Введение к работе
Актуальность темы. Рабочие валки как инструмент станов горячей прокатки оказывают решающее воздействие на качество и стоимость продукции. Традиционно основным материалом рабочих и опорных валков для толстолистовых и широкополосных станов горячей и холодной прокатки являются высокохромистые стали типа 45Х5МФ и 90Х5МФ. ОМЗ «Спецсталь», ОАО «Уралмаш», ОАО «МК ОРМЕТО-ЮУМЗ» обеспечивают больше половины потребностей металлургических предприятий России в кованых валках. Это такие крупные предприятия, как Магнитогорский, Нижнетагильский, Новолипецкий металлургические комбинаты, Северсталь, Ашинский металлургический завод. В последние годы новыми заказчиками стали Германия, Япония, Швеция (Jindal Steel Power Ltd., Lloyds Steel Industrials., Ispat Nova Hut AS) и др.
Существует ряд проблем при изготовлении и эксплуатации валков из высокохромистых сталей, связанных с их низкой технологичностью при выплавке и термической обработке, а также значительными затратами на выходе готовой продукции. В процессе эксплуатации высокохромистых валков основной причиной выхода их из строя является выкрашивание поверхностного слоя по причине образования и коагуляции крупных карбидов хрома, а также наличия глубокой сетки разгара по границам зерен в местах локализации карбидных включений.
Поэтому поиск и разработка новых экономнолегированных валковых сталей с пониженным содержанием хрома, не требующих сложных технологических решений и специального оборудования при изготовлении и термическом упрочнении валков типа установок дифференцированной термической обработки или использования специальных способов литья, на сегодняшний день представляют одну из актуальных задач современного материаловедения на мировом уровне.
Цель исследования - повышение эксплуатационной стойкости и технологичности валков горячей прокатки путем разработки рационального легирующего комплекса и режимов термической обработки.
В работе поставлены и решены следующие задачи исследования:
разработка новой марки стали инструментального класса для валков горячей прокатки;
изучение особенностей изменения структурно-фазового состава литой стали в результате гомогенизации и пластической деформации с последующей упрочняющей термической обработкой;
исследование кинетики распада переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении экспериментальной стали для определения температурно- временных интервалов фазовых превращений;
разработка технологии термической обработки экспериментальной стали, обеспечивающей требуемый комплекс механических и технологических свойств;
расчет температурных и структурных полей, формирующихся в валках из стали 70Х3Г2ВТБ с различным сечением после объемного нагрева, и разработка рекомендаций по рациональным режимам термической обработки, обеспечивающих требуемый комплекс эксплуатационных свойств.
Объект исследования - процесс производства валковых сталей.
Предмет исследования - закономерности изменений структуры и эксплуатационных свойств валковых сталей.
Научная новизна:
теоретически и экспериментально обоснован рациональный химический состав новой валковой стали, отличающийся пониженным содержанием хрома и микролегирующим комплексом на основе вольфрама, титана и ниобия;
изучено структурообразование валковой стали 70Х3Г2ВТБ при непрерывном охлаждении в процессе термической обработки. Построена термокинетическая диаграмма распада переохлажденного аустенита исследуемой стали.
Достоверность результатов обеспечивается комплексным использованием современных методов исследования и высокоточного оборудования, согласованностью результатов лабораторных и производственных испытаний с учетом методов математической статистики и сопоставлением результатов исследований с работами и выводами отечественных и зарубежных авторов.
Практическая значимость работы состоит в повышении эксплуатационной стойкости валков горячей прокатки на 15-20 % за счет разработки новой экономно- легированной и технологичной стали и поиска оптимальных параметров режима ее термической обработки.
Реализация работы. Основные результаты исследований переданы для практического использования на машиностроительное предприятие ОАО «МК ОРМЕТО-ЮУМЗ». Отдельные результаты работы используются в лекционных курсах дисциплин кафедры «Материаловедение и технология металлов» Орского гуманитарно-технологического института (филиала) ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» и в дипломном проектировании.
На защиту выносятся положения:
химический состав разработанной марки стали для валков горячей прокатки, включающий микролегирующий комплекс, содержащий вольфрам, титан и ниобий;
закономерности структурно-фазовых превращений при термической обработке валковой стали;
температурные и структурные поля, формирующиеся в валках после объемного нагрева;
режимы термической обработки, обеспечивающие требуемый комплекс эксплуатационных свойств.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и были одобрены на: научно-практической конференции преподавателей и студентов Орского гуманитарно-технологического института (Орск, 2011); международной научной конференции «Инновационная деятельность предприятий по исследованию, обработке и получению современных конструкционных материалов и сплавов» (Орск, 2011); международных Уральской школе-семинаре металловедов - молодых ученых (Екатеринбург, 2011), Уральской школе металловедов-термистов (Магнитогорск, 2012), XX Петербургских чтениях по проблемам прочности (Санкт- Петербург, 2012); международной научно-технической интернет-конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (Брянск, 2012); международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Уфа, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 5 статей в журналах из «Перечня...» ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, пять глав, общие выводы и заключение, изложена на 164 страницах, включая 70 рисунков, 24 таблицы, список использованных источников из 123 наименований.
