Підвищення механічних властивостей кремніймарганцевистих сталей 17г1с, 17гс і 16гс обробкою комплексними модифікаторами - Автореферат

У промисловості та будівництві для виготовлення сталевих каркасів і опір, магістральних нафто-і газопроводних труб, а також поковок суднобудування, широко розповсюджені низьколеговані кремніймарганцевисті сталі з вимогами високого рівня механічних властивостей, потреба в яких обчислюється десятками мільйонів тон. Вимоги бувають достатньо суперечливими, тому вивчення таких сталей з метою їх масового виробництва є актуальним і важливим завданням. Підвищення якості Si-Mn-сталей досягається не тільки завдяки механічним властивостям, але й зменшенням впливу ліквації і неметалевих включень, що формуються при кристалізації. Трудність рішення проблеми полягає не лише в зменшенні кількості шкідливих домішок, таких як сірка і фосфор, але й в розробці рекомендацій по досягненню високої стабільності хімічного складу, структури і механічних властивостей, що дозволяє підвищити конкурентоспроможність Si-Mn-сталей на світовому ринку. Вперше встановлена особливість взаємодії розробленого комплексного модифікатора з компонентами Si-Mn-сталей, в результаті чого досягнуто зниження вмісту газів і шкідливих домішок у модифікованих сталях: кисню на 30...50%, азоту - на 10...35%, водню - на 10...25%, сірки - на 12...20%, фосфору - на 10...15%.Відмічено, що найбільш важливі результати з питань кристалізації, взаємозвязку структури і властивостей, легування, модифікування і термічної обробки вказаних класів сталей висвітлені в роботах В.К. Для дослідження хімічних реакцій і фазових перетворень в сталях використовували метод термогравіметричного аналізу за допомогою дериватографа Q-1500 при швидкості нагріву зразка 10?С/мин. Субмікроскопічні тугоплавкі частки карбідів і нітридів, що виникають при модифікуванні та утворюються в мікрообємах розплаву в результаті взаємодії титану з розчиненим в сталі азотом і вуглецем, служать центрами кристалізації. Сталі 16ГС, 17ГС і 17Г1С, вживані для зварних, клепаних, болтових металоконструкцій і трубопроводів відповідального призначення, згідно тих, що діють за ГОСТ 19281-89 і ГОСТ 4543-90, повинні мати наступний рівень механічних властивостей: sв=430...590 МПА; st=345...355 МПА; d = 21...23%; KCU-20=0,65 МДЖ/м2. На відміну від легування, комплексне модифікування дозволяє підвищувати механічні властивості Si-Mn-сталей не лише за рахунок подрібнення зерна, але і структурних складових, шляхом збільшення числа центрів кристалізації і підвищення дисперсності структури.В результаті узагальнення теоретичних і експериментальних досліджень в дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-технічну задачу підвищення стабільності та рівня механічних властивостей, вивчення закономірностей формування структури промислових кремніймарганцевистих сталей обробкою їх комплексними модифікаторами. Показано, що з низьколегованних кремніймарганцевистих сталей найбільш поширеними є сталі групи 17Г1С, 17ГС і 16ГС, вживані для виготовлення важливих поковок суднобудування, машинобудування, будівельних конструкцій, газо-і нафтопровідних труб великого діаметру. Для отримання високих якісних показників Si-Mn-сталей актуальним є застосування комплексного модифікування, яке являється ефективним способом дії на структуру і властивості сталі. В Si-Mn-сталях в результаті модифікування їх розплавів новими модифікаторами знижується вміст газів і шкідливих домішок: кисню на 30...50%, азоту - на 10...35%, водню - на 10...25%, сірки - на 12...20%, фосфору - на 10...15%. Встановлений механізм кристалізації Si-Mn-сталей, оброблених комплексним модифікатором, що полягає в утворенні додаткових центрів кристалізації та здрібненні аустенітного зерна у 2,5…3,0 рази в результаті взаємодії компонентів модифікатора із розплавом: титан утворює карбіди і нітриди, алюміній надає рафінуючу та розкислюючу дію, кальцій є поверхнево активною добавкою.Комплексное влияние элементов химического состава на свойства поковок из стали 17Г1С // Сб. научн. тр. Влияние химического состава стали St.52.3 на механические свойства крупногабаритных полуфабрикатов //Металлургическая и горнорудная промышленность, 2005. Экологические аспекты обработки стали 17Г1С модификаторами-раскислителями // Экология и ресурсосбережение. Влияние термической обработки и химического состава на механические свойства крупногабаритных полуфабрикатов из стали St.52.3 // Сб. научн. тр. Исследования качества стали 17Г1С, модифицированной титаном и алюминием // Металл и литье Украины, 2007.

Основний зміст роботиОсновний зміст роботи викладено в публікаціях

В результаті узагальнення теоретичних і експериментальних досліджень в дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-технічну задачу підвищення стабільності та рівня механічних властивостей, вивчення закономірностей формування структури промислових кремніймарганцевистих сталей обробкою їх комплексними модифікаторами.

1. Показано, що з низьколегованних кремніймарганцевистих сталей найбільш поширеними є сталі групи 17Г1С, 17ГС і 16ГС, вживані для виготовлення важливих поковок суднобудування, машинобудування, будівельних конструкцій, газо- і нафтопровідних труб великого діаметру. Для отримання високих якісних показників Si-Mn-сталей актуальним є застосування комплексного модифікування, яке являється ефективним способом дії на структуру і властивості сталі.

2. В результаті експериментальних досліджень розроблений, запатентований та випробуваний склад комплексного модифікатора, який включає некондиційні відходи машинобудівних виробництв. Вивчено дію комплексного модифікатора при оптимальній витраті 0,1...0,2% мас., що дозволяє одночасно проводити процеси модифікування, рафінування і розкислювання розплаву. В Si-Mn-сталях в результаті модифікування їх розплавів новими модифікаторами знижується вміст газів і шкідливих домішок: кисню на 30...50%, азоту - на 10...35%, водню - на 10...25%, сірки - на 12...20%, фосфору - на 10...15%.

3. Встановлений механізм кристалізації Si-Mn-сталей, оброблених комплексним модифікатором, що полягає в утворенні додаткових центрів кристалізації та здрібненні аустенітного зерна у 2,5…3,0 рази в результаті взаємодії компонентів модифікатора із розплавом: титан утворює карбіди і нітриди, алюміній надає рафінуючу та розкислюючу дію, кальцій є поверхнево активною добавкою.

В модифікованих сталях досягнуто збільшення кількості перліту з 29 до 37% та підвищення його мікротвердості на 11…13%. Встановлено, що ферит модифікованих сталей додатково містить титан, що підтверджує ефективність дії модифікатору.

4. Встановлено, що в модифікованих сталях у 2,0...2,5 разів зменшились кількість і розміри неметалевих включень. Вперше виявлена зміна морфології та фазового складу неметалевих включень, що полягає в утворенні дрібних глобулярних складних сульфідів, оксидів марганцю з присутністю в них Mg, Cu, Si, Ni, P, O2, а також дисперсних включень нітридів титану з вмістом в них Al і Ca, що сприятиме зміцненню сталей.

5. Вивчений вплив комплексного модифікування на механічні властивості сталей 17Г1С, 17ГС і 16ГС у литому і деформованому станах. Модифіковані стали, в порівнянні з початковими, у литому стані мають вищі міцносні і пластичні властивості: sв підвищився на 18...23%; st - на 13...17%; d - на 8...19%; KCU - на 32...46%.

Розроблений раціональний режим нормалізації при 880....900 °С модифікованих деформованих сталей, що дозволило отримати високий комплекс механічних властивостей:?в = 810МПА, d = 21%, y = 46%, KCU = 0,8МДЖ/м2.

6. Проведена статистична обробка даних хімічного складу і механічних властивостей 42 промислових плавок сталі 17Г1С заводу «Дніпроважмаш». Встановлений вплив елементів хімічного складу на sв, st, d і KCU, що дозволило оптимізувати склад дослідженої групи сталей. Виявлено, що ударна вязкість великогабаритних поковок має найбільшу нестабільність властивостей із-за розкиду вмісту сірки і фосфору.

На основі аналізу 103 великих поковок Новокраматорського машинобудівного заводу встановлено, що для sв і st істотним був вплив C, Mn, Si - основних зміцнювачів сталі. Для d значущими були коефіцієнти кореляції з Si, C, S, Mn; на y помітно впливали C і Si. Найбільший вплив на роботу удару здійснювали Al, P, C; при цьому збільшення концентрації Al сприяло підвищенню KCU, а збільшення концентрації P і S - її зниженню. Встановлено, що при вмісті Al < 0,005% і несприятливому співвідношенні концентрації легуючих елементів неможливо отримати необхідний рівень ударної в?язкості поковок.

7. Вивчення корозійної стійкості Si-Mn-сталей показало, що модифікування зменшує швидкість пітингової корозії: після 720 годин випробувань швидкість корозії зменшилась у 2,0...2,3 рази. Проведеним кореляційно-регресійним аналізом впливу C, Si, Mn, S, P на ударну вязкість листів сталі 17Г1С при - 40°С і - 60°С вперше встановлено, що модифікована сталь має найбільш високі показники ударної в?язкості при низьких температурах. легуючий елемент кремніймарганцевистий сталь

8. Розроблена технологічна інструкція на виплавку і модифікування Si-Mn-сталей. Технологічний процес виплавки сталей, оброблених комплексними модифікаторами, був впровадженим на ДП ВО "Південний машинобудівний завод ім.О.М. Макарова".