Розробка ресурсозберігаючої технології виробництва безванадієвих електросталей з карбонітридним зміцненням

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національна металургійна академія України

УДК 669.187-194.52:001.73:669.786

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Розробка ресурсозберігаючої технології виробництва безванадієвих електросталей з карбонітридним зміцненням

Спеціальність 05.16.02 - "Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів"

Бубликов Юрій Олександрович

Дніпропетровськ - 2009

Дисертація є рукопис

Робота виконана в Національній металургійній академії України Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: Доктор технічних наук, профессор Рабінович Олександр Вольфович, Національна металургійна академія України (м. Дніпропетровськ), завідувач кафедри металургії кольорових металів

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, професор Медовар Лев Борисович, завідувач відділу фізико-металургійних проблем електрошлакових технологій Інституту електрозварювання ім. Є.О.Патона НАН України (м. Київ) механічний литва азот

Кандидат технічних наук Кравченко Вячеслав Андрійович, начальник відділу технології та обладнання сталеплавильного виробництва Інституту розвитку ВАТ “Інтерпайп НТЗ” (м. Дніпропетровськ).

Захист відбудеться « 23 » червня 2009 р. о 1230 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.084.03 при Національній металургійній академії України (49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національної металургійної академії України (49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4).

Автореферат розісланий « 15 » червня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 08.084.03, доктор технічних наук, профессор Камкіна Л.В.

Загальна|спільна| характеристика роботи

Актуальність роботи: Згідно з «Концепцією розвитку гірничо-металургійного комплексу України на 2000-2010 роки» найважливішими задачами на сучасному етапі є ресурсозбереження за рахунок зниження металоємності та підвищення надійності металоконструкцій, машин і агрегатів, а також забезпечення конкурентоспроможності продукції шляхом упровадження принципово нових металургійних технологій.

Збільшення міцності конструкційної сталі дозволяє гарантувати їх надійність і довговічність, а у багатьох випадках зменшувати переріз елементів конструкцій і, відповідно, їх масу. Це визначає актуальність теми дисертаційної роботи, спрямованої на розробку складу і технології електроплавки низьколегованих| конструкційних сталей| ферито-перлітного| класу з|із| карбонітридним| зміцненням (КНЗ) для виробництва литва|лиття| і прокату в машинобудуванні і, зокрема, при виробництві вантажних вагонів нового покоління та інших виробів.

Широке впровадження| цього| напряму| в Україні стримується| великою вартістю| та дефіцитністю| ванадію|, ніобію| та азотованих| феросплавів|. Тому дослідження|, спрямовані| на розробку| складу і технології| виробництва| економічних| сталей| з карбонітридним| зміцненням| на базі| мікролегування| відносно| недорогими і досить| доступними| титаном та алюмінієм,| технологія| переробки| яких| |виключає| необхідність| у контрольованій| прокатці| або| додатковій| термічній| обробці| прокату, безумовно| є важливими|.

Не менш| актуальним| в умовах| Україні, де| частка| безперервної| розливки| сьогодні| становить| не більш| 35%, є зниження| витратного| коефіцієнта| при деформаційній| переробці| глибокорозкислених| електросталей| (без обмежень| щодо| вмісту| кремнію|) до рівня| звичайних| напівспокійних| сталей|.

Зв'язок роботи з|із| науковими програмами, планами, темами:

Дисертаційна робота виконувалася в Національній металургійній академії України згідно з планами науково-дослідних робіт у рамках|у рамках| тем: "Розробка теоретичних| основ асиміляції| азоту рідким| металом| з нетрадиційних| азотовмісних| композицій|" (1999-2002 р.р., № д.р. 0199U000458); "Розробка теоретичних| основ і математичне| моделювання| процесу| кристалізації| спокійних| низьколегованих| азотовмісних| сталей| з метою| одержання| злитків| з розосередженою| усадочною раковиною" (2000-2002 р.р., № д.р.0100U000775); "Розробка наукових основ легування азотом конструкційних сталей| з метою підвищення їх механічних і експлуатаційних характеристик" (2003-2005 р.р., № д.р.| 0103U003214); "Розробка теоретичних основ легування азотом литих сталей| для підвищення їх експлуатаційних властивостей" (2006-2008 р.р., № д.р.0106U002206).

Крім того, по темі дисертації проводилися роботи за госпдоговорами: "Розробка та освоєння в умовах дослідного виробництва
ВАТ "КСЗ" технології виплавки сталі 20ГЛ| з|із| підвищеними експлуатаційними характеристиками, одержання яких досягається за рахунок оптимізації її складу та карбонітридного зміцнення" (2004-2005 р.р., № д.р.0104U010735); "Оцінка стабільності забезпечення якості литої сталі підвищеної міцності в умовах ВАТ "КСЗ" і участь в розробці технічних умов на неї" (2006 р.), "Проведення в печі ЛПЗ-67 лабораторних плавок|плавлень| низьколегованих| сталей| з|із| карбонітридним| зміцненням і визначення їх механічних характеристик" (2007 р.). У проведених науково-дослідних роботах автор брав безпосередню участь як виконавець|виконувач| і відповідальний виконавець|виконувач|.

Мета роботи: Забезпечення комплексу високих механічних властивостей і експлуатаційних характеристик литва та прокату та підвищення виходу придатного завдяки розробці технології модифікування низьколегованої кремній-марганцевої електросталі азотом, титаном та алюмінієм.

Задачі|задачі| дослідження:

- виконати| аналітичні| дослідження| сучасних| напрямів| підвищення| міцності| конструкційних| низьколегованих| сталей| та науково| обґрунтувати| можливість| застосування| карбонітридного| зміцнення| завдяки| модифікуванню| сталі| азотом, титаном та алюмінієм|;

- на підставі| глибокого| теоретичного вивчення| взаємодії| азоту з багатокомпонентними| системами визначити| оптимальний| вміст| мікролегуючих| елементів| (N, Ti|, Al|) та їх вплив| на закономірності| формування| макро- і мікроструктури| литого металу|;

- виконати| аналіз| особливостей| виробництва| низьколегованих| азотовмісних| сталей| в електродугових| печах та провести експериментальні| дослідження| з одержання| злитків| з розосередженою| усадочною| раковиною за рахунок| «надрівноважних|» концентрацій| азоту;

- виконати| експериментальні| дослідження| процесів| формування| ферито-перлітної| структури| при утворенні| карбонітридних| фаз на основі| титану і алюмінію| в литому стані| та при подальшій| термообробці|;

- оцінити| вплив| базових| елементів| (C, Mn|, Si|) на комплекс механічних| властивостей| і дати| рекомендації| щодо їх раціонального| вмісту| в нових| економнолегованих| сталях| для литва;|

- розробити| та впровадити| технологію| електроплавки| безванадієвих| конструкційних| сталей| з карбонітридним| зміцненням|.

Об'єкт дослідження: фізико-хімічні процеси при виплавці, розливці, кристалізації і термічній обробці безванадієвих низьколегованих ферито-перлітних сталей з карбонітридним зміцненням в литому і деформованому станах.

Предмет дослідження: визначення впливу складу безванадієвих низьколегованих конструкційних сталей ферито-перлітного класу з карбонітридним зміцненням на структуроутворення та комплекс властивостей у литому і деформованому станах та розробка технології їх виробництва.

Методи дослідження:

- визначення хімічного складу сталі методами аналітичної хімії і спектрального аналізу на установках «Спектролаб»;

- визначення механічних властивостей при випробуваннях дослідної|дослідної| сталі на розрив (ГОСТ 1497-84), ударну в'язкість (ГОСТ 9454-78) і втому (ГОСТ 25.502-79);

- оптична та електронна мікроскопія для аналізу структури і фазового складу металу аналітичними і фізичними методами (спектральний і рентгеноспектральний аналізи);

- статистична обробка даних щодо впливу |плавлення|складу сталі та технології виплавки на комплекс її фізико-механічних| властивостей (механічні властивості, опір втомному руйнуванню, зварюваність| і так далі).

Лабораторні та дослідно-промислові дослідження виконані відповідно до вимог сучасних стандартів, на приладах і устаткуванні|обладнанні|, які пройшли|минали| метрологічний контроль, що підтверджує достовірність одержаних результатів.

Наукова новизна|новинка| одержаних результатів:

1. На підставі| розрахунків| фазових| рівноваг| в системі| Fe-Ti-Al-N| уточнено механізм| взаємодії| азоту з елементами-модифікаторами| у|біля| рідкій| сталі| та при її кристалізації| і встановлено|, що| дисперсність| структури| литого металу| регулюється| лише| титаном при його| вмісті| понад| 0,002%|, а алюміній| впливає| на розмір| зерна ферита лише| при подальшій| термічній| обробці|.

2. З використанням| електронної| мікроскопії| уперше| встановлені| типи| надлишкових азотовмісних| фаз у низьколегованих| кремній-марганцевих| сталях ферито-перлітного класу|, модифікованих| азотом, титаном і алюмінієм|. У мікроструктурі ідентифіковані карбонітриди титану Ti(C,N), нітриди алюмінію AlN та комплексні частиці Ti(C,N) + AlN.

3. Уперше визначено зв'язок між концентрацією титану в азотовмісній низьколегованій сталі і кількістю та розміром його карбонітридів. Показано, що переважна частина карбонітридів титану ( > 50% відн.) має нанорозмір ( 1-2 мкм) при його вмісті не вище 0,020-0,025% і встановлено, що саме вони визначають дисперсність литої структури. Алюміній при концентрації 0,020-0,040% утворює тільки нанонітриди ( 200 нм), роль яких однакова в литої і деформованої сталі.

4. Уперше визначені кількісні залежності комплексу властивостей литих низьколегованих ферито-перлітних сталей від вмісту базових елементів (вуглець, кремній, марганець) і елементів-модифікаторів (титан, алюміній, азот) на підставі чого розроблено склад сталі с карбонітридним зміцненням підвищеної міцності для литва та технологічні основи її виробництва.

Практичне значення одержаних результатів:

- розроблені| склади нових| економнолегованих| безванадієвих| конструкційних| електросталей| з карбонітридним| зміцненням| для прокату та литва|, що| мають| високий| комплекс механічних| та експлуатаційних| властивостей|;

- розроблена| технологія| легування| сталі азотом, яка забезпечує| одержання| необхідного| його| вмісту| з мінімальною| витратою| розробленого| азотоносія|;

- модифіковані| азотом, титаном і алюмінієм| сталі| широко апробовані| у промислових| умовах| і прийняті| до впровадження| в серійному| виробництві| економнолегованого| фасонного і листового|аркуш| прокату та литих| деталей візків| вантажних| вагонів| і автозчепних| пристроїв|, що| підтверджується| відповідними| актами;

- одержана| дослідна| партія| нового виду холоднодеформованого| арматурного прокату класу| міцності| А600 за ДСТУ 3760:2006 із сталей| з карбонітридним| зміцненням;|

- встановлений| позитивний| вплив| комплексного модифікування| конструкційних| сталей| азотом, титаном і алюмінієм| на втомну| міцність| і хладостійкість| литого і деформованого| металу;|

- розроблені та зареєстровані службами Держстандарту Україні технічні умови на склад сталі ТУ У 27.1-33686285-002:2007 «Відливки із сталі марки 20ГЛ підвищеної міцності для вагонобудування» та склад азотоносія ТУ У 27.3-33686285-001:2006 «Лігатура азотовмісна (ЛАВ)»;

- новизна і промислова корисність науково-технологічних рішень при розробці складу сталі і технології виробництва азотовмісної лігатури підтверджена 2 патентами України, а також результатами широкомасштабних промислових випробувань технології виробництва конструкційних сталей з карбонітридним зміцненням на ВАТ «Дніпроспецсталь», ВАТ «Металургійний завод ім. Г.І.Петровського” та ВАТ «Кременчуцький сталеливарний завод».

Особистий|особовий| внесок|вклад| здобувача|конкурсанта|:

Дисертація є|з'являється| самостійною роботою автора, яка базується на опублікованих результатах досліджень. Всі теоретичні та експериментальні дослідження виконані автором самостійно або за його безпосередньою участю. Автором сформульовані всі наукові положення|становища|, результати і висновки|висновки|, які виносяться на захист. У публікаціях, підготовлених в співавторстві, здобувачу|конкурсантові| належить таке|слідуюче|: аналіз| технологічних| особливостей| при виплавці| та розливці| електросталей| та коректування| технології| виробництва| сталей| з|із| карбонітридним| зміцненням| у дугових| печах [1,3,4,8,15,16]; фізико-хімічне| обґрунтування| впливу| карбонітридів| титану на формування| первинної| литої| структури| металу|, а нітридів| алюмінію| - на структуроутворення| в твердому стані| при гарячій| деформації| або| термічній| обробці| [2,3,7]; аналіз| впливу| концентрації| титану на кількість| та розміри| його| карбонітридів| і рекомендації| щодо його| вмісту| у ферито-перлітних| сталях| з карбонітридним| зміцненням| [10,14]; інтерпретація результатів| електронної| мікроскопії| надлишкових| азотовмісних| фаз у конструкційних сталях [2,10]; наукове обґрунтування впливу легування азотом на мікроструктуру і властивості литого металу [9,10]; постановка задачі, промислові експерименти та встановлення параметрів для оптимізації хімічного складу та його впливу на структуру і механічні властивості литва із сталей з карбонітридним зміцненням [5,6]; статистична обробка промислових даних та оптимізація вмісту базових та мікролегуючих елементів з метою забезпечення комплексу високих механічних властивостей литва [14]; встановлення впливу карбонітридного зміцнення на стійкість проти втоми основних литих елементів візків вантажних вагонів [12]; аналіз та інтерпретація результатів одержання нових видів холоднодеформованої металопродукції класу міцності А600 при невеликих ступенях|рівнях| деформації за рахунок карбонітридного зміцнення [13].

Апробація результатів дисертації: Основні положення і результати роботи доповідалися та обговорювалися на: IV і V науково-практичних конференціях «Машинобудування - джерело ефективності ГМК» (ТОВ НВГ «Дніпротехсервіс», м. Дніпропетровськ 2006р., 2007р.); 7th International symposium of Croatian metallurgical society SHMD'2006 “Materials and metallurgy” (Sibenik, Croatia 2006г.); науково-практичній конференції «Металургія та освіта. Проблеми і перспективи» (ЗДІА, м. Запоріжжя, 2006р.); 8-мому міжнародному конгресі «Устаткування і технології термічної обробки металів і сплавів» (ХФТІ, м. Харків, 2007р.); міжнародній конференції "Advances in metallurgical processes and materials" (НМетАУ, м. Дніпропетровськ, 2007 р.), міжнародній науковій конференції «Інтелектуальні системи ухвалення рішень і прикладні аспекти інформаційних технологій» (м. Євпаторія, 2007 р.), молодіжному науково-технічному форумі «Інтерпайп-2007» (ВАТ «Інтерпайп-НТЗ», м. Дніпропетровськ, 2007р.), ХХХI і ХХХII Konferencjach naukowych z okazji swieta odlewnika “Nowoczesne technologie w odlewnictwie» (AGH, Krakov, 2007р., 2008р.).

Публікації: По темі дисертаційної роботи опубліковано 11 статей в наукових журналах, збірках наукових праць і матеріалах конференцій (у тому числі 6 - у виданнях, рекомендованих ВАК України), отримано 2 патенти України.

Структура і об'єм дисертації: Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел і 9 додатків, викладена на 130 сторінках машинописного тексту, включаючи 31 таблицю, 41 рисунок. Список літератури складається із 193 найменувань і надрукований на 21 сторінці.

Основний зміст|вміст| роботи

У вступі розкрита актуальність теми дисертаційної роботи, сформульована мета роботи і визначені її основні задачі, викладена наукова новизна і практична цінність одержаних результатів із зазначенням особистого внеску автора, приведений зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

У першому розділі «Основні напрями підвищення властивостей конструкційних сталей» на підставі літературних даних виконаний аналіз механізмів зміцнення низьколегованих сталей ферито-перлітного класу і ступеня їх впливу на рівень величини міцнісних властивостей.

У результаті|унаслідок| проведеної обробки масиву з|із| понад 2,8 тисяч промислових плавок|плавлень| сталі 20ГЛ| встановлено|установлена| статистично значущу залежність границі текучості від вмісту|вмісту| базових легуючих елементів (С|із|, Mn|, Si|) і ступінь|міра| впливу кожного з них навіть у межах марочного складу:

т= 213,2+93,2[Mn]+163,1[Si] +83,7[Mn][Si], МПа; (1)

т= 274,8+248,7[С]+357,6[С][Si], МПа. (2)

Збільшення рівня легування ферито-перлітної| сталі марганцем і кремнієм у бік верхньої межі їх концентрацій визначає суттєве|суттєве| твердорозчинне зміцнення і є|з'являється| додатковим резервом підвищення міцнісних| властивостей. Позитивний вплив вуглецю в сталях| даного класу виявляється перш за все|передусім| через кількість перлітної фази, частка|доля| якої є|з'являється| прямою функцією його концентрації, але|та| її вплив на границю текучості за літературними даними досягає не більше 15%. Додаткове легування сталі азотом, підвищуючи активність вуглецю (= 0,130), зсуває|зсовує| точку Р на діаграмі стану|достатку| Fе-C| у бік меншої концентрації вуглецю і тим самим, хоча й незначно, але|та| збільшує частку|долю| перлітної складової у загальній|спільній| структурі металу.

Проведений аналіз одержаних залежностей свідчить про те, що легування ферито-перлітної сталі тільки кремнієм і марганцем, при обмеженні вмісту вуглецю до 0,25%, унаслідок погіршення зварюваності металовиробів, забезпечує величину т не більше 375 МПа, що сьогодні не задовольняє більшість споживачів.

Одержання|здобуття| металоконструкцій більш високого класу міцності без легування сталі дорогими елементами заміщення (Cr,Ni,Mo| і т.д.) можливо лише за рахунок дисперсійного та зернограничного зміцнення. Обидва механізми є|з'являються| наслідком утворення надлишкових|надлишкових| карбонітридних| фаз при легуванні сталі елементами, що мають підвищену спорідненість до вуглецю і азоту. Частка|доля| цих взаємозв'язаних складових може досягати 60% від загальної|спільної| величини зміцнення при переважаючій ролі останньої.

Разом з|поряд з| підвищенням вимог до міцнісних| характеристик необхідною умовою є|з'являється| не тільки|не лише| збереження|зберігання|, але й підвищення рівня пластичних властивостей конструкційної сталі. До експлуатаційних вимог належать також добра |добра|зварюваність|, висока корозійна і втомна стійкість та ін. Сьогодні для цих цілей до складу сталі додатково уводять|запроваджують| азот спільно з|із| ванадієм або ніобієм. Вирішальний|ухвальний| вплив на комплекс перелічених властивостей, включаючи міцність, має|робить| подрібнення зерна фериту, основний внесок|вклад| в забезпечення якого вносять карбонітриди| ванадію, що регулюють зеренну| мікроструктуру металу. При цьому дисперсність і кількість цієї надлишкової|надлишкової| фази визначається не стільки рівнем концентрацій і співвідношенням фазоутворюючих| елементів (ванадію і азоту), скільки температурними режимами прокатки і/або термічної обробки.

На підставі проведеного в першому розділі аналізу можливостей|спроможності| підвищення міцнісних| властивостей, а також враховуючи високу вартість і дефіцитність ванадію, і тим більше ніобію, визначено головну задачу|задачу| роботи, що полягає в дослідженні фізико-хімічних|фізико-хімічних| закономірностей формування у ферито-перлітних| сталях| дрібнодисперсних| карбонітридних| і нітридних| фаз дешевших і більш доступних металів, а саме титану і алюмінію, і розробці складу і технології виплавки високоміцних економнолегованих| сталей| в електродугових печах.

У другому розділі «Азот як легуючий елемент у ферито-перлітних конструкційних сталях» виконані термодинамічні розрахунки рівноважної розчинності азоту в рідкому залізі при t=1600oС з урахуванням реального вмісту легуючих елементів в конструкційних низьколегованих сталях за рівнянням:

, (3)

де Т - температура розплаву, К; - параметр взаємодії першого порядку; - концентрація елементів, % мас; - парціальний тиск азоту.

Застосування|вживання| цього рівняння до розплаву, що містить|утримує| титан, не враховує можливості|спроможності| утворення його нітриду| в рідкій сталі, яка визначається із умов рівноваги реакції взаємодії титану з|із| розчиненим азотом (4,5):

; (4)

, (5)

де , - активність титану і азоту, відповідно;
- коефіцієнт активності азоту.

Визначивши значення констант рівноваги реакцій розчинення азоту і титану, а також утворення їх нітриду| з використанням параметрів взаємодії тільки|лише| першого порядку|ладу| через відносно низький вміст|вмісту| легуючих елементів, одержуємо|одержувати| рівняння:

(6)

Результати сумісних розрахунків рівнянь (3) і (6) для сталей 20ГЛ| та 10САТЮ|, графічно представлені|уявляти| на рис.1, показують, що вже при вмісті титану ?0,002% мас|. розчинність азоту в розплаві контролюється реакцією (4). При цьому в області вище граничних кривих неминуче утворення TіN| у рідкій сталі.

Стосовно нітридів| алюмінію розрахунки, виконані за тією ж методикою, дозволяють прогнозувати можливість|спроможність| їх утворення|утворення| в рідкій сталі при вмісті|вмісті| алюмінію лише більше декількох відсотків|процентів|. Ще більшою мірою це стосується ванадію та ніобію. Нітриди всіх трьох елементів утворюються тільки|лише| в твердому стані|достатку| при охолоджуванні після|потім| кристалізації та при нагріванні під гарячу деформацію, в її процесі і/або при термічній обробці.

Це підтверджено також результатами металографічного аналізу зразків|взірців| литої сталі марки 20ГЛ| з|із| КНЗ, виконаного методами оптичної мікроскопії на мікроскопі “Neophot-21|” при збільшенні до 2000. Результати досліджень, приведені на рис.2, підтверджують термодинамічні розрахунки утворення нітриду| титану в області його низьких концентрацій (рис.1).

При цьому різке збільшення кількості нітридів титану спостерігається при збільшенні його концентрації до 0,020 %. Саме у цьому інтервалі переважно утворюються відносно дрібні нанонітридні включення розміром 1-2 мкм. З підвищенням концентрації титану до 0,030 % приріст щільності нітридів титану (nTiN) знижується за рахунок перерозподілу кількості крупних та дрібних включень у бік перших.

Наявність нанодисперсних фаз та їх речовий склад визначені рентгеноелектронномікроскопічними дослідженнями із збільшенням до 8105. Показано, що нанокарбонітриди титану в достатньо великих кількостях (до 320 од/см2) утворюються в інтервалі його концентрації 0,010-0,020%.

У той же час загальна кількість нановключень при сумарному вмісті азоту в сталі 0,012-0,014% вже при збільшенні вмісту титану від 0,003% до 0,016% знижується більш ніж у 2,5 рази за рахунок зменшення кількості нанонітридів алюмінію (40-200нм), що визначається зменшенням кількості вільного азоту після кристалізації.

Таким чином, при мікролегуванні вуглецевої сталі титаном і алюмінієм перший визначає рівень розчинності азоту в рідкому металі і формування карбонітридних| включень|приєднань| в розплаві, а також, виконуючи функцію інокулятора| другого роду, виступає|вирушає| як регулятор|регулювальник| первинної литої структури. Виходячи з цього рекомендований вміст|вміст| титану в сталі повинен становити не менше 0,015%. Алюміній, нітриди| якого формуються в твердому металі, є|з'являються| відповідальним за зеренну| структуру сталі після|потім| нагрівання під термічну обробку литва|лиття| або гарячу деформацію.

Формування макроструктури литої сталі розглянуто|розглядувати| у розділі з позиції одержання|здобуття| тільки|лише| щільного металу для виробництва литва|лиття| або злитків|зливків| з|із| розосередженою усадочною раковиною для подальшої|наступної| деформації. Показано, що в металі для литва|лиття| зміст|вміст| азоту повинен відповідати рівнянню:

, (7)

де [Al], [Ti], [N] - концентрація в сталі алюмінію, титану і азоту, % мас|.

0,52 і 0,29 - стехіометричні| коефіцієнти нітридів| алюмінію і
| титану, відповідно.

У цьому ж розділі показано, що при недотриманні вимог (7) формується структура з|із| розосередженою усадочною раковиною, аналогічна злитку напівспокійної слаборозкисленої| сталі.

Проаналізовані методи легування сталі азотом, зокрема із застосуванням спеціальних розроблених нами в співавторстві азотовмісних лігатур, використання яких забезпечує мінімальні ресурсовитрати| при виплавці азотистих низьколегованих| сталей|.

У третьому розділі «Виробництво низьковуглецевої електросталі з “надрівноважною” концентрацією азоту» розглянуті і проаналізовані особливості електроплавки конструкційних сталей і визначені оптимальні технологічні рішення щодо розливки і переділу злитків із спокійної за хімічним складом сталі з розосередженою усадочною раковиною.

На підставі аналізу процесів взаємодії атмосферного азоту з|із| рідким металом упродовж усіх періодів електроплавки теоретично обґрунтовано і практично підтвержено обробкою великої кількості плавок|плавлень| підвищений вміст азоту в електросталі на рівні 0,009-0,011%. При цьому визначена тенденція до зростання|зросту| його вмісту|вмісту| із|із| збільшенням ступеня|міри| легованості| сталі.

З урахуванням|з врахуванням| одержаних|одержувати| даних щодо вмісту азоту в електросталі з метою одержання|здобуття| злитків|зливків| з|із| розосередженою усадочною раковиною проведені дослідно-промислові плавки|плавлення| сталі Ст.20 в умовах ЕСПЦ-1 ВАТ «Дніпроспецсталь» в печі ДСП-25. Оцінка величини витратного коефіцієнта металу (ВКМ) при подальшому|наступному| прокатному переділі злитків масою 6,7 т| дозволила визначити оптимальне співвідношення концентрацій азоту (0,018-0,020%) і титану (0,003-0,006%), а також спосіб розливання і форму виливниці. Показано, що мінімальна величина головної обрізі| 2,6% та максимальний вихід придатного прокату (для 8 мм навскрізний ВКМ 1,067) при дотриманні вимог щодо хімічному складу досягається при розливанні сталі сифоном в розширені догори виливниці з|із| кокільною прибутковою надставкою. При виконанні цих вимог встановлена|установлена| повна|цілковита| відсутність дефектів, обумовлених ГОСТ 1050-88, в проміжному прокаті ? 40 мм, що зумовило одержання|здобуття| стабільно високих показників механічних властивостей не тільки|не лише| в готовій продукції - катанці 8 мм, але й при значно меншому ступені|мірі| деформації (табл.1). Підвищення міцнісних| властивостей (табл.1) та ударної в'язкості досягається за рахунок мікролегування сталі азотом, титаном та алюмінієм (0,02-0,04%) і, як наслідок, подрібненням зерна фериту з 7-8 до 10-12 балів. Досягнутий комплекс механічних властивостей прокату із|із| злитків|зливків| з|із| розосередженою усадочною раковиною від квадрата 40мм| і менше повністю|цілком| відповідає класу міцності 325 за ГОСТ 19281, який сьогодні забезпечується тільки|лише| низьколегованими| сталями| типу|типа| 09Г2С|, 16Г2САФ|, 15ХСНД|. Високі споживчі властивості низьколегованої| сталі з|із| КНЗ досягаються завдяки формуванню вже на розмірі 6060мм| ферито-перлітної| структури з|із| феритним| зерном 10-11 балів, а в прокаті 4040мм| і менше - 11-12 балів.

Таблиця 1 Механічні властивості дослідного|дослідного| прокату сталі Ст.20 з|із| КНЗ

Тип виливниць	Спосіб розливання	Відстань від головної частини, %	Місце визначення	Механічні властивості
				0,2, МПа	в, МПа	5, %	, %
З надставкою розширена догори	сифоном	7,4	? 40	Центр	380/330	490/480	41/40	75/66
				1/3 напівдіагоналі	330/300	470/460	44/40	81/69
			? 27	Центр	410/380	500/490	40/39	74/64
			8	Центр	540/540	670/670	42/44	70/68
		80	8	Центр	540/540	670/670	42/44	70/68
	зверху	7,4	? 40	Центр	380/360	490/440	42/36	75/74
				1/3 напівдіагоналі	340/330	470/470	43/40	73/71
			? 27	Центр	380/370	490/480	42/40	64/74
			8	Центр	560/550	690/680	41/31	69/68
		80	8	Центр	540/540	670/670	43/43	70/68
Без надставки розширена донизу		14	? 40	Центр	360/350	490/440	43/41	75/74
				1/3 напівдіагоналі	370/350	470/460	42/32	75/71
			8	Центр	510/540	640/670	53/57	71/75
		80	8	Центр	530/530	660/660	33/45	70/69
Вимоги ГОСТ 1050-88	не менше
	245	410	25	55

Додатковими дослідженнями, виконаними на ТОВ «Новатор» (м. Белгород, Росія) показана можливість одержання з дослідної катанки Ш8 мм нового виду холоднодеформованого арматурного прокату і заміни більш легованої сталі 18Г2С. Дослідна партія одержаної продукції характеризується винятковою технологічністю при холодній деформації, стабільним рівнем властивостей, високим гарантованим рівнем відношення ув /у0,2 1,18 і за всіма показниками відповідає класу міцності А600 (ДСТУ 3760:2006) при порівняно низькому ступені деформації ( ? 0,6), що сьогодні досягається або за рахунок збільшень коефіцієнтів обтиску або підвищенням рівня легованості марганцем і кремнієм.

Ефективність даного напряму|направлення| підтверджена також результатами, одержаними|одержувати| при промисловому виробництві економнолегованого| високоміцного прокату з|із| низьколегованих| сталей| типу|типа| 10-15ГСАТЮ|(Д) з|із| карбонітридним| зміцненням, вміст нітридоутворюючих| елементів (Ti|, Al|) і азоту в яких передбачає спокійну кристалізацію злитків|зливків|.

Четвертий розділ «Розробка складу і технології виплавки в електропечах низьколегованої сталі з карбонітридним зміцненням для вагонного литва» містить результати досліджень, направлених на вирішення ряду взаємозв'язаних задач, висунутих залізницею для створення вагонів нового покоління, а саме:

- забезпечення границі текучості литих елементів візка вантажного вагону після нормалізації т 380МПа при збереженні решти всіх механічних властивостей за ОСТ 32.183-2001 і ГОСТ 977-88;

- забезпечення регламентованого зерна фериту не більше 8 балів при діючих вимогах до стандартної сталі (т 343МПа);

- одержання основних литих елементів автозчеплення після гартування і відпуску з гарантованою границею текучості т 450МПа.

Дослідженнями, виконаними в умовах ФСЛЦ ВАТ «Кременчуцький сталеливарний завод», у промислових масштабах досягнуто вирішення всіх вказаних задач|задач| при модифікуванні базової сталі 20ГЛ| азотом, титаном і алюмінієм. Проте|однак| вирішення першої задачі|задача| вимагає додаткового обмеження нижньої межі концентрації кремнію 0,40 (проти|супроти| 0,20% за ГОСТ 977-88), марганцю 1,20% (проти|супроти| 1,05%) і вуглецю 0,20 (проти|супроти| 0,17%), що ілюструється даними рис.6. Останні дві вимоги задовольняються при карбонітридному| зміцненні у всьому інтервалі складу базової сталі.

Встановлений|установлений| екстремальний характер|вдача| впливу титану на величину границі текучості нормалізованого литва|лиття|, що повністю|цілком| узгоджується з|із| результатами дослідження зміни кількості і розмірів нітридів| титану.

Оптимальною областю для литого металу на відміну|відзнаці| від того, що деформується, слід вважати 0,015-0,030% титану|.

При подальшому збільшенні концентрації титану має місце монотонне падіння ударної в'язкості при практично незмінній величині границі текучості.

Підтверджена визначальна роль концентрації азоту в сталі, контролюєма кількістю присадженої азотвмісної лігатури (1кг/т ЛАВ 0,001% азоту), в зміні зеренної структури нормалізованого литва.

Для промислового впровадження рекомендована витрата азотовмісної лігатури становить 1-2 кг/т сталі залежно від рівня вимог до величини зерна в литих виробах з|із| її присадкою|добавкою| у піч за 2-3 хв. до випуску.

На підставі результатів дослідно-промислових досліджень розроблена технологічна інструкція і проведені три серії промислових плавок|плавлень| у дугових печах ДСП-25 ВАТ «КСЗ», результати випробувань яких узагальнені в таблиці 2.

Таблиця 2 Порівняльна оцінка якості нормалізованого литва|лиття| з|із| серійних сталей| 20ГЛ|, 20ГФЛ| і дослідної|дослідній| сталі 20ГЛ| з|із| КНЗ в умовах ВАТ «КСЗ»

Марка сталі	Кількість плавок	т, МПа	KCU-60, Дж/см2	Кількість відливок із зерном 8 балу, %
20ГЛ	904		63	56,5
20ГФЛ	54		62	60,0
20ГЛ з|із| КНЗ: Усього У т.ч. з регламентованим вмістом базових елементів	109 57		78 77	94,5 100,0

- у чисельнику - середнє значення; у знаменнику - межі коливань

Показано, що формування дрібнозернистої структури у поєднанні з наявністю великої кількості нанодисперсних карбонітридних фаз і, в першу чергу нітридів алюмінію, позитивно впливає на опір втомному руйнуванню литого металу. Випробування, проведені на гладких зразках при навантаженні 255 МПа (0,7т порівняльних зразків стандартної сталі 20ГЛ) при базі 107 циклів, показали, що дослідний метал має довговічність вище у 2,1-2,3 рази і гарантований мінімальний рівень втоми вище у 1,7-2,6 рази.

Ці дані підтверджені втомними випробуваннями реальних литих деталей візка вантажного вагону (рама бічна|бокова|, балка надресорна|) в інституті УкрНДІВ і в лабораторії циклічної міцності Інституту електрозварювання ім. Є.О.Патона НАНУ. Показано, що при імовірності|ймовірність| неруйнування Р = 0,95 межа|кордон| витривалості балок становить 28,9 тс| при коефіцієнті запасу опору втомі 2,21, а рам - 19,04 тс| та 2,0, відповідно, що відповідає вимогам до вагонів нового покоління та суттєво|суттєвий| перевищує вимоги до звичайної|звичної| сталі (k=1,8|).

На підставі одержаних результатів промислових плавок|плавлень| розроблені і в установленому порядку введені в дію технічні умови на склад сталі ТУ У|біля| 27.1-33686285-002:2007 «Відливки із сталі| 20ГЛ| підвищеної| міцності| для вагонобудування|» та склад азотоносія| ТУ У|біля| 27.3-33686285-001:2006 «Лігатура азотовмісна| (ЛАВ)»

Висновки|висновки|

1. На підставі| аналізу| літературних| та обробки| промислових| даних| показана провідна| роль дисперсійного| та зернограничного зміцнення| низьколегованих| сталей| шляхом| їх комплексного модифікування| азотом, титаном та алюмінієм|.

2. Теоретично встановлена можливість утворення нітриду титану вже в рідкому металі при концентрації титану 0,002%, тоді як доля інших активних нітридоутворюючих металів (Al, V, Nb) при їх реальних концентраціях
10-1 - 10-2 % можлива лише в твердому стані. Відповідно, титан в конструкційних азотовмісних сталях виступає як регулятор первинної литої структури, а алюміній визначає формування зеренної структури металу в результаті термічної обробки і (або) гарячої деформації.

3. Експериментально методом оптичної мікроскопії встановлено, що вже при ~ 0,02% титану кількість його карбонітридів в литій сталі марки 20ГЛ, яка містить 0,012-0014% азоту, досягає 103 од/см2, і подальше зростання його концентрації приводить до істотного зниження ефективності зміцнення через збільшення частки великих карбонітридів та зменшення їх щільності.

4. З використанням| електронної| мікроскопії| ідентифіковані типи| нанодисперсних| карбонітридних| фаз розміром| від| 10 нм| до 10-12 мкм| при максимальній| кількості| часток| розміром| 60-100 нм| в низьколегованих| кремній-марганцевих| сталях|, модифікованих| азотом, титаном і алюмінієм|.

5. Визначені умови| формування| макроструктури| конструкційної| електросталі|, мікролегованої| титаном, алюмінієм|, азотом, та сформульовані| вимоги|, що| забезпечують| одержання| злитків| із спокійного| за хімічним| складом металу| з розосередженою| усадочною| раковиною.

6. Встановлені особливості електроплавки, розливки та подальшої прокатної переробки низьколегованої конструкційної сталі з «надрівноважним» вмістом азоту та карбонітридним зміцненням із забезпеченням зниження головної обрізі з 16-17% до 1,8-2,6%.

7. Показано що, карбонітридне модифікування електросталі забезпечує формування мікроструктури прокату дрібніше 10-11 балу. Досягнутій рівень механічних властивостей розробленої сталі повністю відповідає класу міцності 325 за ГОСТ 19281, який сьогодні досягається тільки в низьколегованому прокаті із сталей типу 09Г2С, 16Г2САФ, 15ХСНД. За рівнем ударної в'язкості розроблена сталь навіть перевершує ванадійвмісну сталь марки 16Г2САФ більш ніж удвічі аж до температур -70оС;

8. Додаткова холодна деформація катанки 8 мм у мотках зі сталі з «надрівноважним» вмістом азоту забезпечує одержання арматурного прокату класу міцності А600 і вище без додаткових обмежень щодо вмісту кремнію.

9. Розроблена і впроваджена| в умовах| ВАТ «КСЗ» технологія| виплавки| сталі| 20ГЛ| з карбонітридним| зміцненням|, що| забезпечує| одержання| вагонного литва| трьох| категорій| властивостей|:

- балки надресорні| та рами| бічні| з гарантованою| границею текучості| | 380 МПа та іншими нормативними| вимогами| до нормалізованої| сталі| за ОСТ 32.183-2001;

- балки надресорні| та рами| бічні| з регламентованим| зерном фериту| не більшим| ніж| 8 бал відповідно| до ТТЦВ-32-695-2006;

- елементи| автозчеплення| з гарантованою| границею текучості| ? 450 МПа після| гартування| та відпуску| згідно з| СТО РЖД 1.05.003.

Показано, що для забезпечення необхідних властивостей литого металу вміст в ньому титану повинен становити 0,015-0,030%|.

10. Дослідження втомної| міцності|, показало що| комплексне| модифікування| сталі 20ГЛ| титаном, алюмінієм| і азотом забезпечує| підвищення| довговічності| литого металу| в 2,1-2,3 рази|вражай|, а гарантованого| мінімального| рівня| втоми| в 1,7-2,6 рази|. Втомними випробуваннями| реальних| литих| елементів| візків| вантажних| вагонів| із сталі| 20ГЛ| з карбонітридним| зміцненням| підтверджена| ефективність| запропонованої| технології|, про що| свідчить| коефіцієнт| запасу опору втомі| 2,21 для надресорних| балок і 2,0 для рам бічних|. Це повністю| відповідає| вимогам| до вагонів| нового покоління| та істотно перевищує| витривалість| виробів| зі| звичайної| сталі| (k = 1,8).

Основні публікації по темі дисертації

1. Разработка технологии выплавки и разливки электростали в слитки с рассредоточенной усадочной раковиной / А.В. Рабинович, Г.Н. Трегубенко, Ю.А. Бубликов, А.В. Пучиков, М.И. Тарасьев // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004. - № 8. - С. 144-147.

2. Теоретические основы и технология оптимального микролегирования электростали азотом, титаном и алюминием / А.В. Рабинович, Г.Н. Трегубенко, М.И. Тарасьев, Ю.А. Бубликов, А.В. Пучиков, Ж.А. Дементьева, О.В. Узлов, А.С. Сальников, Л.Н. Король, А.Н. Тумко // Зб. наукових праць “Сучасні проблеми металургії ”. - Т. 7. - Дніпропетровськ: Системні технології, 2005. - С. 97-107.

3. Разработка технологии и опытно-промышленное опробование производства высокопрочного фасонного и листового проката из экономнолегированных сталей / А.В. Рабинович, Г.Н. Трегубенко, Г.А. Поляков, М.И. Тарасьев, Ю.А. Бубликов, А.В. Пучиков, О.В. Узлов, В.И. Пищида, О.В. Ревякин // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006. - № 7. - С. 118-121.

4. Разработка технологии производства высокопрочных экономнолегированных сталей с карбонитридным упрочнением / А.В. Рабинович, Г.Н. Трегубенко, Ю.А. Бубликов, Г.А. Поляков, А.В. Пучиков // Металугія та освіта. Проблеми і перспективи: наук.-практ. конф. - Запоріжжя: ЗДІА, 2006. - С.37

5. Новикова Е.Ю. Нечеткая идентификация процесса микролегирования стали с карбонитридным упрочнением / Е.Ю. Новикова, А.И. Михалев, Ю.А. Бубликов // Зб. наукових праць “Сучасні проблеми металургії ”. - Т. 9. - Дніпропетровськ: Системні технології, 2006. - С. 113-127.

6. Михалев А.И. Нечеткая система управления процессом микролегирования электростали с карбонитридным упрочнением / А.И.Михалев, Е.Ю. Новикова, Ю.А.Бубликов // Інтелектуальні системи прийняття рішень та прикладні аспекти інформаційних технологій: материалы міжнар. наук. конф. - Т. 3. - Євпаторія; Херсон: ПП Вишемирський В.С., 2007. - С.57-58.

7. Theoretical grounds and technology of an optimum microalloying of an electrosteel by nitrogen, titanium and aluminium / A.V. Rabinovich, G.N. Tregubenko, M.I. Tarasev, Y.A. Bublikov, A.V. Puchikov // 7th international symposium of Croatian metallurgical society SHMD'2006 “Materials and metallurgy”. - Sibenik; Choratia: Metalurgija. - 2006. - №45. - br. 3. - S.218.

8. Рабинович А.В. Новое направление в производстве экономнолегированных конструкционных сталей с карбонитридным упрочнением / А.В. Рабинович, Ю.А. Бубликов // Оборудование и технологии обработки металлов и сплавов: сб. докладов 8-го международ. конгресса «ОТТОМ». - Харьков: ННЦ «ХФТИ»; ИПЦ «Контраст», 2007. - С.114-119.

9. Рабинович А.В. Повышение механических свойств вагонного литья путем карбонитридного упрочнения низколегированных сталей / А.В. Рабинович, Ю.А. Бубликов // Nowoczesne technologie w odlewnictwie: ХХХI Konferencja naukowa z okazji swieta odlewnika 2007. - Krakov: AGH, 2007. - С.169-172

10. New steels inoculated by Ti + Al + N / A. Rabinovich, G. Tregubenko, Yu. Bublikov, G. Polyakov, V. Sidorenko, A. Puchikov, O. Uzlov // Advances in metallurgical processec and materials: рroc. International conf. Vol. 2. - Dnipropetrovsk: Higher Metallurgical Education of Ukraine, 2007. - P. 161-167.

11. Imprvement of structure and properties of cast ferrite-pearlite steels for railway cars / A.Rabinovich, Yu.Bublikov, G.Tregubenko, G.Poliakov O.Uzlov // Archives of foundry engineering: special issue (Polish academy of sciences) 1/2008. - Vol.8. - Katowice-Gliwice 2008. - S.295-298.

12. Rabinovich A. Influence of inoculation by Al+Ti+N on fatigue strength of cast ferrite-rearlite steels / A.Rabinovich, Yu.Bublikov // Nowoczesne technologie w odlewnictwie: ХХХI Konferencja naukowa z okazji ogolnopolskiego dnia odlewnika 2008. - Krakov: AGH, 2008. - С.169-172

13. Производство эффективных видов металлопродукции путем холодной деформации заготовки повышенной прочности из рядовых марок сталей с карбонитридным упрочнением / А.В. Ивченко, А.В. Рабинович , М.Ю. Амбражей , Ю.А. Бубликов // Бюллетень «Черная металлургия». - 2008. - №10 (1306). - С.50-53.

14. Улучшение структуры и повышение свойств литых феррито-перлитных сталей для транспортного машиностоения / А.В. Рабинович, Ю.А. Бубликов, Г.Н. Трегубенко, Г.А. Поляков, А.В. Пучиков, Ж.А. Дементьева // Современная электрометаллургия. - 2008. - №1. - С. 36-40.

15. Пат. 60653 А Україна, МПК7 С21С5/00. Конструкційна сталь / Рабінович О.В., Трегубенко Г.М., Тарасьєв М.І., Ігнатов М.В., Пучиков О.В., Заславський Ю.Б., Бубликов Ю.О. - № 2003010641; заявл. 24.01.03; опубл. 15.10.03, Бюл. № 10.

16. Пат. 59276 А Україна, МПК7 С22С35/90. Спосіб отримання азотовмісної лігатури / Рабінович О.В., Трегубенко Г.М., Тарасьєв М.І., Ігнатов М.В., Пучиков О.В., Бубликов Ю.О. - №20021210430; заявл. 23.12.02; опубл. 15.08. 03, Бюл. № 8.

Анотація

Бубликов Ю.О. «Розробка ресурсозберігаючої технології виробництва безванадієвих електросталей с карбонітридним зміцненням» - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02 - "Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів" - Національна металургійна академія України, м. Дніпропетровськ, 2009 р.

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача забезпечення комплексу високих механічних властивостей та експлуатаційних характеристик прокату та литва з низьколегованих електросталей завдяки їх модифікуванню азотом, титаном та алюмінієм замість дорогих та дефіцитних ванадію та ніобію.

Проведені теоретичні та експериментальні дослідження взаємодії азоту з нітридоутворюючими елементами та встановлено, що дисперсність первинної структури литого металу регулюється тільки титаном при його вмісті 0,002%, а алюміній, як і ванадій та ніобій, впливає на розмір зерна фериту лише при подальшій термічній обробці та (або) при гарячій деформації.

Дослідженні технологічні особливості виплавки та розливання електросталі з карбонітридним зміцненням з рівноважним та «надрівноважним» вмістом азоту. Встановлені оптимальний вміст титану для обох видів металопродукції. Всебічними порівняльними випробуваннями проката та литва підтверджені істотні переваги розробленої сталі над відомими аналогами по мінімальному вмісту легуючих, використанню найменш дефіцитних та надто дешевших мікролегуючих елементів, по властивостям металопродукції (міцність, ударна в'язкість, опір втомі), а також по виходу придатної продукції.

Виконані широкі промислові дослідження по впровадженню технології в умовах ВАТ «Електрометалургійний завод “Дніпроспецсталь” ім. А.М.Кузьміна», ВАТ «Металургійний завод ім. Г.І.Петровського» та ВАТ «Кременчуцький сталеливарній завод». Виготовлені промислові партії фасонного (швелер, уголок) і листового прокату із сталей з рівноважним азотом; квадрата, прутка і холоднодеформованого арматурного прокату із сталей з «надрівноважним» азотом і більш 3 тис. т. вагонного литва. На підставі виконаних досліджень розроблена нормативно-технічна документація на промислове виробництво.

Ключові слова: карбонітридне зміцнення, мікролегування, азот, титан, алюміній, електроплавка, вихід придатного проката, вагонне литво, міцність, ударна в'язкість, опір втомі.

Аннотация

Бубликов Ю.А. «Разработка ресурсосберегающей технологии производства безванадиевых электросталей с карбонитридным упрочнением». - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 - "Металлургия черных и цветных металлов и специальных сплавов" - Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск, 2009 г.

В диссертационной работе решена|разрешает| актуальная научно-техническая задача обеспечения комплекса высоких механических|механичных| свойств и эксплуатационных характеристик проката и литья из|с| низколегиванных| электросталей| за счет их модифицирования азотом совместно с титаном и алюминием вместо дорогих и дефицитных ванадия и ниобия.

Проведены теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия азота с нитридообразующими| элементами и установлено, что дисперсность первичной структуры литого металла регулируется только титаном при его содержании|содержимом| 0,002%, а алюминий, как и ванадий и ниобий, влияет на размер зерна феррита| лишь|только| при последующей термической обработке и(или) при горячей деформации. Поэтому дисперсность первичной литой структуры металла обеспечивается только при модифицировании стали титаном. Экспериментально установлено, что оптимальный уровень микролегирования литого металла титаном составляет 0,015-0,030%, при котором обеспечивается максимальная плотность его нанонитридов ( 1-2 мкм). С применением электронной микроскопии идентифицирован состав нанонитридов титана и алюминия.

Исследованы технологические особенности выплавки и разливки электростали с карбонитридним| упрочнением с равновесным и «сверхравновесным» содержанием|содержимым| азота. Установлены оптимальные содержание|содержимое| титана для обоих видов металлопродукции. Всесторонними сравнительными| испытаниями|опробованием| проката| и литья подтверждены| существенные преимущества разработанной| стали над известными аналогами по минимальному| содержанию|содержимому| легирующих, использованию|употреблению| менее| дефицитных и более дешевых микролегирующих элементов, по свойствам металлопродукции| (прочность, ударная вязкость|, сопротивление усталости), а также по выходу годной|годной| продукции.

Выполнены|исполнил| широкие промышленные исследования по внедрению технологии в условиях ОАО «Электрометаллургический завод «Днепроспецсталь»», ОАО «Металлургический завод им|. Г.И.Петровского» и ОАО «Кременчугский сталелитейный завод»|. Изготовлены промышленные партии фасонного (швеллер, уголок) и листового проката из сталей с равновесным азотом; квадрата, прутка и холоднодеформированного арматурного проката из сталей со «сверхравновесным» азотом и более 3 тыс. т. вагонного литья. На основании выполненных|исполнил| исследований разработана нормативно-техническая документация на промышленное производство.

Ключевые слова: карбонитридное упрочнение, микролегирование, азот, титан, алюминий, электроплавка, выход годного проката, вагонное литье, прочность, ударная вязкость, сопротивление усталости.

Summary

Bublikov Yu.A. «Development of resourse-saving technology of producing of arc-furnace non vanadium steels strengthened by carbonitirdes». - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of candidate of technical sciences in the specialty 05.16.02 “Metallurgy of ferrous and non-ferrous metals and special alloys” - National metallurgical academy of Ukraine, - Dniepropetrovsk, 2009.

Thesis is devoted to actual task of complex of properties increasing of rolled and cast low-alloyed steels inoculated by titanium and aluminium instead of expensive vanadium and niobium.

Theoretical and experimental investigations of nitrogen interaction with aliminium and titanium have been developed. It has been obtained that titanium content 0,002% (wt.) manages of cast structure grains size whereas aluminium as well as vanadium and niobium manages of ferrite grains size at deformation and heat treatment operations.

Technological peculiarities of melting and teeming of arc-furnace Al+Ti+N steels with equilibrium and “superequilibrium” nitrogen content have been investigated. Optimal titanium content for steels has been established.

Technology has been used in metallurgical practice of JSC “DSS”, JSC “Metallurgical plant of G.I. Petrovsky”, JSC “Kremenchuk Steel Cast Plant”. Pilot pitches of channel bars, angle bars and steel sheets made of steel with equilibrium nitrogen content have been produced. Square bars, bars and cold-rolled reinforcement made of steel with superequilibrium nitrogen content have been produced. Over 3 000 tons of cast parts of railway freight cars have been produced. Documentation for industrial use of these steels has been developed.

Key words: Carbo-nitride strengthening, micro-alloying, nitrogen, titanium, aluminum, electrosmelting, metallic yield, railway-carriage castings, strength, toughness, fatigue strength

Размещено на Allbest.ru

...