнюючої фази в композитному прокаті з двофазною структурою.

11. Методом трансмісійної електронної мікроскопії виявлено, що у холоднокатаній композитній сталі після термообробки, що рекомендується ферит однофазної внутрішньої зони характеризується низькою щільністю дислокацій. У фериті двофазної внутрішньої зони щільність дислокацій вища, а зміцнююча фаза являє собою, здебільшого, рейковий мартенсит. Кристали гольчастого мартенситу, які спостерігаються на окремих ділянках, очевидно, з підвищеним вмістом вуглецю, мають двійникову будову.

12. Показано, що більш сприятливі для витягування текстуру та текстурні показники здатності до штампування має композитна сталь з однофазною структурою внутрішньої зони. Рекомендовано використовувати холоднокатаний композитний прокат з однофазною структурою внутрішньої зони для виготовлення деталей категорії витягування СВ методом холодного штампування. Той же прокат з двофазною структурою внутрішньої зони можна рекомендувати для використання при штампуванні нескладних для витягування виробів зі зменшенням маси деталей.

13. На підставі проведених досліджень виявлені особливості впливу структури гаряче- та холоднокатаного композитного прокату на його міцностні та пластичні властивості. Обгрунтована можливість керування структурою та властивостями гаряче- та холоднокатаного прокату шляхом регулювання складу внутрішньої зони при здобуванні композитного зливка.

14. Розроблено технічні умови ТУ У 322-004-377-95 “Прокат холоднокатаний трьохшаровий з корозійностійкими поверхневими шарами”.

15. Обгрунтовано та підтверджено промисловою перевіркою в умовах таких підприємств, як ВАЗ, НТЗ, доцільність використання замість нержавіючої сталі 08Х18Т1 композитного прокату, який має підвищений комплекс механічних та експлуатаційних властивостей при зниженні його собівартості на 10-15%.

1. Опыт производства металлопроката из многослойных сталей / Т.М. Титова, В.М. Кондратенко, С.Н. Поляков, В.А. Молчанов // Процессы лиття. - К.-1997. - №4. - С. 23-26.

2. Кондратенко В.М., Молчанов В.А., Гречная И.Я. Свариваемость композитной стали ДИ-117 // Автоматическая сварка. -1998. - №1. - С. 47-48.

3. Левченко Г.В., Молчанов В.А., Нестеренко А.М. Исследование фазового состава и механических свойств высокохромистой листовой композитной стали при высоких темературах // Теория и практика металлургии. - 1998. - №3. - С. 35-37. сталь високохромистий метал

4. Нестеренко А.М., Левченко Г.В., Молчанов В.А. Влияние химического состава, параметров зеренной структуры и текстуры на свойства высокохромистой композитной стали // Металлофизика и новейшие технологии. - 1998. - т. 20 - №12. - С. 30-36.

5. Молчанов В.А., Левченко Г.В., Нестеренко А.М., Шмелев Ю.С. Влияние химического состава и структуры внутренней зоны на механические свойства композитного листового проката // Теория и практика металлургии. - 1998. - №3. - С. 39-42.

6. Многослойная коррозионная сталь ферритного класса для вагоностроения / С.Н. Поляков, С.С. Казаков, В.А. Молчанов, Т.А. Гладкова // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1999. - №1.

Размещено на .ru