Введение к работе
Разработка и освоение производства экономно-легированных сталей, которые по своим физико-механическим, эксплуатационным и технологическим характеристикам не уступают традиционно легированным сталям является одной їв важных задач металлургии. Микродобавки бора в количестве ~ 0,001% позволяют обеспечить такой же эффект прокаливаемости в малоуглеродистой низколегированной стали, как и при введении 0,85 %Мп или 2,4 %Ni. Поэтому микролегирование сталей бором получает широкое распространение при производстве листового проката повышенной прочности. Необходимость дальнейшего повышения качества металлопроката га борсодержащих сталей с целью обеспечения его конкурентноспособности на мировом рынке, требует непрерывного совершенствования технологии их проговодства.
Актуальность темы. Необходимый уровень механических характеристик
борсодержащих сталей может быть обеспечен только в результате
термоупрочнения. Однако при реализации технологических процессов
производства таких статей по стандартам США и их термической обработки
возникают трудности с обеспечением стабильного уровня показателей
механических свойств металлопродукции, обусловленные действием ряда
трудноконтролируемых факторов. Результатом этого является необходимость
повторной термической обработки проката. Это требует дополнительных
материальных затрат, что приводит к повышению себестоимости продукции.
Исследование причин "аномального" поведения листового проката из
борсодержащей стали и разработка "нестандартных" режимов
термоупрочнения его позволяет значительно повысить уровень выхода годной продукции, что особенно важно в условиях Украины.
Связь работы с научными программами, планами, темами.
Диссертационная работа выполнялась в рамках долгосрочного договора о научно-техническом сотрудничестве кафедры "Металловедение" ПГТУ и ОАО "ММК "Азовсталь" по проблеме: "Повышение качества металлопродукции за счет регулирования состава сталей, а также макро- и микроструктуры в условиях МК "Азовсталь" от 25.10.1993 г., а также хоздоговорных НИР по темам: "Разработка и освоение режимов термообработки толстолистовой борсодержащей стали с целью улучшения комплекса механических свойств и повышения выхода годного" (договор № 76/472, 1995 г., регистрационный номер 8/95Ф от 1.01.1995г.) и "Изучение возможности получения высокого комплекса механических свойств в сталях с повышенным содержанием азота" (договор № 59/318, 1994г., репістрационньш номер 4/94Ф от 25.03.1994г.).
Автор диссертационной работы, являясь одним из основных исполнителей принимала участие в выполнении всех разделов работы, обобщении результатої и оформлении отчетов. Компьютерные расчеты выполнены лично соискателем.
Цель и задачи исследования. Целью работы является - повышение качественных показателей и выхода годного листового проката in борсодержащих сталей, выплавляемых на ОАО "ММК "Азовсталь" п( стандартам США.
Объект исследования: Факторы, обусловливающие отклонена характеристик механических свойств борсодержащей стали от требуемогс уровня и технологические процессы упрочняющей обработки листовой проката, обеспечивающие получение стабильного комплекса механичеекго свойств, отвечающих требованиям зарубежных стандартов.
Предмет исследования: Состояние бора и азота в стали и влияние колебаний содержания этих элементов на уровень показателей механически) свойств. Влияние температурно-временных параметров режимої термоупрочнения на структурное состояние и механические свойстве борсодержащих сталей. Разработка технологических процессов термоупрочнения листового проката, обеспечивающих гарантированное получение мехсвойств на уровне требований стандартов в случае недостижения этого уровня после термообработки по действующей технологии.
Методы исследования: Достижение поставленной цели осуществлялось путем использования следующих методов исследования.
Расчетно- аналитического для решения вопросов, связанных с состоянием и поведением атомов бора и азота в а и 7- твердых растворах.
Математической статистики с использованием компьютерных программ Mathcad и Excel — при анализе влияния колебаний содержания бора и азота в промышленных плавках на комплекс механических свойств.
Металлографический, с использованием микроскопа "Neophot" и микроанализатора "Epiquaat" - при решении вопросов, связанных с анализом структур после различных режимов термообработки.
Механические испытания, включающие все требуемые виды определения статических и динамических характеристик на стандартных образцах, вырезанных из листовых проб, обработанных по различным режимам.
Научная новизна полученных результатов. На основе выполненных рассчетно- аналитических исследований подтверждено, что атомы бора, как и атомы углерода, а также азота в решетке у- железа растворены по типу внедрения. Это обусловливает их конкурирующее взаимодействие в аустените и повышение его стабильности на начальной стадии распада
Получили дальнейшее развитие представления о взаимодействии атомов бора, азота и углерода с дислокациями и субграницами. Впервые рассчитаны параметры взаимодействия атомов этих элементов с дислокациями в у- Fe.
Впервые показана возможность компьютерного расчета кинетики начальной стадии распада и построены "С"-образные кривые, отражающие зависимость периода предпревращешія от температуры для нелегированного и микролегированного бором аустенита в интервале температур А3 - Мн*.
Получили дальнейшее развитие представления о факторах, определяющих концентрацию Сг зернограничных сегрегации элементов внедрения в твердых растворах на основе железа; впервые получено уравнение, отражающее зависимость этой величины от температуры, размера зерна и исходной концентрации элемента.
Практическое значение полученных результатов. На основе результатов выполненных аналитических и экспериментальных исследований разработаны технологические процессы термоупрочнения листового проката го борсодержащих сталей, обеспечивающие гарантированное получение требуемого уровня механических свойств в случае, когда необходимые показатели не достигаются при термическом улучшении по "стандартным" режимам.
Установлено, что в большинстве случаев повышение характеристик механических свойств термоулучшением борсодержащих сталей до уровня требований стандарта ASTM А514 и углеродистых ASTM A3 6 может достигаться за счет использования режимов аустенитизации, включающее промежуточную выдержку в межкритическом интервале температур.
В связи с повышенной склонностью борсодержащей стали к охрупчиванию разработаны строго регламентированные режимы отпуска, включающие нагрев до определенной температуры с последующим охлаждением в воде.
Впервые показано, что дополнительное повышение прокаливаемости термоулучшаемого листового проката из борсодержащих сталей может быть получено путем регулирования температуры аустенитизации и условіш последующего охлаждения. Установлено, что благоприятное влияние на прокативаемость оказывает подстуживание на воздухе, предшествующее охлаждению в воде. Результаты работы прошли промышленное опробование на ОАО "ММК "Азовсталь" при производстве листового проката го борсодержащих сталей, выполняемых по стандарту ASTM А514, а также использованы при разработке рекомендаций по совершенствованию
-Идея и методика предложены соавтором- к. т. я., доц.,ИФ. Ткаченко
действующих режимов и разработке новых технологических процессов термического упрочнеюш листового проката из борсодержащих сталей. При объеме производства 33800 т/год, ожидаемый экономический эффект в условиях ОАО "ММК "Азовсталь" составляет 162240 гривен в год (справка об использовании результатов диссертационной работы на ОАО "ММК "Азовсталь", разработанные рекомендации по совершенствованию технологии тершіческого упрочнения проката борсодержащих сталей в соответствии с требованиями стандартов США ASTM А514 и технико-экономическое обоснование результатов работы. Документы утверждены техническим директором ОАО "ММК "Азовсталь" 19.05.1999 г.).
Личный вклад соискателя. Аналитические исследования состояния бора, азота и углерода в аустените, взаимодействие атомов этих элементов с дислокациями, границами зерен и субграшщами выполнены и опубликованы в соавторстве. Компьютерные рассчеты, обработка материалов методами математической статистики, лабораторные исследования выполнены лично автором. Полупромышленные исследования проводились при непосредственном участии соискателя. Все работы, связанные с внедрением результатов выполненных НИР, также выполнены при активном участии соискателя. Доля участия соискателя в выполнении указанных выше НИР составляет ~80 %.
Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации докладывались на IV - VI региональных научно - технических конференциях, г. Мариуполь (1997-1999г.), на научных семинарах кафедры "Металловедение" ПГТУ в 1993-2000 г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 статей в научных сборниках, 5 тезисов докладов на научно-технических конференциях, 6 депонированных статей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов, списка литературы из 126 наименований, 3 приложений и содержит 116 страниц машинописного текста, 68 рисунков и 33 таблиц.
