научная статья по теме ВЛИЯНИЕ СОСТАВА, СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ, ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА НА СЛУЖЕБНЫЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ОСНОВНОГО СЛОЯ БИМЕТАЛЛА Металлургия

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ СОСТАВА, СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ, ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА НА СЛУЖЕБНЫЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ОСНОВНОГО СЛОЯ БИМЕТАЛЛА»

УДК 669.15-194:669-419.4

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА, СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ, ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА НА СЛУЖЕБНЫЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ОСНОВНОГО СЛОЯ БИМЕТАЛЛА

© Зайцев Александр Иванович, д-р физ.-мат. наук, e-mail: aizaitsev@mtu-net.ru;

Родионова Ирина Гавриловна д-р техн. наук, e-mail: igrodi@mail.ru; Павлов Александр Александрович, канд. техн. наук, e-mail: bimt@rambler.ru;

Шапошников Николай Георгиевич1, канд. хим. наук, e-mail: nicolas-shaposhnikov@rambler.ru;

Гришин Александр Владимирович, младший научный сотрудник, e-mail: cpmc@yandex.ru

ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина». Россия, Москва Статья поступила 24.04.2015 г.

Выполнено детальное исследование влияния состава, структурного состояния, выделений избыточных фаз и технологических параметров производства на показатели служебных свойств высокопрочной низкоуглеродистой стали основного слоя биметалла. Для разрабатываемых низкоуглеродистых высокопрочных сталей первостепенное значение имеют механизмы упрочнения, связанные с формированием карбонитридных выделений разной дисперсности, а присутствие прочных структурных составляющих имеет второстепенное значение. Одновременного повышения прочностных характеристик и получения хорошей свариваемости стали можно достичь путем некоторого повышения содержания углерода, использования сбалансированной системы микролегирования при снижении концентраций марганца, хрома, никеля, меди и эффективном легировании бором. Показано, что возможность достижения высоких прочностных характеристик разрабатываемой низкоуглеродистой стали при относительно низких скоростях охлаждения создает благоприятные условия для получения плакированного проката с высоким и стабильным комплексом механических и других служебных свойств, показателей качества.

Ключевые слова: высокопрочные низкоуглеродистые стали; состав; структурное состояние; выделения избыточных фаз; механизмы упрочнения; технологические параметры; механические и служебные свойства; плакированный прокат.

Создание новых объектов техники в энергетике, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и ряде других отраслей промышленности требует использования принципиально новых хорошо свариваемых металлических материалов, одновременно обладающих предельно высокими трудно сочетаемыми показателями коррозионной стойкости, прочности, пластичности, вязкости, хладостойкости и других служебных свойств. Оптимальным направлением решения сформулированной проблемы является разработка высокопрочных низкоуглеродистых сталей, плакированных коррозионностойкими сталями аустенитного или ферритно-го классов [1]. Однако полученный прокат из низкоуглеродистой стали [1] при высоких прочностных характеристиках (временное сопротивление на уровне 850 Н/мм2) характеризуется некоторы-

ми ограничениями по свариваемости из-за относительно высокого значения углеродного эквивалента Сэ = 0,497%. К тому же зафиксирована некоторая нестабильность показателей механических свойств [1]. С целью определения возможности снижения С , в том числе и

э

путем уменьшения концентрации углерода, а также анализа вкладов различных механизмов упрочнения в получаемый комплекс прочностных свойств в настоящей работе выполнено исследование влияния химического состава на указанные характеристики.

Как свидетельствуют результаты работ [1, 2], основные механизмы, обеспечивающие получение высоких прочностных характеристик проката из низкоуглеродистых сталей, связаны:

- с формированием определенного структурного состояния стали бейнитного типа, включающего игольчатый феррит, ферритный бейнит, мар-тенситно-аустенитную (М/А) структурную составляющую;

- с получением мелкозернистой структуры квазиполигонального или игольчатого феррита с высокой плотностью дислокаций и наноразмерными карбидными, карбонитридны-ми выделениями, вызывающими дисперсионное твердение. Такие выделения могут образовываться в процессе охлаждения полосы как на межфазных границах при полиморфном превращении благодаря резкому снижению растворимости компонентов, так и в феррит-ной области после смотки полосы в рулон.

Преимущество первого механизма состоит в возможности получения стабильного комплекса механических ха-

рактеристик. Тем не менее, он обладает и рядом недостатков. Прежде всего, требуемое высокое содержание легирующих элементов, помимо увеличения стоимости проката, приводит к повышению углеродного эквивалента, а следовательно, к снижению свариваемости. Необходимость использования высокой скорости охлаждения и низкой температуры смотки полосы в рулон создает определенные затруднения при реализации процесса термодеформационной обработки на ряде непрерывных широкополосовых прокатных станов. Кроме того, формирование в процессе охлаждения проката неравновесных структур приводит к повышенному уровню напряжений, что затрудняет достижение все возрастающих требований по плоскостности проката.

При реализации второго механизма условия формирования мелкозернистой структуры и большого количества наноразмерных выделений состоят в следующем:

- прокатка стали в чистовой группе клетей в температурном интервале отсутствия рекристаллизации деформированного аустенита, при этом толщина раската должна не менее чем в 3,5-5 раз превышать конечную толщину проката;

- получение необходимого содержания микролегирующих элементов в твердом растворе после окончания прокатки;

- окончание прокатки при температурах, близких к температуре полиморфного превращения;

- высокая скорость охлаждения стали перед смоткой полосы в рулон.

Выполнение всех перечисленных условий требует точного соблюдения большого числа технологических параметров, что связано с определенными трудностями в условиях массового производства и, следовательно, осложняет получение проката со стабильным комплексом свойств. Тем не менее, рассматриваемый подход имеет ряд очевидных преимуществ, в том числе связанных с возможностью использования значительно более экономичных систем легирования, более простых для реализации на существующем оборудовании

режимов термодеформационной обработки, которые хорошо совместимы с параметрами прокатки сталей плакирующего слоя. Поэтому такой подход представляется более перспективным для разработки химического состава и технологии производства высокопрочной низкоуглеродистой стали, используемой в качестве основного слоя плакированного проката.

Для решения поставленной задачи выполнено исследование сталей разного состава (табл. 1), выплавленных в условиях лаборатории в открытой индукционной печи вместимостью 8 кг под слоем шлака. Химический состав исследованных сталей различается, в первую очередь, по содержанию углерода, молибдена и микролегирующих элементов (И, ЫЬ, V), а по сравнению с составом стали, изученной в работе [1], более низким содержанием углерода, марганца, хрома. Следует отметить предельно низкое, даже для металла конвертерной выплавки, содержание углерода в сталях составов 1 и 3, а также относительно низкое содержание ниобия в сталях составов 2 и 4. В составе стали 4 присутствует бор, как и в ранее исследованной стали [1]. В результате расчета углеродного эквивалента полученных сталей (см. табл. 1) установлено, что он изменяется в пределах от 0,36 до 0,42, что должно обеспечить удовлетворительную свариваемость всеми способами сварки.

У полученных слитков массой 7 кг и размерами 70x87x175 мм удаляли донную и прибыльную части. Далее слитки прокатывали на промежуточную толщину 28 мм по режиму: нагрев 1200 °С, температура окончания прокатки не ниже 800 °С. Экспериментальную прокатку полученного подката на конечную толщину 6 мм производили по следующему режиму: температура нагрева «1200 °С, температура окончания прокатки «730-840 °С, температура смотки полосы в рулон «512-620 °С. Процессы, происходящие при смотке полосы в рулон, имитировали путем помещения полученного проката после прокатки и ускоренного охлаждения в печь с температурой, соответствующей заданной температуре смот-

Таблица 1. Химический состав исследованных сталей, мас. %

Номер варианта C Si Mn P S & № Мо Al ТС V № B N С э

1 0,047 0,28 1,53 0,003 0,005 0,035 0,26 0,089 0,28 0,051 0,11 - 0,06 - 0,004 0,36

2 0,062 0,175 1,54 0,003 0,004 0,019 0,25 0,11 0,26 0,06 0,039 0,06 0,033 - 0,004 0,38

3 0,037 0,175 1,71 0,003 0,004 0,024 0,26 0,1 0,3 0,045 0,035 0,068 0,095 - 0,004 0,39

4 0,066 0,12 1,61 0,003 0,004 0,021 0,26 0,16 0,26 0,05 0,1 0,044 0,021 0,004 0,004 0,40

5 0,062 0,23 1,85 0,003 0,005 0,027 0,26 0,033 0,28 0,05 0,07 0,085 0,076 - 0,004 0,42

Таблица 2. Параметры прокатки сталей выбранных составов и механические свойства горячекатаного проката

Номер образца Температура, °С Скорость охлаждения, °С/с Механические свойства а„„ / а , МПа 0,2 в

начала прокатки Тнп окончания прокатки Ткп смотки Тсм по окончании прокатки после отпуска при 620 °С

1-1 1025 840 560 10 548-557 / 623 677 / 734

2-1 1030 840 512 20 567 / 632 731 / 773

3-1 1100 779 520 100 540 / 624 622 / 673

3-2 1070 840 590-620 15 582 / - - / -

4-1 1075 780 518 100 634 / 718 792 / 809

4-2 1050 838 595-610 15 668 / - - / -

5-1 1050 730 528 15 555-556 / 646 711 / 774

■ с и ов: после отпуска: ® о02 с ов Рис. 1. Прочностные свойства образцов проката из сталей экспериментальных плавок до и после проведения отпуска

ки, с последующим охлаждением вместе с печью. При этом варьировали также скорость охлаждения стали после окончания прокатки до температуры смотки.

От полученных полос отбирали пробы и изготавливали образцы для механических испытаний и исследования микроструктуры. Механические свойства определяли на плоских образцах размерами 6x20x200 мм при испытании на разрыв на машине 1ш11Гоп-1185. Результаты испытаний и параметры прокатки представлены в табл. 2.

Как следует из данных табл. 2, увеличение скорости охлаждения от температуры окончания прокатки до температуры смотки полосы в рулон до 100 °С/с для стали с низкими температурами окончания прокатки и смотки привело не к увеличению, а к снижению прочностных характеристик. Полученный результат, с одной стороны, является довольно неожиданным с позиций тради

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Металлургия»