Введение к работе
Актуальность. Разработка и внедрение новых ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих повышение производительности труда и качественных показателей продукции, во многом определяют эффективное развитие отраслей промышленности.
В настоящее время при производстве строительной арматуры в металлургической промышленности активно применяются технологии принудительного охлаждения раскатов в линии сортовых станов, обеспечивающие значительное повышение прочностных свойств без использования дорогостоящих легирующих добавок.
Не менее важной проблемой, в значительной степени определяющей показатели работы станов, является повышение стойкости чугунных валков для прокатки арматуры. Одним из направлений ее решения является плазменная закалка рабочей поверхности калибров валков.
Целенаправленное управление эксплуатационными свойствами сталей и сплавов, разработка оптимальных режимов их упрочнения должны базироваться на знании процессов структурообразования при различных технологических воздействиях. Для решения вышеуказанных технологических задач необходимо исследование физической природы и закономерностей формирования и эволюции структурно-фазовых состояний на различных масштабных уровнях в арматурных стержнях из низколегированных сталей при прерывистой закалке с температуры конца прокатки и в литых чугунных валках в процессе плазменного упрочнения и последующей эксплуатации.
Работа выполнялась в соответствии с грантами Министерства образования и науки РФ по фундаментальным проблемам металлургии (2004-2006 г.г.), темами ГОУ ВПО "Сибирский государственный индустриальный университет" и "Томский государственный архитектурно-строительный университет".
Комплекс выполненных в рамках данной работы исследований по разработке и внедрению технологии термического упрочнения строительной арматуры в условиях ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат" удостоен премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники за 2006 год.
Цель работы: установление физической природы и закономерностей формирования и эволюции на различных масштабных уровнях структурно-фазовых состояний и механических свойств термически упрочненной стальной арматуры большого диаметра и чугунных валков после плазменной обработки и эксплуатации.
Для достижения цели в ходе работы решались следующие задачи:
Исследование на различных масштабных уровнях формирования фазового состава, дефектной субструктуры, поверхности разрушения и механических свойств арматуры из стали 18Г2С диаметром 50 мм, упрочненной по режиму прерванной закалки в потоке сортового стана.
Установление механизмов формирования градиентных структурно-фазовых состояний в стальной арматуре большого диаметра при термическом упрочнении.
Установление закономерностей формирования дефектной субструктуры, элементного и фазового состава в условиях плазменного упрочнения валков из чугуна марки СШХНФ.
Анализ эволюции дефектной субструктуры, элементного и фазового состава и поверхности разрушения чугунных плазменноупрочненных валков на различных масштабных уровнях при прокатке термически упроченной арматуры.
Анализ формирования и эволюция дальнодействующих полей напряжений в процессе плазменного упрочнения чугунных прокатных валков и последующей их эксплуатации.
Научная новизна: впервые на макро,- мезо,- микро- и наноструктур-ном уровнях проведены сравнительные качественные и количественные исследования фазового и элементного состава, дефектной субструктуры валков из чугуна марки СШХНФ после плазменного упрочнения и эксплуатации на прокатном стане и арматуры диаметра 50 мм из стали 18Г2С после термического упрочнения по схеме прерванной закалки. Проведен фрактографиче-ский анализ поверхностей разрушения, выявлены механизмы, влияющие на служебные характеристики валков и арматуры.
Практическая значимость работы, подтвержденная актами внедрения ее результатов в промышленности, заключается в существенном увеличении служебных характеристик плазменноупрочненных прокатных валков и арматуры диаметром 50 мм, термически упрочненной по режиму прерванной закалки.
Достоверность результатов работы определяется корректностью поставленных задач, применением апробированных методик и методов современного физического материаловедения, необходимым и достаточным количеством экспериментального материала для корректной статистической обработки, сопоставлением полученных результатов с данными других авторов.
Положения, выносимые на защиту:
1 Масштабные уровни эволюции структурно-фазового состояния и де-
фектной субструктуры арматуры диаметром 50 мм из стали 18Г2С, формирующиеся в процессе термического упрочнения в линии прокатки.
Закономерности организации фазового состава, дефектной субструктуры и механических свойств термически упрочненной арматуры.
Масштабные уровни эволюции структуры, фазового состава и дефектной субструктуры на поверхности валков из чугуна марки СШХНФ после плазменного упрочнения и эксплуатации на прокатном стане.
Закономерности изменения элементного и фазового состава, дефектной субструктуры в упрочненной поверхности чугунных валков.
Закономерности формирования дальнодействующих полей напряжений в чугунных валках после плазменной обработки и эксплуатации.
Личный вклад автора состоит в научной постановке задач исследования, анализе литературных данных, выполнении металлографических, электронно-микроскопических и других исследований и механических испытаний термически упрочненной арматуры и плазменно-упрочненных валков, статистической обработке и анализе полученных результатов, внедрении технологий в производство.
Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались на следующих научных конференциях и семинарах: Бернштей-новских чтениях по термомеханической обработке металлических материалов", Москва, 2001, 2006; Межгосударственной научно-технической конференции "Современная металлургия начала нового тысячелетия", Липецк, 2001; XIV, XV Международных научных конференциях "Строительство, материаловедение, машиностроение (Стародубовские чтения)", Днепропетровск, 2004, 2005; XVI, XVII Петербургских чтениях по проблемам прочности, С.-Петербург, 2005, 2007; Всероссийской научно-практической конференции "Металлургия, новые технологии, управление, инновации и качество", Новокузнецк, 2005; III Российской научно-технической конференции "Физические свойства металлов и сплавов", Екатеринбург, 2005; 44 Международной конференции "Актуальные проблемы прочности", Вологда, 2005; XVIII Уральской школе металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического материаловедения сталей и сплавов", Тольятти, 2006; III Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур», Москва, 2006; Всероссийской конференции "Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред и конструкций", Новосибирск, 2006; 45 международной конференции "Актуальные проблемы прочности", Белгород, 2006; III Международной научно-технической конференции "Современные проблемы машиностроения", Томск, 2006; IV Ме-
ждународной конференции "Фазовые превращения и прочность кристаллов", Черноголовка, 2006.
Материалы диссертации опубликованы в 12 печатных работах, по ее результатам получено 11 патентов. Список публикаций в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, приведен в конце автореферата.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, цитируемой литературы из 226 наименований, содержит 246 страниц машинописного текста, в том числе 110 рисунков и 25 таблиц.
