Розробка нової економнолегованої сталі, її випробовування при виготовленні макетів суднових валів. Комплексне дослідження розподілу макро- і мікроструктури та механічних властивостей в об’ємі поковки, придатності сталі для виробництва суднових валів.
Аннотация к работе
АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук УДОСКОНАЛЕННЯ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ ТА РЕЖИМІВ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ СТАЛІ ДЛЯ СУДНОВИХ ВАЛІВНауковий керівник: доктор технічних наук, професор ЗАБЛОЦЬКИЙ Володимир Кирилович, професор кафедри металознавства, технології та термічної обробки металів Донбаської державної машинобудівної академії Міністерства освіти та науки України, м. У дисертації вирішено актуальну науково-технічну задачу удосконалення хімічного складу і технології термічної обробки сталі для крупногабаритних суднових валів з метою підвищення комплексу механічних і експлуатаційних властивостей. Виконаний комплекс досліджень розподілу макро-і мікроструктури, а також механічних властивостей в обємі поковки показав придатність сталі М27 для виробництва суднових валів категорії міцності КМ28А (ДСТ 8536-79) - у нормалізованому стані і КТ40 - у термополіпшеному стані при істотному перевищенні нормованого рівня пластичності й ударної вязкості. Сталь М27 і режими її термічної обробки впроваджено у виробництво суднових валів на ЗАТ "НКМЗ" (м. Економічний ефект від заміни хромо-нікелевих і хромо-молібденових сталей на сталь М27 у 2008-2009 роках склав 253,1 тис. грн; очікуваний економічний ефект у 2010 р. складає 191 тис. грн. при долі здобувача 20 %.Масивні (до декількох десятків тон) та довгомірні (до 26 м) поковки застосовуються в різних галузях промисловості, зокрема, для суднових валів великотоннажних танкерів, суховантажних судів, криголамів, кораблів військово-морського флоту. Перша група сталей не забезпечує достатньої надійності, а друга група (при обмеженій надійності і високій вартості) дуже трудомістка при куванні та термічній обробці, до того ж має підвищену чутливість до концентрації напруг і до масштабного фактору. Зниження чутливості до концентрації напруг може бути досягнуте шляхом зміни властивостей матеріалу, в першу чергу, за рахунок збільшення пластичності при збереженні або підвищенні рівня міцності. Метою даної роботи є розробка хімічного складу та технології термічної обробки економнолегованої сталі для гребних валів великотоннажних судів, яка має високу пластичність і вязкість у поєднанні з достатньою міцністю, на основі нових даних про закономірності впливу мікролегування та термічної обробки на мікроструктурний стан і комплекс механічних властивостей середньовуглецевих машинобудівних сталей. Дослідити вплив мікролегування на міцність, пластичність і опір втомленості маловуглецевих конструкційних сталей і на цій основі розробити склад нової сталі для суднових валів з покращеним комплексом механічних властивостей.Було встановлено, що гребні вали піддаються циклічному вантаженню і їх надійність визначається опором втомленості в зоні зєднання валу зі ступицею гребного гвинта. Методом фракційного розливання були отримані зливки з наростаючим вмістом вищезгаданих елементів, які піддавали куванню, відпалу, механічній обробці та кінцевій термічній обробці (гартуванню і відпуску при 650 ОС). Рис.1 ілюструє вплив мікродомішок на властивості базової сталі. а) б) в) г) д) е) Мікролеґування Мо, Cu і (N Al) при будь-якому вмісті цих елементів монотонно знижує вязкість руйнування, показники пластичності й ударну вязкість базової сталі. Проведені рентгеноструктурні дослідження показали, що введення V і Zr в кількості ~0,01 % і ~0,04 %, відповідно, обумовлює поєднання твердорозчинного і субструктурного механізмів зміцнення, про що свідчить підвищення твердості структурно-вільного фериту, істотне подрібнення блоків мозаїки (рис.3) і зростання мікронапруг 2-го роду. Також встановлено, що після загартування від цієї температури оптимальне поєднання міцності, пластичності та вязкості забезпечується відпуском при 640-660 ОС, при якому досягається максимальна вязкість і стабілізується твердість.В дисертаційній роботі дано теоретичне обґрунтування і запропоновано нове рішення актуальної науково-технічної задачі підвищення комплексу механічних властивостей доевтектоїдної сталі з 0,26-0,32 % С за рахунок введення мікродомішок Ca, V, Zr, Al, N, Мо, Cu, яке дозволило розробити хімічний склад і технологію термічної обробки нової економнолегованої сталі для великогабаритних суднових валів з підвищеним рівнем надійності, що має велике значення для машинобудівної галузі. Підвищення надійності й довговічності валів є можливим за рахунок розробки нових сталей для суднових валів, які повинні поєднувати високу міцність та пластичність, достатню технологічність при мінімальному вмісті дефіцитних легуючих домішок у складі сталі. Визначено раціональні межі вмісту Ca, V, Zr, N, Al, Мо, Cu на механічні властивості сталі з 0,26-0,31 % С, які забезпечують досягнення високого комплексу міцності, пластичності та ударної вязкості. Встановлено, що введення V і Zr в кількості, близькій до їх межі розчинності у фериті, забезпечує одночасне зростання міцності, пластичності і ударної вязкості за рахунок реалізації твердорозчинного і субструктурного механізмів зміцнення.