Закономірності процесів структуроутворення й формування властивостей у сталях перитектичного складу, легованих марганцем, протягом циклу виробництва арматурного прокату. Оптимізація хімічного складу сталі та вибір режимів деформаційно-термічної обробки.
Аннотация к работе
Однією з найважливіших задач, що стоять перед металургами в цей час, є забезпечення споживачів новими видами прокату з підвищеним комплексом механічних властивостей і експлуатаційних характеристик. Зокрема, для виготовлення анкерного кріплення гірських виробок і проектування залізобетонних конструкцій підземних споруджень потрібен арматурний прокат, який поряд з високим рівнем міцності (st не менше 400 Н/мм2) має підвищений рівень пластичних і експлуатаційних характеристик (d5 > 20 %, sв/st > 1,25). Надійність роботи арматури в залізобетонній конструкції зростає зі збільшенням величини енергії, що поглинається сталлю при її руйнуванні. Тому дисертаційна робота, у якій запропоновано новий підхід до використання потенційних можливостей складу сталей, що полягає в регулюванні й оптимізації характеристик дендритної структури з урахуванням їх впливу на структуру й властивості готового прокату, є актуальною. Метою дисертаційної роботи було встановлення впливу особливостей лікваційних процесів і фазових перетворень, що відбуваються при кристалізації, на структуру та комплекс властивостей конструкційного прокату, а також удосконалення на цій основі хімічного складу арматурного прокату для виробництва гірських виробок і підземних споруджень із підвищеним комплексом механічних властивостей і експлуатаційних характеристик.Матеріалом досліджень послуговували: а) випробні потрійні Fe-C-Si і четверні Fe-C-Si-Mn сплави, що містять (% мас.) від 0,05 до 0,70 вуглецю, від 0,50 до 5,0 кремнію й від 0,50 до 8,0 марганцю, б) вуглецеві й низьколеговані промислові сталі. Для дослідження впливу базових елементів - вуглецю, кремнію й марганцю - на характеристики дендритної структури дослідні сплави масою 200 г плавили аналогічним способом. Встановлено, що при охолодженні низьколегованих сталей, що містять (% мас.): 0,10-0,50 вуглецю, кремнію та марганцю близько 1 % кожного, зі швидкостями 10-2-10 К/с перитектичне перетворення протікає за дендритно-ободковим механізмом. 1, а), а на другій стадії за рахунок дифузійного перерозподілу компонентів між контактуючими феритом і рідиною відбувається зміна складу граничних мікрообємів д-фази й зародження перитектичної фази - аустеніту - на міжфазових границях д-фериту з рідиною (рис.1, б). Установлено, що при переході від одностадійної (первинноферитної) кристалізації д-фериту в область перитектичної кристалізації розмір дендритних гілок подрібнюється, досягаючи найменших значень у сталях, що містять 0,25-0,33 % вуглецю, а при подальшому підвищенні концентрації вуглецю знову збільшується.Особистий внесок здобувача в публікаціях: виконання металографічних досліджень і узагальнення їхніх результатів в [1-10], визначення особливостей механізму перитектичного перетворення в конструкційних сталях різного складу [2, 3, 8, 10], встановлення впливу спадкоємної концентраційної мікронеоднорідності на кінцеву структуру й властивості прокату [1, 4-6], узагальнення результатів експериментальних досліджень у промислових умовах [7, 9].
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Список литературы
У роботі виконано теоретичне узагальнення й запропоновано нове рішення актуальної науково-технічної задачі - підвищення комплексу міцностних і пластичних характеристик конструкційного прокату за рахунок впливу на процеси структуроутворення й формування лікваційної неоднорідності під час кристалізації сталі.
1. Показано, що одним з важливих напрямків виробництва конструкційних низьколегованих сталей перитектичного типу є освоєння спеціальних видів арматурного прокату, що мають комплекс властивостей, які забезпечують його надійну експлуатацію при використанні в підземних спорудженнях.
2. Встановлено, що перитектична кристалізація низьколегованих конструкційних сталей при охолодженні зі швидкостями (10-2-10 К/с) протікає за дендрито-ободковим механізмом. При швидкостях охолодження більше 102 К/с) у сплавах, що містять (% мас.): 0,18-0,22 С, 1,03,0 і 0,5-1,0 Si, перитектична кристалізація здійснюється за аномальним механізмом.
3. Побудовано просторову фазово-концентраційну діаграму, що розмежовує області кристалізації конструкційних сталей залежно від вмісту вуглецю, кремнію й марганцю. Показано, що сталі заперитектичного типу (0,16-0,50 % С) відрізняються меншими розмірами дендритних гілок аустеніту, рівномірністю розподілу ділянок концентраційної мікронеоднорідності й стійкістю до утворення гарячих тріщин, а також здрібнюванням розмірів зерен аустеніту, у порівнянні зі сталями доперитектичного типу (0,10-0,16 % С).
4. Встановлено, що сталі, які містять 0,25-0,33 % вуглецю, кремнію та марганцю близько 1,0 % кожного (типу 30ГС), характеризуються найменшими розмірами дендритних гілок (I-го, II-го та III-го порядків), аустенітних зерен і рівномірним розподілом ділянок концентраційної мікронеоднорідності. Показано, що зазначені особливості аустенітної структури зберігаються при кристалізації в широкому діапазоні швидкостей охолодження (0,05-500 К/с).
5. Показано, що характеристики дендритної структури (коефіцієнти дендритної ліквації кремнію й марганцю, обємні частки дендритних гілок і міждендритних просторів, дисперсність дендритної структури) значною мірою успадковуються структурою гарячекатаного прокату.
6. Встановлено, що успадкована від литого стану концентраційна мікронеоднорідність приводить до формування в структурі гарячекатаного прокату витягнутих уздовж напрямку прокатки ділянок, збагачених і збіднених легуючими елементами, насамперед кремнієм і марганцем, і розрізнюваних рівнем твердості (міцності). Присутність у структурі витягнутих уздовж напрямку прокатки ділянок з різним рівнем твердості (міцності) дозволяє характеризувати прокат зі сталі 30ГС як природно армований (композиційний) матеріал.
7. Встановлено, що більш висока щільність і рівномірність розподілу ділянок концентраційної мікронеоднорідності в структурі гарячекатаного прокату із заперитектичної сталі 30ГС обумовлює збільшення площадки текучості на діаграмах розтягання, а також загального рівня пластичності й відношення УВ/УТ.
8. Сформульовано основні вимоги до вмісту хімічних елементів (сталь 30ГС) і рівня механічних властивостей прокату для виготовлення анкерного кріплення гірських виробок (ТУ У 27.1-4-556-2003) і залізобетонних конструкцій підземних споруджень (ТУ У 27.1-23365425-590:2005).
9. Результати виконаних досліджень реалізовані на Криворізькому металургійному комбінаті при освоєнні технології виробництва арматурного прокату, який забезпечує необхідну за ТУ У 27.1-4-556-2003 якість металу. Це дозволило впровадити виготовлені за цією технологією анкерні кріплення гірських виробок на ряді шахт України.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ ВИКЛАДЕНО У ПУБЛІКАЦІЯХ
1. Левченко Г.В., Яценко А.И., Репина Н.И., Грушко П.Д., Демина Е.Г. Полиморфные превращения и наследственность в низкоуглеродистых сталях //Новини науки Придніпровя. - 2003. - № 2. - С. 15-19.
2. Левченко Г.В., Яценко А.И., Демина Е.Г. Формирование аустенита в железоуглеродистых сплавах перитектического типа //Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. ? Днепропетровск: ИЧМ. - 2004. - вып. 7. - С. 165-169.
3. Демина Е.Г., Левченко Г.В., Яценко А.И. Перитектическая кристаллизация и качество стальных отливок //Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. ? Днепропетровск: ИЧМ. - 2004. - вып. 8. - С. 313-319.
4. Левченко Г.В., Дьоміна К.Г., Грушко П.Д. Вплив умов кристалізації на спадкоємну концентраційну мікронеоднорідність і механічні властивості гарячекатаного прокату //Металознавство та обробка металів. - 2005. - № 1. - С. 9-14.
5. Демина Е.Г., Левченко Г.В., Репина Н.И., Коваль В.К. Формирование наследственной концентрационной микронеоднородности в низколегированных сталях перитектического типа //Металознавство та термічна обробка металів. - 2005. - № 2. - С. 54-58.
6. Левченко Г.В., Дьоміна К.Г., Грушко П.Д. Вплив вуглецю в низьколегованій сталі на співвідношення характеристик міцності та пластичності прокату //Металознавство та обробка металів. - 2005. - №3. - С. 16-23.
7. Левченко Г.В., Воробей С.А., Демина Е.Г. Кекух А.В., Гунькин И.А., Виноградов В.В. Качество арматурного проката для анкерного крепления горных выработок //Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2005. - №5. - С. 29-33.
8. Демина Е.Г., Левченко Г.В., Грицай Т.В. Влияние углерода, кремния и марганца на морфологию дендритной структуры конструкционных сталей перитектического типа //Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. ? Днепропетровск: ИЧМ. - 2005. - вып. 10. - С. 223-231.
9. Левченко Г.В., Воробей С.А., Демина Е.Г., Шеремет В.А., Кекух А.В., Гунькин И.А. Оптимизация химического состава и механических свойств арматурного проката для железобетонных конструкций подземных сооружений //Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006. - №1. - С.71-74.