Содержание к диссертации
Введение 4
1. Глава 1. Аналитический обзор литературы 7
1.1. Критерии и методы оценки пригодности сталей для холодной объемной штамповк
1.2. Перспективные требования к сталям для холодной объемной штамповки
1.3. Оценка параметров сфероидизированного перлита 14
1.4. Получение структуры сфероидизированного перлита 22
1.4.1. Отпуск мартенсита 23
1.4.2. Отжиг с фазовой перекристаллизацией 24
1.4.3. Подкритический отжиг стали со структурой пластинчатого перлита 27
1.4.4. Прерванная закалка 29
1.4.5. Получение сфероидизированного перлита при термоциклической обработке 31
1.4.6. Влияние деформации аустенита на структуру образующегося перлита 33
1.4.7. Холодная деформация пластинчатого перлита с последующим отжигом 34
1.4.8. Теплая деформация пластинчатого перлита 36
1.4.9. Отжиг сталей с применением электронагрева 40
Выводы по аналитическому обзору литературы 43
2. Глава 2. Проведение классификации и формулирование основных 44
требований к составу и структуре сталей, пригодных для холодной объемной штамповки
2.1. Материал и методики исследования 44
2.2. Влияние условий подготовки структуры на механические свойства углеродистых сталей 10 и 20
2.3. Влияние условий подготовки структуры на механические свойства сталей 20Г2Р, 30Г1Р и 38ХГНМ
2.4. Влияния дисперсности исходной структуры на параметры деформационного упрочнения сталей для ХОШ
Выводы по главе 2 52
2. Глава 3. Влияние температурно-временных параметров ускоренного смягчающего отжига на формирование структуры и свойств углеродистых и легированных сталей для холодной объемной штамповки
3.1. Влияние температуры нагрева в субкритическом интервале температур на формирование комплекса механических свойств и степень сфероидизации исследуемых сталей
2.1. Влияние степени дисперсности исходной аустенитнои структуры и режимов отжига на формирование комплекса механических свойств и степень сфероидизации исследуемых сталей
Влияние скорости охлаждения от температуры отжига на формирование комплекса механических свойств и степень сфероидизации исследуемых сталей
Выводы по главе 3 62
4. Глава 4. Разработка оптимизированных составов низкоуглеродистых и экономнолегированных борсодержащих сталей и технологии производства из них сортового проката, пригодного для холодной объемной штамповки
4.1. Изучение склонности исследуемых сталей к росту зерна аустенита 64
4.2. Влияние микролегирования на склонность к росту зерна аустенита низкоуглеродистых сталей
4.3. Математическая модель, оценивающая форму присутствия бора в твердом растворе и уровень прокаливаемое™ проката из борсодержащих сталей
4.4. Определение в сталях типа 20Г2Р и 30Г1Р оптимальных соотношений Ті, А1, N, О и В, обеспечивающих максимальные характеристики прокаливаемое™ 74
4.5. Подготовка нормативно-технической документации на производство 86 сортового проката из сталей 10, 20, 20Г2Р и 30Г1Р
4.6. Отработка технологии производства сортового проката борсодержащих сталей 20Г2Р и 30Г1Р в условиях ОАО «Северсталь» .
Выводы по главе 4 93
Глава 5. Отработка комплексного технологического решения по смягчающему отжигу сортового проката в бунтах
5.1. Усовершенствование автоматизированного комплекса для смягчающего отжига сортового проката в бунтах
5.2. Оценка зависимости скорости охлаждения сортового проката на автоматизированном комплексе от температуры в термостате
5.3. Исследование стабильности работы автоматизированного комплекса 97
Выводы по главе 5 98
Глава 6. Анализ влияния технологии подготовки проката и режимов отжига сталей 20Г2Р и 38ХГНМ на морфологию перлита и механические свойства проката
6.1. Методика проведения эксперимента 100
Анализ влияния дисперсности исходной структуры и предварительной пластической деформации на структуру и механические свойства сортового проката сталей 20Г2Р и 38ХГНМ после смягчающего отжига
Выводы по главе 6 105
Глава 7. Промышленное опробование в условиях ОАО «БелЗАН» технологии ускоренного смягчающего отжига сортового проката из низкоуглеродистых, борсодержащих и среднелегированных сталей
7.1. Опробование технологии ускоренного смягчающего отжига сортового прокат на автоматизированном комплексе с использованием нагрева ТВЧ
7.2. Опробование технологии производства стержневых Крепежных изделий и сортового проката низкоуглеродистых сталей марок 10 и 20
7.3. Опробование технологии производства высокопрочных болтов из сортового проката борсодержащих сталей марок 20Г2Р и 30Г1Р
Выводы по главе 7 115
Выводы по работе 116
Список использованных источников 118
Приложения 129
Введение к работе
На современном этапе развития производства, при повсеместном истощении природных ресурсов и ухудшении экологической обстановки, наиболее остро встают вопросы разработки экологически обоснованных, ресурсосберегающих технологий получения металлопродукции при одновременном улучшении ее качества. В этой связи холодная объемная штамповка (ХОШ) является одним из наиболее перспективных способов изготовления различных крепежных изделий и других деталей автомобилестроения, обеспечивающая по сравнению с обработкой резанием значительное повышение коэффициента использования металла (до 96%). Количество крепежных изделий (болтов, винтов, шпилек, гаек, шайб и т.п.) в современном автомобиле составляет до 60% от общей номенклатуры деталей и 2-3% от его веса. В рамках современных тенденций, при разработке конкурентоспособных технологий ХОШ, необходимо изыскать дополнительные резервы повышения качества металлопродукции на всех стадиях технологического передела: разработке новых марок стали, оптимизации структуры металла, технологии его деформации, использовании новых прогрессивных смазочных материалов и способов подготовки поверхности проката перед высадкой, что, в комплексе, помимо чисто экономического эффекта, позволит снизить нагрузки на инструмент, и даст возможность существенного усложнения геометрии деталей. Важным звеном создания ресурсосберегающих технологий ХОШ крепежных деталей является структурный подход при подготовке материала, обеспечивающий гибкое управление его свойствами, за счет изменения дисперсности зерна, количества и морфологии фазовых составляющих. В настоящее время наиболее распространенной предварительной технологической операцией подготовки проката из среднеуглеродистых и легированных сталей перед ХОШ является сфероидизирующий отжиг в колпаковых печах продолжительностью до 40 часов и более. Но даже после столь длительных выдержек в структуре встречаются участки со следами пластинчатого перлита и не всегда обеспечивается равномерность свойств по длине бунта.
Для низкоуглеродистых и микролегированных сталей требования к полной сфероидизации структуры перед высадкой не столь абсолютны, что позволит упростить схему подготовки металлопроката перед ХОШ. В связи с этим, актуальной является задача, поставленная в данной работе, - разработка и внедрение комплексного технологического решения, включающего оптимизацию состава экономнолегированных борсодержащий сталей, разработку и внедрение технологии производства из нее сортового проката, а также технологии ускоренного сфероидизирующего отжига на автоматизированных комплексах с использованием нагрева ТВЧ, позволяющих существенно сократить энерго- и трудозатраты, повысить точность поддержания температурного режима термической обработки, исключить обезуглероживание, обеспечить однородность структуры и свойств по сечению и длине проката.
Цель и задачи исследования. На основе классификации типов структур, пригодных для ХОШ, провести оптимизацию химического состава существующих низкоуглеродистых и борсодержащих сталей, а также технологии производства из них сортового проката, разработать режимы ускоренного отжига на установках ТВЧ, обеспечивающие рациональные условия высадки сложнопрофильных деталей для нужд автомобилестроения.
Научная новизна.
1. Выявлены количественные закономерности влияния величины исходного зерна аустенита (при вариации от 20 до 70 мкм), степени предварительной деформации калибровкой (0 - 36 %), температуры нагрева (740 - 800°С), скорости охлаждения (0,1- 5,0°С/мин) на степень сфероидизации перлита и комплекс механических свойств низкоуглеродистых (10, 20), борсодержащих (20Г2Р, 30Г1Р) и легированной (38ХГНМ) сталей при отжиге проката с нагревом ТВЧ.
2. На основании количественных закономерностей изменения морфологии карбидной фазы и уровня механических свойств сталей 10, 20, 20Г2Р и 30Г1Р в процессе холодной пластической деформации калибровкой (0-50%) предложена классификация структурных состояний стали по их пригодности для ХОШ.
3. Установлены количественные закономерности влияния углерода, марганца, ванадия, ниобия на формирование характеристик прокаливаемости и уровень отжигаемости микролегированных борсодержащих сталей.
4. Установлена область допустимых значений содержания бора, азота, титана, алюминия, кислорода, обеспечивающая содержание эффективного бора на уровне не менее 0,80 от общего содержания бора в микролегированной ванадием и ниобием стали типа 20Г2Р иЗОПР.
Практическая ценность.
1. В условиях ОАО «БелЗАН» реализовано комплексное технологическое решение, включающее в себя: усовершенствование автоматизированного комплекса ускоренного сфероидизирующего отжига с нагревом ТВЧ; формулирование требований к составу и структуре сталей, обеспечивающих ускорение режимов сфероидизирующего отжига применительно к условиям комплекса; разработку ресурсосберегающей технологии ускоренного сфероидизирующего отжига сортового проката низкоуглеродистых и микролегированных бором сталей. Внедрение предложенной разработки позволило сократить в 5-7 раз продолжительность отжига, при этом запуск в производство трех установок с нагревом ТВЧ позволил высвободить 39 колпаковых печей.
2. Оптимизированы составы низкоуглеродистых (10, 20) и борсодержащих (20Г2Р и 30Г1Р) сталей, обеспечивающие получение мелкозернистой структуры и повышение характеристик сквозной прокаливаемое™ проката диаметром до 18 мм. На основании чего разработана нормативно-техническая документация (ТС 105-136-2001) на производство сортового проката для холодной высадки. Предложенные составы сталей защищены 4-мя патентами РФ.
3. Разработана и освоена на ОАО "Северсталь" ресурсосберегающая технология производства сортового проката 0=6-23 мм из низкоуглеродистых (10, 20) и борсодержащих (20Г2Р, 30Г1Р) сталей. Опытные партии всех сталей (по 600 т каждой) успешно переработаны в условиях ОАО "БелЗАН".
Результаты проведенных исследований были представлены на VI Московском Международном Автосалоне, Москва август 2003 г., докладывались на I и II Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур», апрель 2002 и 2004 г.г., Москва, МГИСиС; на Научно-техническом семинаре «Научно-техническое обеспечение инновационной деятельности предприятий, институтов, фирм в металлургии», 17 ноября 2004 г., Москва, МГИСиС; на 49-ой Международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров», 23-24 марта 2005 г., Москва, МАМИ.
По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе получено 4 патента РФ. Публикации отражают основное содержание работы
