Розробка селективних вимог до хімічного складу й технології термомеханічної обробки катанки зі сталі Св–08Г2С, що забезпечують підвищення деформування при волочінні

Размещено на http://allbest.ru

ІНСТИТУТ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ ім. З.І. НЕКРАСОВА

НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

Спеціальність 05.16.01

“Металознавство та термічна обробка металів”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Розробка селективних вимог до хімічного

складу й технології термомеханічної обробки катанки зі сталі Св-08Г2С, що забезпечують підвищення деформування при волочінні

Жукова Світлана Юріївна

Дніпропетровськ - 2007

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Інституті чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України, м. Дніпропетровськ

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор,

Парусов Володимир Васильович,

Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова

НАН України, завідувач відділом термічної обробки металу для машинобудування

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

УЗЛОВ Іван Герасимович,

Інститут чорної металургії ім. З.І.Некрасова

НАН України, головний науковий співробітник відділу проблем деформаційно-термічної обробки конструкційних сталей

кандидат технічних наук

Чайковський Олег Олександрович,

Придніпровська державна академія будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України, доцент кафедри матеріалознавства та обробки матеріалів

Провідна установа : Національна металургійна академія України

Міністерства утворення й науки України, кафедра термічної обробки металів

Захист дисертації відбудеться “ 15 ” _червня 2007 р. о _1400__годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 08.231.01 Інституту чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, пл. Академіка Стародубова, 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, пл. Академіка Стародубова, 1.

Автореферат розісланий “_28” квітня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

К 08.231.01 Г.В. Левченко

Размещено на http://allbest.ru

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи.

Останнім часом досить широкого поширення набуло електродугове автоматичне й механізоване зварювання металів у середовищі захисних газів (вуглекислого газу, аргону й ін.). Для зварювання цими методами масових видів виробів використовується зазвичай зварювальний дріт з легованої кремніємарганцевої сталі типу Св-08Г2С.

Існують два технологічних процеси виробництва зварювального дроту з низьковуглецевої кремніємарганцевої сталі типу Св-08Г2С. Традиційна технологія включає хімічне видалення окалини, волочіння катанки в дріт із застосуванням 1...2 операцій знеміцнюючої термообробки й подальше обміднювання. Нова прогресивна технологія передбачає механічне видалення окалини на катанці діаметром 5,5 мм, сухе волочіння катанки в дротову заготовку діаметром 2,2...1,8 мм, потім без застосування знеміцнюючої термообробки - мокре волочіння дроту діаметром 1,6...0,8 мм, сполучене з електрохімічним обміднюванням поверхні.

Можливість зниження собівартості продукції за рахунок скорочення витрат на травлення катанки й термообробку дроту визначає перехід на нову технологію виробництва зварювального дроту, як у країнах СНД, так і далекого зарубіжжя. У зв'язку із цим потреба в катанці зварювального призначення зі сталі Св-08Г2С с підвищеним рівнем пластичності й окалиною, яка легко видаляється механічним способом, різко зросла. Таким чином, розробка селективних вимог до хімічного складу й технології термомеханічної обробки катанки зі сталі Св-08Г2С, що забезпечують підвищення деформованості при волочінні, є актуальним науково-технічним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Виконання дисертаційної роботи пов'язане з тематичними планами наукових досліджень Інституту чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України. Дослідження проведені в рамках бюджетних і госпдоговірних науково-дослідних робіт ІЧМ НАНУ:

- “Розробка нових підходів до мікролегування бором сталі для прокату під холодне висадження”, № держреєстрації 0104V005564, Дніпропетровськ, 2004.

-“Дослідження структури й властивостей катанки зі сталі підвищеної чистоти за домішками введення”, № держреєстрації 0106U003782, Дніпропетровськ, 2006.

- “Дослідження причин утворення неметалічних включень при кристалізації й прокатці та розробка пропозицій з їх зменшення”, договір № 74/ОС 165.04 від 01.07.2004, Рибниця-Дніпропетровськ, 2006.

Мета дослідження. Виявлення нових закономірностей кінетики фазових перетворень аустеніту в сталі Св-08Г2С при безперервному охолодженні, розробка селективних вимог до хімічного складу й технологічних режимів термомеханічної обробки (ТМО) катанки, які забезпечують пряме (без відпалу) волочіння зварювального дроту до діаметра 0,8 мм і економію енергоресурсів.

Задачі дослідження:

Вивчити кінетику перетворень аустеніту при безперервному охолодженні в сталі Св-08Г2С, яка містить базові легуючі елементи на нижній межі (С - 0,07%; Mn - 1,79 %; Si - 0,78%) і побудувати термокінетичну діаграму (ТКД) фазових перетворень.

Оцінити вплив основних (С, Mn, Si) і домішкових (Cr, Ni, Cu) легуючих елементів на структуру, механічні й технологічні властивості катанки з мікролегованої бором сталі Св-08Г2С.

Вивчити вплив співвідношення масових вмістів бору й азоту на підвищення технологічної пластичності при волочінні досліджуваної катанки-дроту. деформування волочіння пластичність катанка

Розробити режими ТМО катанки, які забезпечують видалення окалини механічним способом і задовільну технологічну пластичність при волочінні катанки-дроту до діаметра 0,8 мм.

Розробити нормативну документацію (НД) на катанку підвищеної деформованості із кремніємарганцевої сталі Св-08Г2С.

Об'єкт дослідження. Структуроутворення та властивості катанки зі сталі Св-08Г2С залежно від вмісту хімічних елементів в марочних межах та технологічних параметрів ТМО.

Предмет дослідження. Розробка селективних вимог до хімічного складу й технології термомеханічної обробки катанки з електросталі Св-08Г2С, які забезпечують пряме (без відпалу) волочіння зварювального дроту до діаметра 0,8 мм.

Методи дослідження. Теоретичні розробки дисертації базуються на фундаментальних положеннях металознавства та термічної обробки металів. При проведенні досліджень були використані сучасні методи: металографічний, електронномікроскопічний, електроннографічний, рентгеноструктурний, мікрорентгеноспектральний, дилатометричний, визначення хімічного складу сталі та механічних властивостей прокату. Масу й технологічні властивості окалини визначали за методиками вітчизняної й закордонної нормативної документації. Для оцінки експериментальних даних і прогнозування механічних властивостей застосовували методи математичної статистики й моделювання.

Наукова новизна:

Вперше вивчена кінетика перетворень аустеніту в боровмісній (В-0,0084 %) кремніємарганцевій сталі Св-08Г2С зі вмістом базових легуючих елементів на нижній межі (С - 0,07%; Mn - 1,79 %; Si - 0,78%) і побудована термокінетична діаграма. Показано, що в інтервалі швидкостей охолодження 5,5...183 єС/с після бейнітного перетворення відбувається мартенситне, а при швидкостях охолодження менше 5,5 °С/с перетворення аустеніту практично завершується в бейнітній області. Залежно від швидкості охолодження в структурі сталі зберігається до 5 % неперетвореного аустеніту (Аост).

Встановлено, що в катанці зі сталі Св-08Г2С дендритна ліквація марганцю й кремнію характеризується середніми коефіцієнтами 1,45 і 1,41, відповідно, й сприяє утворенню бейніто-мартенситних ділянок (БМД) у структурі. Мінімізація кількості БМД забезпечується зниженням (у межах марочного хімічного складу) вмісту як основних, так і домішкових легуючих елементів, а також зменшенням ступеня розвитку дендритної ліквації зазначених елементів.

Встановлено критерії деформованості катанки зі сталі Св-08Г2С при прямому волочінні у зварювальний дріт діаметром до 0,8 мм - кількість бейніто-мартенситних ділянок, межа міцності й відносне звуження при розтяганні, які відповідно дорівнюють: кількість БМД ? 5%; ув ? 500 Н/мм2; Ш ? 75 %. Критеріальні величини досягаються при наступних селективних вимогах до хімічного складу сталі: C < 0,07 % ; Mn = 1,75...1,85 %; Si = 0,70...0,90 %.

Встановлено, що квазіізотермічна витримка аустеніту сталі Св-08Г2С селективного хімічного складу в інтервалі температур 550...600°С на протязі 1200... 1800 с забезпечує формування ферито-перлітної структури, що не містить бейніто-мартенситних ділянок.

5. Встановлено, що відповідність БМД, ув і ш критеріальним значенням досягається при наступних режимах знеміцнюючої ТМО катанки:

- температура закінчення гарячої деформації на дротовому блоці - 950...1100 °С;

- температура розкладки катанки на витки - 950...1000 °С;

- середня швидкість охолодження витків катанки до температури 500...550 °С - 0,29...0,38 °С/с, а в інтервалі від зазначених температур до 100...150°С-? 0,63 °С/с.

Практичне значення отриманих результатів:

На базі теоретичних і експериментальних досліджень розроблено та реалізовано в умовах ММЗ комплексну технологію виробництва катанки прямого волочіння зі сталі Св-08Г2С, розлитої на машинах безперервного лиття в заготовки малого перерізу.

Розроблено нормативну документацію на виробництво катанки за новою технологією:

ТІ 518-2012-ПС-0001-2006 “Производство сортового проката и катанки на непрерывном двухниточном мелкосортно-проволочном стане 320/150”;

ТІ 518-2012-ПС-0006-2006 “Термическая обработка стержневого и бунтового проката в потоке мелкосортно-проволочного стана 320/150”;

технічні умови ТУ У 14-4-495-2001 “Катанка из легированной стали для изготовления сварочной проволоки” та ТУ У 27.1-23365425-595:2005 “Катанка повышенной деформируемости из легированной стали для изготовления сварочной проволоки прямым волочением”.

За кооперацією ММЗ - ВАТ “Міждержметиз-Мценськ” (МГММ) впроваджено наскрізну енергозберігаючу технологію виробництва зварювального дроту діаметром до 0,8 мм зі сталі Св-08Г2С, яка забезпечує деформованість катанки-дроту без знеміцнюючої термічної обробки.

Річний економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи в умовах ММЗ складає 900 тис доларів США, частка автора - 150 тис. доларів США.

Особистий внесок здобувача.

Аналітичний огляд, визначення мети й завдань досліджень, проведення експериментів, обробка, аналіз і наукове обґрунтування отриманих результатів виконані особисто автором. Узагальнення результатів експериментальних і теоретичних досліджень процесів перетворень аустеніту сталі Св-08Г2С при безперервному охолодженні з різними швидкостями виконано автором при консультаційній допомозі докт.техн.наук О.Б. Сичкова.

Автором підготовлені до друку науково-технічні статті й доповіді, написані в співавторстві.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися й обговорювалися на науково-технічних конференціях “Проблеми сучасного матеріалознавства (Стародубівські читання)” (м. Дніпропетровськ, 2004, 2006, 2007 р.), об'єднаних семінарах металознавчих відділів Інституту чорної металургії НАН України (2007 р.), семінарі кафедри термічної обробки металів Національної металургійної академії України (2007 р.), технічній Раді СЗАТ ММЗ (2007 р.).

Публікації. Матеріали дисертації викладені в 15-ти наукових роботах, з яких 10 опубліковані у фахових виданнях, 5, в тому числі 1 патент на винахід, у додаткових виданнях.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 7 розділів, висновків, списку літературних джерел і додатків.

Матеріали роботи викладені на 212 сторінках, з яких 143 сторінки основного тексту та містять 42 рисунки, 56 таблиць, 11 сторінок - список використаних літературних джерел з 107 найменувань і 2 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У введенні та загальній характеристиці дисертації обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі дослідження, наукову новизну й практичну значимість отриманих результатів.

У першому розділі виконано аналітичний огляд науково-технічної літератури, що стосується теоретичних і технологічних основ виробництва катанки з легованої кремніємарганцевої сталі для виробництва зварювального дроту.

На сучасному етапі одним з основних видів зварювання є електродугове зварювання дротом суцільного перерізу в середовищі захисних газів. У зв'язку із цим потреба в катанці зварювального призначення зі сталі Св-08Г2С та її аналогів, здатній після механічного видалення окалини до прямого волочіння до діаметра 0,8 мм, різко зросла.

Наведено аналіз хімічного складу сталі й механічних властивостей катанки із кремніємарганцевих сталей, виробленої за традиційною і сучасною технологіями. Зазначено переваги нової технологічної схеми в частині поліпшення екологічної обстановки, оздоровлення умов праці, підвищення якості металу й економії енергоресурсів за рахунок виключення з технологічного циклу операцій травлення й знеміцнюючої термічної обробки.

З урахуванням сучасних тенденцій розвитку металургійного та виробництв металевих виробів, обумовлених вимогами світового ринку до якості катанки для зварювального дроту, обґрунтована постановка мети й основних задач дисертаційної роботи.

У другому розділі приведені дані про матеріал і методи дослідження.

У роботі використані сучасні методи контролю, аналізу й випробувань: хімічний склад сталі визначали відповідно до методик, які відповідають НД за допомогою рентгенівських спектрометрів ARL - 3460, Spectrolab-M, Spectoflaime, газових аналізаторах LECO - TN 314 і TC 436, Strohlein -моделі O-H-N - Mat і ін.; макро- і мікроструктуру катанки й дроту вивчали за допомогою оптичних (МБС-9, Neophot 32, Olympus IX-70) і електронних (ЭМ-125, EF-2, VEGA TS 5130 MM) мікроскопів, а також комп'ютерної системи аналізу зображень IA-3001 з програмним забезпеченням фірми LECO; випробування механічних і технологічних властивостей катанки й дроту здійснювали відповідно до вимог і методик відповідної НД на машинах і приладах наступних типів: EU 100, EDZ - 40, P-20, ІР -500, ПМТ-3, МНТ 240; кінетику перетворень аустеніту при безперервному охолодженні вивчали на дилатометрах ПЕКЛО-80 і МД-83 конструкції ІЧМ НАНУ; рентгеноструктурний аналіз здійснювали на дифрактометрі ДРОН-2,0, мікрорентгеноспектральний (МРСА) - на енергодисперсійному і хвильовому спектрометрах фірми Oxford Instruments; масу й технологічні властивості окалини визначали за методиками вітчизняної й закордонної НД. Для оцінки експериментальних даних і прогнозування механічних властивостей використали методи математичної статистики й моделювання.

У третьому розділі для оцінки впливу термічної обробки на структуру й властивості електросталі марки Св-08Г2С, яка містить базові легуючі елементи на нижній межі (С - 0,07%; Mn - 1,79 %; Si - 0,78%) і попередньо підданої гарячій деформації з коефіцієнтом витяжки 658, вивчена кінетика перетворень аустеніту (температура аустенітизації - 9500С) при безперервному охолодженні з різними швидкостями й побудована термокінетична діаграма. Для зв'язування азоту (0,007 %) у досліджувану сталь було введено бор у кількості 0,0084 %. Показано, що в інтервалі швидкостей охолодження 5,5...1830С/с бейнітне перетворення передує мартенситному, а при швидкостях охолодження менше 5,50С/с перетворення аустеніту практично завершується в бейнітній області. При цьому, залежно від швидкості охолодження, в структурі сталі зберігається до 5 % неперетвореного аустеніту.

Проведено моделювання технологічних режимів охолодження катанки зі сталі Св-08Г2С у лабораторних і промислових умовах. У результаті експериментів установлено, що найбільш істотний вплив надає уповільнене охолодження в інтервалі температур 750...500°С, що сприяє більш повному перетворенню аустеніту в ферит і перліт і мінімальне утворення БМД. Показано, що найбільш оптимальний комплекс структурних і механічних характеристик, необхідних для зварювальної катанки підвищеної деформованості, формується при наступному режимі термічної обробки: аустенітизація при 950°С на протязі 5...10 хв. з наступним охолодженням до 600...550°С та ізотермічною витримкою при цих температурах протягом 20...30 хв.

Методом МРСА встановлено, що в катанці зі сталі Св-08Г2С дендритна ліквації марганцю й кремнію характеризується середніми коефіцієнтами 1,45 і 1,41, відповідно, й сприяє утворенню БМД в структурі. Мінімізація кількості БМД та підвищення пластичності сталі забезпечується зниженням (у межах марочного хімічного складу) вмісту як основних, так і домішкових легуючих елементів, оптимізацією співвідношення в сталі бору та азоту, а також застосуванням спеціальних технологій (вакуумування, електромагнітне перемішування металу в кристалізаторі, модифікування неметалічних включень кальцієм, повний захист металу від вторинного окислення), і збільшенням часу термостатування витків катанки під теплоізоляційними кришками на лінії Stelmor.

У четвертому розділі проведено порівняльний аналіз структури та механічних характеристик катанки-дроту зі сталі Св-08Г2С, виробленої за традиційною й вдосконаленою технологіями.

Показано, що при хімічному складі сталі Св-08Г2С, нормованому ГОСТом 2246 (С = 0,07..0,10 %; Mn = 1,86...1,99 %; Се = 0,58...0…0,61%;Mnе =2,18...2,29 %), і прийнятих раніше на лінії “короткий” Stelmor режимах ТМО не забезпечуються структурний стан і рівень механічних властивостей, необхідних для прямого волочіння дроту до діаметру 0,8 мм.

Удосконалена технологія виробництва катанки зі сталі Св-08Г2С передбачала мікролегування сталі бором і ТМО катанки за оптимізованими режимами на лінії “короткий” Stelmor. Порівняльний аналіз усереднених результатів механічних властивостей катанки зі сталі Св-08Г2С, виробленої за звичайною та вдосконаленою технологіями на “короткому” Stelmor, показав, що в другому випадку відбувається зниження міцностних властивостей (?ув =58 Н/мм2, ?т =29 Н/мм2) при одночасному підвищенні пластичних (?д5 = 3 % абс., ?= 6 % абс). Експерименти, проведені після реконструкції лінії Stelmor (заміна “короткої” ділянки квазіізотермічної витримки витків катанки (40 м) на довгий (120 м)), показали, що при прямому волочінні катанки зі сталі Св-08Г2С діаметром 5,5 мм нормативні вимоги до дроту забезпечуються лише в діаметрі до 1,4 мм.

У п'ятому розділі з використанням методів математичної статистики й моделювання показано вплив хімічного складу й технологічних факторів ТМО на механічні характеристики катанки зі сталі Св-08Г2С.

Встановлено, що найбільш значний вплив на механічні властивості (межа міцності в, відносне звуження , відносне подовження - д5, д10) роблять такі хімічні елементи, як Mn, B, відношення B/N, у тому числі вуглецевий (Cе) і марганцевий (Mnе) еквіваленти, а також технологічні параметри прокатки (швидкість прокатки на дротовому блоці Vб) і охолодження катанки (температура металу на виткоукладальнику tв/у, час термостатування кр) на лінії Stelmor. Для прогнозування механічних властивостей і управління технологічним процесом виробництва катанки діаметром 5,5 мм зі сталі марки Св-08Г2С підвищеної деформованості були розраховані параметри математичної моделі, наведені в табл. 1.

Розроблені моделі мають високі статистичні показники (R, Sзалиш., F) адекватності реальному процесу. Показано, що найбільш значущо на механічні властивості досліджуваної катанки впливають вуглецевий еквівалент, швидкість прокатки й час термостатування її витків під теплоізолюючими кришками. Менш значний вплив вмісту бору, його співвідношення з азотом, температури металу на виткоукладальнику, що пояснюється незначним коливанням цих параметрів для даної марки сталі.

У розвиток відомих положень про значний вплив марганцю на механічні властивості кремніємарганцевих сталей розраховані математичні вирази для оцінки механічних властивостей катанки на базі марганцевого еквіваленту Mnе (Mnе = Mn + (C+Si)/3 + Cr/5 + Cu/9) і його комплексних показників : Мnе·Се; Се·Мnе/В; Се·Мnе·В.

Таблиця 1

Параметри лінійної математичної моделі (у = во + Уві · хі), яка пов'язує хімічний склад і технологічні фактори з механічними характеристиками катанки зі сталі Св-08Г2С

Механічні характери- стики	Коефіцієнти при факторах (чисельник), частка їх впливу (знаменник, %) і статистичні критерії адекватності реальному процесу
	в0	в1 (Се)	в2 (В)	в3 (кр)	в4 (Vб)	R2	R	Sзалиш.	F	n
В1, Н/мм2	103,46	971,26 82,8	-	- 0,117 17,2	-	0,76	0,87	21,64	442,6	137
В2, Н/мм2	395,48	1134 57,0	- 5963 4,0	-	-4,76 40,0	0,76	0,87	23,67	281,7	137
1, %	119,55	- 132,1 74,1	-	- 0,03 25,9	-	0,66	0,81	5,44	266,1	137
2, %	132,36	- 153,3 77,7	-	- 0,02 22,3	-	0,62	0,79	5,88	247,8	137
ПРИМІТКА: Символи : Се - вуглецевий еквівалент, Се = C + Mn/5 + Si/7 + (Cr+Ni+Cu)/12; В - вміст бору загального, %; кр час перебування металу під теплоізоляційними кришками, с; = Li/Vi, де Li - довжина i-ої групи секцій роликового транспортера, м; Vi - швидкість i-ої групи секцій транспортера, м/с; Vб - швидкість прокатки в дротовому блоці, м/с; R, R2 - відповідно коефіцієнти множинної кореляції й детермінації; Sзалиш - залишкове стандартне відхилення функції відгуку; F - критерій Фішера; В1 і 1 - параметри оптимізації з урахуванням однієї незалежної змінної - відношення бору до азоту (B/N), В2 і 2 -- параметри оптимізації з урахуванням іншої незалежної змінної - бору (В).

Визначено значення показників хімічного складу сталі Св-08Г2С для забезпечення критеріального рівня міцностних (в ? 500 Н/мм2) і пластичних властивостей ( 75 %), які вимагаються споживачами для прямого волочіння катанки діаметром 5,5 мм у дріт діаметром до 0,8 мм (Се ? 0,55 %; Мпе? 2,10%).

Отримані залежності обумовили розробку селективних вимог до хімічного складу та режимів термомеханічної обробки катанки зі сталі типу Св-08Г2С, які забезпечують високу технологічність при прямому волочінні зварювального дроту діаметром до 0,8 мм.

У шостому розділі розроблено селективні вимоги до хімічного складу катанки з низьковуглецевої кремніємарганцевої сталі Св-08Г2С, які полягають у звуженні меж вмісту основних і домішкових легуючих елементів на рівні, що відповідає нижньому марочному вмісту цих елементів за ГОСТ 2246-70: не більше 0,07 % C; 1,75...1,85 % Mn; 0,7...0,9 % Si; не більше 0,020 % P. Додатково сталь мікролегували бором, відношення вмістів якого з азотом знаходилося в межах 0,7...1,3. Зв'язування бором азоту в нітрид бору (відношення B/N  0,8) обумовлює виведення азоту із твердого розчину введення, що, знижуючи мікродеформацію кристалічних решіток фериту й щільність дислокацій (рентгеноструктурний аналіз), сприяє збільшенню технологічної пластичності сталі: мікротвердість фериту металу з бором приблизно в 1,5 рази менше в порівнянні з металом без бору, а мартенситу - в 1,3 рази.

Встановлено, що в перліті сталі Св-08Г2С кристалографічне сполучення решіток фериту й цементиту близьке до орієнтаційного співвідношення Пітша ([120]б // [100]ц), а в бейніті сполучення близьке до орієнтаційного співвідношення Ісайчева-Багаряцького ([320]б // [100]ц).

В умовах ММЗ на лінії “довгий” Stelmor розроблено режим знеміцнюючої ТМО катанки зі сталі Св-08Г2С, при якому реалізуються умови охолодження, характерні для потокової квазіізотермічної витримки:

- температура закінчення гарячої деформації на дротовому блоці -950... 1100°С;

- температура розкладки катанки на витки - 950... 1000°С;

- середня швидкість охолодження витків катанки до температури 500...550°С - 0,29...0,38°С/с, а в інтервалі від зазначених температур до 100... 150°С - ? 0,63°С/с.

При дотриманні розроблених селективних вимог до хімічного складу сталі Св-08Г2С й вищенаведеного режиму знеміцнюючої ТМО забезпечується задовільне видалення окалини з поверхні катанки як механічним, так хімічним методами й досягнення критеріїв деформованості катанки-дроту, необхідних для прямого волочіння (кількість БМД ? 5 %; в ? 500 Н/мм2; ш  75 % ).

Порівняльні дані за технологічними особливостями виробництва і якісні показники катанки зі сталі Св-08Г2С, призначеної для виготовлення зварювального дроту традиційним і розробленим способами відповідно на лініях “короткий” і “довгий” Stelmor наведені в табл. 2

За результатами проведених досліджень розроблені й введені в дію технічні умови ТУ У 27.1-23365425-595:2005 “Катанка підвищеної деформованості з легованої сталі для виготовлення зварювального дроту прямим волочінням”, які нормують селективні вимоги до хімічного складу сталі Св-08Г2С.

Результати, що ставляться до режимів ТМО катанки зі сталі Св-08Г2С, послужили основою для розробки на рівні винаходу способу

Таблиця 2

Якісні показники катанки зі сталі Св-08Г2С, призначеної для виробництва зварювального дроту традиційним (1) і розробленим (2) способами

Індекс способу виробництва

Хімічний склад сталі, % 1)

Наявність (+), відсутність (-) спеціальних технологій

Двостадійне охолодження

Механічні властивості, норма/факт

БМД %

С Mn

Si P

S Cr

Ni Cu

B B/N

Се max Mnе max

VD

ЕМП

Захист струменя металу від вторинного окислення

t0 блок tв/в, С

Vтр., м/с кр., с

Vохол C/c

в, Н/мм2

10, %

ш, %

1

0,05... 0,11/ 1,80... 2,10

0,70... 0,95/ ? 0,030

? 0,025/ ? 0,20

? 0,25/ ? 0,.25 (? 0,20 - за вимогою)

0/0

0,71/ 2,5

-

-

-

? 1050/ ~ 900

0,1... 0,5/ 80...400

0,85... 3,6

? 690/ факт - до 750

18

48/ факт - 23

до 40

2

? 0,07/ 1,75... 1,85

0,70... 0,90/ ? 0,020

? 0,015/ ? 0,20

? 0,25/ ? 0,25

0,006... 0,009/ ~ 0,8

0,55/ 2,1

+

+

+

? 970/ ~ 950 (1000)

0,09... 0,12/ 1200... 1380

0,29... 0,38

? 500/ факт - 490... 480

28/ факт - 30...35

75/ факт - 79...83

до 5

ПРИМІТКИ: VD - загальне позначення процесу вакуумування; ЕМП - електромагнітне перемішування; tо - температура металу на виході із дротового блоку; tв/у - температура металу на виткоукладальнику; Vтр - швидкість роликового транспортера лінії Stelmor; Vохол - середня швидкість охолодження катанки в інтервалі температур 950…1000C...виготовлення катанки підвищеної деформованості з низьковуглецевої кремніємарганцевої сталі (Патент № 321, Молдова, З21Д1/02, З22Д8/06, пріоритет 21.06.2006 р.).

У сьомому розділі приведені матеріали дослідження з переробки катанки зі сталі Св-08Г2С виробництва ММЗ на метизних підприємствах, що застосовують як традиційні (ВАТ “Стальметиз” і ін.), так і сучасні (МГММ і ін.) технологічні схеми виробництва зварювального дроту.

Дослідження деформованості катанки зі сталі Св-08Г2С, мікролегованої бором, виробленої на лінії “короткий” Stelmor за вдосконаленими режимами ТМО, показало можливість прямого волочіння катанки діаметром 5,5 мм лише в дріт діаметром 2,2 мм, тобто із сумарним обтисненням 84 %. Дріт менших діаметрів мав знижений ресурс пластичності через наявність значної кількості (10.. 15 %) БМД в структурі вихідної катанки (досліджено оптичним, електронномікроскопічним, електронографічним методами).

Катанка діаметром 5,5 мм із боровмісної сталі Св-08Г2С зі вмістом базових і домішкових хімічних елементів за ДСТ 2246, піддана ТМО на лінії “довгий” Stelmor, була перероблена в дослідному порядку без початкової й проміжної знеміцнюючих термообробок у дріт діаметром 0,8 мм із сумарним ступенем деформації 97,9 %. Однак при цьому дріт діаметром 1,2; 1,0 і 0,8 мм характеризувався міцностними властивостями, які перевищують верхні межі, нормовані ГОСТ 2246, і окрихчуванням. За результатами переробки встановлено, що одержання дроту, який відповідає вимогам ГОСТ 2246, можливо тільки після проведення знеміцнюючої термічної обробки (рекристалізаційного відпалу) катанки або дроту на проміжному розмірі.

Розроблені в дисертаційній роботі селективні вимоги до хімічного складу сталі Св-08Г2С й науково обґрунтована технологія ТМО катанки, із зазначеної сталі, дозволили забезпечити її пряме волочіння з діаметра 5,5 мм у дріт діаметром до 0,8 мм (сумарний ступінь деформації - 97,9 %) із задовільною технологічністю. Так, середня обривність склала: при сухому волочінні дроту діаметром 2,2...1…1,8 мм - 0,18 т-1 , при мокрому волочінні дроту діаметром 1,6 мм -1,45 т-1; діаметром 1,2 мм -1,80 т-1; діаметром 1,0 мм -1,72 т-1 , діаметром 0,8 мм - 3,85 т-1 . Випробування якості звареного шва, наплавленого із дроту, виготовленого за розробленою технологією, показали відповідність якісних і технологічних характеристик вимогам НД і замовників.

Таким чином, у дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-технічну задачу з розробки селективних вимог до хімічного складу й технології термомеханічної обробки катанки зі сталі Св-08Г2С, що забезпечують підвищення деформованості при волочінні й економію енергоресурсів.

Річний економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи в умовах ММЗ становить 900 тис. доларів США, частка автора - 150 тис. доларів США.

ВИСНОВКИ

1. В дисертації вирішено актуальну науково-технічну задачу з розробки селективних вимог до хімічного складу й технології термомеханічної обробки катанки зі сталі Св-08Г2С, що забезпечують підвищення деформованості при волочінні й економію енергоресурсів.

2. Вперше вивчено кінетику перетворень аустеніту в боровмісній (В_0,0084 %) кремніємарганцевій сталі Св-08Г2С зі вмістом базових легуючих елементів на нижній межі (С - 0,07%; Mn - 1,79 %; Si - 0,78%) і побудована термокінетична діаграма. Показано, що в інтервалі швидкостей охолодження 5,5...183єС/с після бейнітного перетворення відбувається мартенситне, а при швидкостях охолодження менше 5,5 °С/с перетворення аустеніту практично завершується в бейнітній області. Залежно від швидкості охолодження в структурі сталі зберігається до 5 % неперетвореного аустеніту.

3. Встановлено, що квазіізотермічна витримка аустеніту сталі Св-08Г2С селективні хімічні склади в інтервалі температур 550...600°С у продовж 1200... 1800 с забезпечує формування ферито-перлітної структури, яка не містить бейніто-мартенситні ділянки.

4. Встановлено, що в катанці зі сталі Св-08Г2С дендритна ліквація марганцю й кремнію характеризується середніми коефіцієнтами 1,45 і 1,41, відповідно, й сприяє утворенню БМД в структурі. Мінімізація кількості БМД забезпечується зниженням (у межах марочного хімічного складу) вмісту як основних, так і домішкових легуючих елементів, а також зменшенням ступеня розвитку дендритної ліквації зазначених елементів.

Встановлено залежності механічних властивостей від хімічного складу й технологічних режимів двостадійного охолодження катанки. Визначено критерії деформованості при прямому волочінні зварювальної катанки-дроту зі сталі Св-08Г2С до діаметра 0,8 мм - кількість бейніто-мартенситних ділянок, межа міцності й відносне звуження при розтяганні, які відповідно дорівнюють: кількість БМД ? 5%; ув ? 500 Н/мм2; ш 75 %. Критеріальні величини досягаються при наступних селективних вимогах до хімічного складу сталі: C< 0,07 % ; Mn = 1,75...1,85 %; Si = 0,70...0,90 % при відношенні B/N 0,8.

6. На рівні винаходу розроблено і впроваджено новий технологічний процес знеміцнюючої термомеханічної обробки катанки з низьковуглецевої кремніємарганцевої сталі типу Св-08Г2С на сучасній лінії “довгий” Stelmor, яка забезпечує високу технологічну пластичність при прямому волочінні катанки діаметром 5,5 мм у дріт діаметром 1,6...0,8 мм.

Розроблений процес ТМО включає:

- закінчення гарячої прокатки на дротовому блоці при температурі 950...11000С;

- розкладку катанки на витки при температурі 950...10000С;

- охолодження витків на повітрі із середньою швидкістю 0,29...0…0,380С /с до температури 500...550°С, а в інтервалі від зазначених температур до 100...150°С-? 0,63°С/с.

7. При переробці дослідно-промислових партій катанки на метизному переробі встановлено:

- метал має підвищену деформованість, що забезпечує пряме (без знеміцнюючої термомеханічної обробки) волочіння катанки діаметром 5,5 мм у дріт діаметром до 0,8 мм (сумарний ступінь деформації - 97,9 %);

- середня обривність при сухому волочінні до діаметра 2,2...1…1,8 мм склала 0,18 т-1 , при мокрому волочінні дроту діаметром 1,6; 1,2 і 0,8 мм відповідно 1,45 т-1; 1,80 т-1; 3,85 т-1

- забезпечена висока технологічна пластичність катанки: середня обривність при сухому волочінні склала 0,18 т-1 , при мокрому волочінні для дроту діаметром 1,6; 1,2 і 0,8 мм - відповідно 1,45 т-1; 1,80 т-1і 3,85 т-1;

-поверхнева окалина задовільно видаляється як механічним, так і хімічним способами;

- вихід обмідненого дроту із блискучою поверхнею не менше 96%.

8. За результатами дисертаційної роботи розроблені й впроваджені технічні умови ТУ У 27.1-23365425-595:2005 “Катанка підвищеної деформованості з легованої сталі для виготовлення зварювального дроту прямим волочінням”, які нормують селективні вимоги до хімічного складу сталі Св-08Г2С.

9. Річний економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи в умовах Молдавського металургійного заводу становить 900 тис. доларів CША, частка автора - 150 тис. доларів США.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНИЙ У ВИДАННЯХ

1. Металлургические факторы, определяющие технологическую плас-тичность при волочении катанки из кремнемарганцевых сталей / В.В. Парусов, А. Б. Сычков, С. Ю. Жукова, А. И. Сивак// Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научных трудов ИЧМ НАНУ. - Днепропетровск: Вiзiон. - 2004. - Вып. 7. - С. 322...330.

2. Развитие научных и технологических основ производства проката в мотках/ В.В. Парусов, В.Г. Черниченко, О.В. Парусов, А.Б. Сычков, Э.В. Парусов, С.Ю. Жукова // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научных трудов ИЧМ НАНУ. - Днепропетровск: Вiзiон. - 2004. - Вып. 8. - С. 284...302.

3. Кинетика фазовых превращений в катанке из непрерывно-литой электростали Св-08Г2С при непрерывном охлаждении/ В. В. Парусов, С. Ю. Жукова, М. Ф. Евсюков, А. Б. Сычков, И. В. Деревянченко, А. И. Сивак// Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научных трудов ИЧМ НАНУ. - Днепропетровск: Візіон. - 2004. - Вып. 9. - С. 191...197.

4. Влияние химического состава и технологических факторов на механические характеристики катанки из стали Св-08Г2С/ В.В. Парусов, А.Б. Сычков, С.Ю. Жукова, О.В. Парусов, М. А. Жигарев// - Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2005. - № 4. - С. 68...71.

5. Математическое моделирование механических свойств катанки из стали типа Св-08Г2С / В.В. Парусов, А.Б. Сычков, С.Ю. Жукова, О.В. Парусов, М. А.Жигарев// Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научных трудов. - Днепропетровск: ПГАСА. - 2006. - Вып. 36, часть 2. С. 20…26.

6. Перетворення аустеніту в сталi Св-08Г2С при безперервному охолодженнi / В.В. Парусов, М.П. Бугаець, С.Ю.Жукова, М.Ф.Євсюков// - Металознавство та обробка металiв. - 2006. - № 1. - С. 9…13.

7. Исследование способности к удалению окалины с поверхности катанки из стали Св-08Г2С/ В.В. Парусов, А.Б. Сычков, С. Ю. Жукова, М. А. Жигарев О.В. Парусов, А.В. Перегудов// Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006. - № 5. - С. 70...72.

8. Взаимосвязь режимов термической обработки со структурой и свойствами катанки из стали Св-08Г2С/ В.В. Парусов, А.Б. Сычков, С.Ю. Жукова, М.А. Жигарев// Теория и практика металлургии. - 2006. - № 6. - С.59…64.

9. Нестеренко А.М., Сычков А.Б., Жукова С.Ю. Исследование причин разрушения при волочении катанки-проволоки из стали Св-08Г2С //Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006. - № 6. - С. 60...63.

10. Парусов В.В., Сычков А.Б., Жукова С.Ю. Химическая и структурная неоднородность в катанке из непрерывнолитой электростали Св-08Г2С// Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научных трудов. - Днепропетровск: ПГАСА. - 2007. Вып. 41, часть 2. - С.30…33.

Додатково наукові результати відображені у публікаціях:

11. Изменение химического состава неметаллических включений на всех этапах производства стали / Р.В. Старов, В.В. Парусов, С.Ю. Жукова,А.Б. Сычков, И.В. Деревянченко, Д.Н. Тогобицкая// - Сталь. - 2005. - №1. - С. 79…82.

12. Катанка повышенной деформируемости из стали Св-08Г2С/ В. В. Парусов, А. Б. Сычков, И. В. Деревянченко, С.Ю. Жукова, О.Л. Кучеренко, М.А. Жигарев / Металлург. - 2007. - № 2. - С.64…70.

13. Vetting wire rod quality / A .B. Sychkov, I. V. Derevianchenko, M. A. Zhigarev, S. Y. Zhukova, A. V. Peregudov// Wire Industry/ - Part 1. - 2006. - October. - P. 31…37.

14. Vetting wire rod quality / A .B. Sychkov, I. V. Derevianchenko, M. A. Zhigarev, S. Y. Zhukova, A. V. Peregudov// Wire Industry/ - Part 2. - 2006. - November. - P. 30…39.

15. Патент № 321, Молдова, С21Д1/02, С22Д8/06. Способ изготовления катанки из низкоуглеродистой кремнемарганцовистой стали / А.В. Юдин, А.Н. Савьюк, И.В. Деревянченко, А.Б. Сычков, О.Л. Кучеренко, В.В. Парусов, О.В. Парусов, С.М. Жучков, С. Ю. Жукова //Право и общество. - 2006. - № 3. - С. 6.

АНОТАЦІЇ

Жукова С.Ю. Розробка селективних вимог до хімічного складу й технології термомеханічної обробки катанки зі сталі Св-08Г2С, що забезпечують підвищення деформування при волочінні. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01 - “Металознавство та термічна обробка металів”. - Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, г. Дніпропетровськ, 2007.

У роботі вирішена актуальна науково-технічне задача з розробки селективних вимог до хімічного складу й технології термомеханічної обробки катанки зі сталі Св-08Г2С, що забезпечують підвищення деформованості при волочінні й економію енергоресурсів.

Вивчено кінетику перетворень аустеніту в боровмісній (В-0,0084 %) кремніємарганцевій сталі Св-08Г2С зі вмістом базових легуючих елементів на нижній межі (С_0,07 %; Mn - 1,79 %; Si - 0,78%) і побудована термокінетична діаграма. Показано, що в інтервалі швидкостей охолодження 5,5...183єС/с після бейнітного перетворення відбувається мартенситне, а при швидкостях охолодження менше 5,5 °С/с перетворення аустеніту практично завершується в бейнітній області. Залежно від швидкості охолодження в структурі сталі зберігається до 5 % неперетвореного аустеніту.

Розроблено селективні вимоги до хімічного складу сталі Св-08Г2С (C ? 0,07 % ; Mn = 1,75...1,85 %; Si = 0,70...0,90 %) і визначено критерії деформованості катанки діаметром 5,5 мм із такої сталі при волочінні в дріт діаметром до 0,8 мм - кількість бейніто-мартенситних ділянок - не більше 5%, межа міцності - не більше 500 Н/мм2, відносне звуження - не менше 75%.

Розроблено технічні умови ТУ У 27.1-23365425-595:2005 “Катанка підвищеної деформованості з легованої сталі для виготовлення зварювального дроту прямим волочінням” і новий технологічний процес знеміцнюючої термомеханічної обробки катанки зі сталі Св-08Г2С.

Переробка промислових партій катанки діаметром 5,5 мм у дріт до 0,8 мм показала, що середня обривність не перевищує: при сухому волочінні до діаметра 2,2..1,8 мм - 0,18 т-1; при мокрому волочінні до діаметра 1,6; 1,2 і 0,8 мм - відповідно 1,45 т-1; 1,80 т-1 і 3,85 т-1. Вихід обмідненого дроту із блискучою поверхнею становить не менше 96%.

Ключові слова: низьковуглецева кремніємарганцева сталь, катанка підвищеної деформованості, знеміцнююча термомеханічна обробка, мікроструктура, механічні властивості, зварювальний дріт.

Жукова С.Ю. Разработка селективных требований к химическому составу и технологии термомеханической обработки катанки из стали Св-08Г2С, обеспечивающих повышение деформируемости при волочении. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.16.01 - “Металловедение и термическая обработка металлов”. - Институт черной металлургии им. З.И. Некрасова НАН Украины, г. Днепропетровск, 2007.

В работе решена актуальная научно-техническая задача по разработке селективных требований к химическому составу и технологии термомеханической обработки катанки из стали Св-08Г2С, обеспечивающих повышение деформируемости при волочении и экономию энергоресурсов.

Изучена кинетика превращений аустенита в борсодержащей (В_0,0084 %) кремнемарганцевой стали Св-08Г2С с содержанием базовых легирующих элементов на нижнем пределе (С - 0,07%; Mn - 1,79 %; Si - 0,78%) и построена термокинетическая диаграмма. Показано, что в интервале скоростей охлаждения 5,5...183 єС/с после бейнитного превращения происходит мартенситное, а при скоростях охлаждения менее 5,5 °С/с превращение аустенита практически завершается в бейнитной области. В зависимости от скорости охлаждения в структуре стали сохраняется до 5 % непревращенного аустенита.

Разработаны селективные требования к химическому составу стали Св-08Г2С (C ? 0,07 %; Mn = 1,75... 1,85 %; Si = 0,70...0,90 %) и определены критерии деформируемости катанки диаметром 5,5 мм из такой стали при волочении в проволоку диаметром до 0,8 мм - количество бейнито-мартенситных участков - не более 5%, предел прочности - не более 500 Н/мм2, относительное сужение - не менее 75%.

Разработаны технические условия ТУ У 27.1-23365425-595:2005 “Катанка повышенной деформируемости из легированной стали для изготовления сварочной проволоки прямым волочением” и новый технологический процесс разупрочняющей термомеханической обработки катанки из стали Св-08Г2С.

Переработка промышленных партий катанки диаметром 5,5 мм в проволоку до 0,8 мм показала, что средняя обрывность не превышает: при сухом волочении до диаметра 2,2..1,8 мм - 0,18 т-1; при мокром волочении до диаметра 1,6; 1,2 и 0,8 мм - соответственно 1,45 т-1; 1,80 т-1 и 3,85 т-1. Выход омедненной проволоки с блестящей поверхностью составляет не менее 96%.

Ключевые слова: низкоуглеродистая кремнемарганцевая сталь, катанка повышенной деформируемости, разупрочняющая термомеханическая обработка, микроструктура, механические свойства, сварочная проволока.

Zhukova S.Y. Development of selective requirements to chemical composition and practices of thermal and mechanical treatment of Sv-08G2S wire rod to attain the rod's improved deformability in the drawing. - Manuscript.

The dissertation on competition of the Candidate of technical science degree by speciality 05.16.01 - “Metallurgical science and thermal processing of metals”. -Iron and Steel Institute named Z. I. Nekrasov, NAS of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2007.

The work discusses the resolution of a pressing scientific technical problem in the development of selective requirements to chemical composition and practices of thermal and mechanical treatment of Sv-08G2S wire rod to ensure the rod's improved deformability in the drawing and saving on power resources.

Studied kinetic of transformation of austenite in silico-manganese steel Sv-08G2S with contents base alloyed element on floor limits (С - 0,07%; Mn - 1,79 %; Si - 0,78%) and thermokinetic diagram was constructed. It is shown that in interval of the velocities of the cooling 5,5...183 єС /s after bainite transformation occurs martensite transformation, the austenite transformation was actually completed in the bainite area when the cooling rate was less then 5,5° C/s. Depending on velocities of the cooling in structure is saved before 5 % non-transformed austenite.

Selective requirements to chemical composition of Sv-08G2S steel were developed (C ? 0,07 % ; Mn = 1,75... 1,85 %; Si = 0,70...0,90 %) and criteria of deformability were defined for Sv-08G2S wire rod, 5,5 mm, to be drawn into 0,8 mm wire, and namely: the number of bainite-martensite areas of 5 % max., tensile strength of max 500 N/mm2, and reduction of 75 % min.

A standard specification TU U 27.1 - 23365425 - 595:2005 “Wire rod with higher deformability from alloyed steel for fabrication of the welding wire by direct drawing” and new softening thermomechanical treatment process were worked out.

Industrial processing of 5,5 mm wire rod down to 0,8 mm wire shows that the average breakage rate does not exceed 0,18 cases/t in the case of dry drawing to diameters of 2,2 to 1,8 mm, and in the case of wet drawing to diameters 1,6; 1,2 and 0,8 it does not exceed 1,45 cases/t; 1,80 cases/t and 3,85 cases/t, respectively. The yield of bright coppered wire is 96 % min.

Key words: low carbon silico-manganese steel, wire rod with higher deformability, stress-releasing thermal and mechanical treatment, microstructure, mechanical properties, welding wire.

Размещено на Allbest.ru

...