Розробка теоретичних основ ресурсозберігаючих технологій зміцнюючих обробок конструкційних сталей для будівельних металевих конструкцій

Большаков В.І., Ричагов В.М., Повышение качества высокопрочных сталей путем ВТМО // У зб. наукових праць «Повышение качества металлопроката путем термической и термомеханической обработки».- Дніпропетровськ.-1988.- С.14-15.

Bolshakov V.I., Rychagov V.N., Pogrebnaya N.E. Development, investigation and implementation of high-resistance economically alloyed steel having yield strength 600 MPa and more into welded steel structures//У сб.наук.пр.ПДАБА"Проблемы современного материаловедения".-Дн-ськ,1995.-С.70-71

Ричагов В.М.,Большаков В.І. Изменение дислокационной структуры термоупрочненной строительной стали при сложном нагружении//Металургійна та гірничорудна промисловість,1990.-3.-С.21

Кинетика взаимодействия водорода с дефектами структуры сталей // В.І.Большаков, Л.М. Дейнеко, В.М.Ричагов, Н.Г.Крапивний, В.Б.Клешня // У зб. наук. пр. «Диффузионно-кооперативные явления в системах металл-изотопы водорода. Металл-водород-92».-Донецьк.-1992.-Ч.I.- С.58-60.

Большаков В.І., Ричагов В.М. Особенности формирования микроструктуры высокопрочной строительной стали в процессе термомеханического упрочнения //Зб. наукових праць «Структура и методы исследования легированных сталей». - Київ. - 1991.-С.37-38.

Большаков В.І., Ричагов В.М. Регламентированная прокатка с ускоренным охлаждением- эффективный путь получения перспективных материалов для строительных конструкций// У зб. наук.пр.ПДАБА «Проблемы современного материаловедения».-Дніпропетровськ.-1997.-С.113-115.

Технологии производства микролегированных сталей повышенной вязкости и хладостойкости для строительных металлических конструкций//В.І. Большаков, В.М. Ричагов, В.К. Флоров, А.А. Булянда, А.А. Курдюков, Л.С. Тихонюк// У зб. наук. пр. ПДАБА «Проблемы современного материаловедения.-Дніпропетровськ.-1998.-С.124-125.

Влияние технологических режимов сварки на качество сварных соединения микролегированных сталей после контролируемой прокатки//В.І. Большаков, В.М. Ричагов, В.К. Флоров, Е.П. Лукьяненко//У зб. наук.пр.ПДАБА»Проблемы современного материаловедения.-Дн-ськ.-1998.-С.125-127.

Патент України № 23739А. Рішення № 97031477від 9.03.1998. Клас МПК 6С22С 38.04. Конструкционная низколегированная сталь// В.К.Флоров, В.І.Большаков, В.М.Ричагов, С.К. Калиновський, О.О.Булянда, А.А.Курдюков, Л.С. Тихонюк та ін.//Заявлено 28.03.1997.-12 с.

Анотацiя

Ричагов В.М. Розробка теоретичних основ ресурсозберегаючих технологiй змiцнюючих обробок конструкцiйних сталей для будiвельних металевих конструкцiй: Днiпропетровськ.-1999.

У дисертацiйнiй роботi висвiтленi сучаснi уявлення теоретичного та фiзичного металознавства, якi базуються на комплексному вивченні кристалiчної будови, кiнетики фазових перетворень, природи и механизмiв змiцнення основних класiв низьковуглецевих, низько- та мiкролегованих сталей для зварювальних металевих конструкцiй пiсля рiзних термiчних та термомеханiчних дiянь. Розглянутi перспективнi засоби та технологiчнi схеми пiдвищення рiвня властивостей металопрокату для сталевих будiвельних конструкцiй на пiдставi комплексного аналiзу структурної теорiї мiцностi та зв'язку мiж хiмiчним складом та основними параметрами обробки з одного боку та параметрами структури та властивостями - з другого.

Враховуючи ситуацiю, що складается у країнi з енергоресурсами та легуючими домiшками у дисертацii особлива увага придiлена створенню ефективних технологiй термiчного змiцення з прокатного нагрiвання та термомеханiчної обробки будiвельних сталей за рахунок одночасового включения в дiю рiзних механiзмiв змiцнення в залежностi вiд системи легування, режиму обробки та швидкостi охолодження металопрокату. На основi виконаних у дисертацiйнiй роботi дослiджень пiдприємствам - виробникам та споживачам металопродукцiї запропонованi ефективнi ресурсосберегаючi технологичнi режими виробництва високомiцного прокату iз звичайних низьковуглецевих, низько- та мiкролегованих сталей, у тому числi iз зниженим вмiстом вуглецю, з пiдвищеними характеристиками мiцностi, пластичностi, холодустiйкостi та в'язкостi руйнування, технiко-економiчна ефективнiсть та особливостi його застосування у сталевих будiвельних конструкцiях як вiдповiдального, так i масового призначення.

Розробленi технiчні умови на виробництво на МК «Азовсталь» листового прокату із сталей 09Г2ФБ і 09Г2С (та їх аналогів Б-Б1-Ас, Б-Б2-Ас, Б-С1-Ас і Б-Б2-Ас) для будiвельних конструкцiй і резервуарів та рекомендацiї на їх застосування.

Ключовi слова: термомеханiчна обробка, термiчне змiцнення з прокатного нагрiвання, регламентована (контрольована) прокатка, дінамічна деформацiя, прискорене охолодження, гартування, оптимізація хімічного складу, мікролегування, зерно аустенiту, рекристализацiя, полигонизацiя, фрагментована субструктура, клас мiцностi, материаломicткiсть, ресурсосбереження, пластичнiсть, в'язкiсть руйнування, холодустiйкiсть, будiвельна конструкцiя, ефективнiсть застосування, зварне з'єднання, зона термiчного впливу.

Summary

The modern consideration connected with the theoretical and physical aspects of metal science were studied in presented thesis. This approach is characterised by complex investigation of crystal structure, kynetics of phase changes of nature and mechanisms of strengthening of main groups of low carbon and low alloyed steels for the welded metal structures after various thermal and thermomechanical influences. The most promising means and the technological schemes of rising the metalrolling properties level for steel structures have been considered. It was made on the base of complex analysis and interconnections between the chemical structure and the main treatment parameters on the one hand and the parameters and properties of structure on the other hand.

Taking into consideration the situotion with energy resources and alloyed addings in the thesis special attention was paid to the creation of highly efficiend technologies of thermal treatment with rolling heating and thermomechanical treatment of structural steels by means of simultaneous engaging into action the different strengthening mechanisms dependent on alloyed system, treatment regime and colling rate of metalrolling. On the base of literature review and scientific investigations made by the author during last years, some highly efficiend resourse saving technological regimes of production of highly strength metalrolling from common low carbon, low perlite and low alloyed steel including steels with low carbon content with higher strength characteristics tough characteristics frost resistance and crack resistance the technic and economic efficiency and especially its application in steel structures of both critical and mass purposes have been proposed for the enterprises, for those who produce and consume metal production.A number of technical conditions and recomendations for the use and for the "Azovstal" production of sheet metalrolling optimized structure steels 09Г2ФБ and 09Г2С for steel structures is suggested. The recomendations for its application have been worhed out.

Аннотация

Рычагов В.Н. Разработка теоретических основ ресурсосберегающих технологий упрочняющих обработок конструкционных сталей для строительных металлических конструкций.-Днепропетровск.-1999.

В диссертационной работе освещены современные представления теоретического и физического металловедения, базирующиеся на комплексном изучении кристаллического строения, кинетики фазовых превращений, природы и механизмов упрочнения основных классов низкоуглеродистых и низколегированных сталей для свариваемых строительных конструкций после различных термических и термомеханических воздействий. Установлены закономерности формирования горячедеформированного аустенита и конечной микроструктуры, обеспечивающие различные уровни прочности и достаточную надежность полученных материалов в зависимости от химического состава и параметров ДТО на основании изучения тонкой кристаллической структуры, созданной во время действия на металл значительных разовых и суммарных деформаций в процессе горячей прокатки и последующего ускоренного охлаждения с целью выбора оптимальных ресурсосберегающих режимов ТУПН и ТМО исследованных (применяемых и разработанных) марок сталей.

Разработаны низко- и микролегированные стали оптимизированного (с позиций повышения уровня свойств и снижения стоимости) состава и теоретические основы ресурсосберегающих технологий ДТО (ТУПН и ТМО), обеспечивающих повышение классов прочности существующих и новых сталей на основании установленных закономерностей протекания рекристаллизационных процессов и влияния их на формирование аустенитной и конечной микроструктуры за счет комплексных исследований тонкой структуры. Выявлены основные закономерности структурообразования сталей в зависимости от химического состава и режима обработки. Разработаны теоретические основы создания и реализации на МК Украины ресурсосберегающих технологий ТУПН и ТМО низкоуглеродистой, низко- и микролегированных сталей для строительных конструкций с целью производства сталей с ранжированными уровнями прочности, соответствующими классам: С245, С275, С305, C325, С360, С390, С420, С450, С490, С520, С550, С590, С640, С690, С740, С790, С840, С890 и объединения требований НТД на производство и применение проката для строительства с единых позиций классификации по классам прочности и с целью максимального снижения материалоемкости.

Установлены оптимальные концентрационные зависимости раздельного и совместного влияния легирующих и микролегирующих (углерода, марганца, кремния, ниобия, ванадия) компонентов на закономерности структурообразования, показатели механических и технологических (прочности, вязкости, хладостойкости, свариваемости) свойств и стоимость строительных сталей. Показано, что выбор концентраций Si:Мn-1,0:1,0-1,28 является оптимизированным соотношением и необходимым условием одновременного повышения прочности, вязкости, хладостойкости и создания дешевых свариваемых сталей строительного диапазона (см. патент Украины № 23739А) за счет формирования оптимальной микроструктуры и субструктуры. Получены температурные зависимости изменения размера зерен аустенита при нагреве и установлены температуры начала и конца интенсивного роста зерна всех исследуемых сталей в зависимости от химического состава.

Установлены закономерности влияния на структуру аустенита и возможности управления процессами превращения переохлажденного аустенита в сталях различных систем легирования за счет изменения параметров обработки, таких как температура аустенитизации и деформации, степени разовой и суммарной деформации, длительность выдержек и скорость охлаждения. Изучены процессы динамической полигонизации, динамической и статической рекристаллизации аустенита в зависимости от химического состава и параметров ДТО в условиях различной степени завершенности процессов упрочнения и разупрочнения исследуемых сталей и на основании этого установлены новые зависимости между температурой и степенью деформации, с одной стороны, и параметрами структуры и свойствами - с другой. Установлено влияние температурно-деформационных условий прокатки с суммарной деформацией 35-70% на конечном этапе прокатки в над- и межкритической областях на изменение параметров аустенитной и конечной микроструктур и, соответственно, на прочность, пластичность, вязкость, хладостойкость и трещиностойкость исследуемых сталей.

Установлено, что высокопрочные состояния могут быть получены в сталях с пределом текучести 330...490 Н/мм² на стали ВСт3сп в результате ТМО и регламентированной прокатки по оптимизированным температурно-деформационным режимам с деформацией в нижней части -области или МКИ с ускоренным охлаждением и отпуском при 500-600^оС в течение часа; - 440...590 Н/мм² - на низко- и микролегированных сталях после КП по оптимизированным температурно-деформационным режимам с деформацией в нижней части -области или МКИ; - более 590 Н/мм² в микролегированных сталях типа 09Г2ФБ и др; сталях ферритно-перлитного класса типа 16Г2АФ, 15Г2АФДпс и др. в результате РП и ТМО по оптимизированным температурно-деформационным режимам с деформацией в нижней части -области или МКИ с ускоренным охлаждением и отпуском при 600-670^оС в течение часа; - более 690 Н/мм² - на сталях типа 14Х2ГМР и др. в результате РП и ТМО по оптимизированным температурно-деформационным режимам с последующим охлаждением на воздухе; -более 790 Н/мм² - на стали 14Х2ГМР и др. в результате РП и ТМО с ускоренным охлаждением и отпуском при 600-650^оС в течение часа. Показано, что механические свойства микролегированной ниобием и ванадием стали с содержанием 0,06%С после ТМКО по оптимизированному режиму с ускоренным прерванным охлаждением находятся в следующих пределах:_т-470-570МПа; _в-570-670МПа; ₅-22,7-33,4%; КСU_-60-0,95-2,7 МДж/м²; КСV_-40-0,8-2,6 МДж/м²; доля волокна на образцах КСV_-40-95-100%, а Т₅₀ - ниже -80-90^оС. Механические свойства микролегированной ниобием и ванадием стали стали с содержанием углерода 0,12% после ТМО по оптимизированным режимам с ускоренным прерванным охлаждением находятся в следующих пределах: _т-510-630 МПа; _в-590-690 МПа; ₅-21,2-31,3%; КСU_-60-0,8-1,7 МДж/м²; КСV_-40-0,7-1,6 МДж/м²; доля волокна на образцах КСV_-40-85-100%. Такое сочетание свойств в ниобийсодержащих сталях достигнуто за счет формирования мелкозернистой структуры аустенита с полигонизованной или фрагментированной субструктурой, мелкозернистой ферритно-перлитной структурой после прокатки по оптимизированному режиму с охлаждением на воздухе и мелкодисперсной ферритно-бейнитной структурой с различным соотношением фаз после ТМКО с прерванным ускоренным охлаждением со скоростями от 2-3 до 25-40^о/с (оптимально 10-15^о/с). Показан экстремальный характер зависимости между пределом текучести и характеристиками хладостойкости и трещиностойкости сталей со смешанной структурой. Выявленные области оптимальных структурных состояний получены в результате формирования мелкого рекристаллизованного зерна аустенита и создания полигонизованной и фрагментированной субструктуры, обеспечивающих наилучшие сочетания предела текучести и трещиностойкости сталей. Анализ механических свойств показал, что по значениям _в, _т, ₅, КСU, КСV и Т₅₀ ниобийсодержащие стали после КП и ТМО по оптимизированному режиму полностью удовлетворяют предъявляемым требованиям соответствующих ТУ и СНиП II-23-81* для строительных конструкций и резервуаров.

На основании установленных закономерностей структурообразования разработаны технологии и НТД на производство толстолистового проката из микролегированных и кремнемарганцевых сталей оптимизированного состава для строительных и резервуарных конструкций по ресурсосберегающим технологиям ТУПН и ТМО. Разработаны и предложены технические условия на производство на МК «Азовсталь» листового металлопроката из микролегированной ниобием 09Г2ФБ и кремнемарганцевой 09Г2С (и их аналогов Б-Б1-Ас и Б-Б2-Ас, Б-С1-Ас и Б-Б2-Ас) сталей оптимизированного состава для строительных конструкций и подготовлен проект рекомендаций на их применение. В процессе сварки по оптимальным режимам в условиях заводов металлоконструкций листов из низко- и микролегированных сталей в металле ОШЗ при регламентации погонной энергии сохраняется мелкодисперсная структура, созданная в процессе КП и термомеханического упрочнения, которая обеспечивает равнопрочность основному металлу и значения ударной вязкости КСU^-40 более 0,39 МДж/м², а при принудительном охлаждении - более 0,49 МДж/м² даже с применением сварочных материалов, имеющихся на ЗМК, что удовлетворяет требованиям НТД к применяемым ныне сталям для строительных конструкций соответствующих уровней прочности и существенно превосходит их.

Ключевые слова: термомеханическая обработка, термическое упрочнение с прокатного нагрева, регламентированная (контролируемая) прокатка, деформация, ускоренное охлаждение, закалка, оптимизация химического состава, микролегирование, зерно аустенита, динамическая рекристаллизация, полигонизация, фрагментированная субструктура, класс прочности, материалоемкость, ресурсосбережение, пластичность, вязкость разрушения, хладостойкость, строительная конструкция, эффективность применения, сварное соединение, зона термического влияния.

Размещено на Allbest.ru