Введение к работе
'Актуальность работы.. Современные отрасли техники (машино
строение, приборостроение и др.) предъявляют все более высокие
требования к конструкционным аустенитным немагнитным сталям,
предназначенным для изготовления тяжелонвгружаемых. изделий.
Одно из главных требований - сочетание высокой прочности
( d>6 не менее 1000 Ша) с повышенным "уровнем пластичности
(8 не менее 30$). ...
Кроме того, в ряде случаев стали должны обладать комплексом специальных свойств, таких как: износостойкость, устойчивость к-коррозии, технологичность при.металлургических переделах и -изготовлении изделий.
С позиции этих требований-перспективной основой для разработки, сталей с подобным комплексом физико-механических свойств являются стали на FG - Мп-Сіг-V - основе с повышенным содержанием углерода. Высокий уровень пластичности Jp - твердого раствора таких сталей ( 0 до 70$) достигается за счет развития деформационного двойни-кования при деформировании растяжением' (ПВД - эффект). Однако, при старении у - твердого раствора такие стали характеризуются интенсивным-выделением избыточных фаз по границам зерен, увеличением склонности стали к образованию, оС - мартенсита, значительным снижением уровня пластичности ( 0 менее 30$), что осложняет использование их в реальных условиях эксплуатации.
Изучение' состояния проблемы показывает, что более благоприятный комплекс'физико-механических свойств в результате дисперсионного .твердения может быть достигнут за счет легирования углеродистых, хромомарганцевованадиевых сталей повышенными добавками азота.
В литературе отсутствуют данные по систематическому "исследованию-совместного влияния азота (до 0,3 и углерода (0,4 - 1,0$) на структуру, фазовый состав, физико-механические свойства сталей системы Fe - Mn-Cz-V -С -Я при твердо растворном, дисперсионном, .деформационно-термическом упрочнении.
Потребность в подобных сталях обусловливает:
I. необходимость разработки, химического состава сталей с повышенной концентрацией азота и- промышленной технологии их производства, включающей выплавку и дефорвдционно-термичзский передел.
2. изучение влияния технологических параметров на качественные . характеристики литой и деформированной стали.
3.' изучение нового комплекса физико-механических свойств сталей и технологических свойств их у потребителя.
- Цель работы,. Исследование структуры и физико-механических
свойств высокоазотистых аустенитных сталей на основе системы
Fe -Мд-Сг -V-C-N и.разработка новой немагнитной высокопрочной
и высокопластичной стали, научных основ и конкретных процессов
технологии их производства. ,
Б работе были поставлены следующие задачи :
на основе анализа данных современного металловедения выбрать рациональную основу стали, обеспечивающую за счет ПВД-эффекта значительный ресурс пластичности JJ1 - твердого раствора, необходимый для получения благоприятного сочетания высокого уровня прочности и пластичности;
определить предельное содеркание азота, усваиваемое сталями исследуемой системы легирования в зависимости от химического состава ( С, Mfl) и-параметров выплавки;
исследо-вать влияние азота на качество стали в литом и деформированном состояниях с последующей разработкой технологий выплавки и горячего деформирования в промышленных условиях;
исследовать влияние химического состава (С, N, Mn,Si) способов термического; деформационного и деформационно-термического переделов на структуру и физико-механические свойства -стали и оптимизировать химический состав с учетом особенностей промышленной технологии выплавки; '
исследовать влияние технологических параметров на структуру, физико-механические свойства новой стали при дисперсионном, деформациокном упрочнении и разработать технологию деформационно-термического упрочнения проката;
- оценить физические и технологические^ свойства стали.
Научная новизна,'
I. Установлены основные закономерности усвоения азота сталью при выплавке средне- и высокоуглеродистых составов системы 1-е - МП- Сг -V- С- Н , связанные с влиянием химического состава ( С, МП ), температуры расплава перед введением азотистых'ферроспла-
ВОВ.
_ 5 -
2. Изучено влияние азота на формирование макро - и микро
структуры слитка. Установлено, что легирование азотом вызывает:
значительное измельчение равноосных неориентированных кристаллов,
уменьшение длины столбчатых кристаллов, уменьшение протяженности
V - образной ликвации, образование 'более коагулированных и более равномерно распределенных избыточных фаз.
3. Получены зависимости между легированием (углеродом., марган
цем, азотом) и физико-механическими свойствами аусте'нитных сталей
системы Fe - Mn-Cs-V- С -Ы. Обнаруживаемые при содержании
углерода около 0,6$ максимумы на кривых зависимостей значений
как характеристик пластичности (о5, $ ), так и прочности(сз6,6о2,5^)-'от концентрации углерода сталей системы Fe - Mn -C2-V-C-N с повышенным содержанием азота обусловлены интенсивным развитием деформационного двойникования, развивающегося при деформировании растяжением. Изменение содержания азота в пределах 0,05 - 0,30$ в исследуемых сталях системыРе-Мп-Со-У-С-Ы и вид упрочняющей обработки не влияют на положение наблюдаемых максимумов относительно концентрации углерода.
-
Легирование сталей системы Fe -Mn- Сг-V-C-Na зотом-приводит с одной стороны к увеличению количества и равномерности распределения нерастворившихся при аустенитизации избыточных фаз (карбонитридов типа V(CN)h уменьшению их размеров, с другой стороны к измельчению аустенитного зерна (до балла Ы при 0,Л% С и до балла 12 при 1,0$ С). .
-
Показано, что-при увеличении доли азота в сумме (C+N) и одновременном снижении доли углерода .происходит уменьшение аустенитного зерна, размер которого при определенном отношении
N/C 5s -0,38 (0,19$ N ) не изменяется, что'обусловлено повышением температуры диссоциации образованных карбонитридных фаз типа V(CN) в',сравнении с карбидам!.
6. Основными упрочняющими процессами структуре- и фазообразо-
вания, реализуемыми при многоразовой прокатке являются процессы
динамического и ранних стадий статического старения горячедефор-
мированного аустенита, протекающие в ходе пластического
деформирования прокаткой. -
Практическая значимость работы. I. Установлена возможность разработки семейства промышленно значимых немагнитных марок стали с необходимым, 'сочетанием прочностных и вязкостно-платических -свойств конструкционных высокоазотистых (0,2 - 0,3%Ю Сг - МП - V - С - N сталей
с повышенным содержанием углеро'да.
-
Разработана новая конструкционная высокопрочная и пластичная высокоазотистая немагнитная сталь типа 60ГІ4Х9А20Ф2 (а.с. 111.0815 ) марки ЗИ-ІЗІ. , -
-
На Златоустовском металлургическом заводе разработана промышленная технология выплавки высокоазотистой стали и производства сортового проката кованой заготовки из стали марки ЗИ 131 диаметром от 8 до 115 мм. Проведено опробование стали у потребителя с положительным результатом.
Апробация работы. Основные результаты диссертации доложена и обсуждены на: научно-технической конференции "Новое в металловедении .и термической обработке металлов и сплавов" (г.Челябинск, 1983г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы создания и применения высокопрочных конструкционных сталей" (г.Москва, 1983г.), научно-технической конференции "Интенсификация процессов термической1и химико-термической обработки металлов" (г.Челябинск, .1984г.), семинаре "Структура и свойства легированных сталей" (г.Киев, 1992г.), Второй конференции по высокоазотистым сталям (г.Киев, 1992г.).
Пу^ликащи. Основные материалы диссертации опубликованы в 3 статьях, 5 сборниках тезисов докладов' научно-технических конференций, получено одно авторское свидетельство на изобретение.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы (149 наименований) и приложения. Работа изложена на 240 страницах.машинописного текста, содержит 67 рисунков', 21 таблицу.
