Размещено на http://www.allbest.ru/

ІНСТИТУТ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ ім. З. І. НЕКРАСОВА

НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

УДК 621.771.25:621.785:669.15-194.2.083.133

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Розробка хімічного складу та технології термомеханічної обробки катанки з легованих сталей, які забезпечують підвищення деформованості при волочінні зварювального дроту

Спеціальність 05.16.01

«Металознавство та термічна обробка металів»

Чуйко Ігор Миколайович

Дніпропетровськ - 2009

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, завідуючий відділом термічної обробки металу для машинобудування

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Спиридонова Ірина Михайлівна, Дніпропетровський національний університет Міністерства освіти та науки України, професор кафедри металофізики

кандидат технічних наук, доцент Чайковський Олег Олександрович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури Міністерства освіти та науки України, доцент кафедри матеріалознавства та обробки матеріалів

Захист відбудеться «_18_» _вересня_ 2009 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 ознайомитися в бібліотеці Інституту чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, пл. Академіка Стародубова, 1.

Автореферат розісланий «04» _серпня_ 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої

ради К 08.231.01 Г. В. Левченко

зварювальний легований сталь катанка

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Нині в країнах ЄС та СНД зросла потреба в зварювальному дроті зі сталей, легованих молібденом, нікелем, хромом, ванадієм та іншими елементами, який застосовується для зварювання труб великого діаметру нафтогазового сортаменту.

Існуючі технології виробництва катанки зі складнолегованих сталей не дозволяють отримати нормативні значення характеристик міцності зварювального дроту, що зумовлює необхідність проведення на метизному переробі однієї-двох операцій пом'якшуючої термічної обробки (відпалу) катанки-дроту. Додаткова термічна обробка значною мірою збільшує собівартість виробництва зварювального дроту, що призводить до зниження конкурентноздатності такої металопродукції.

Для розробки та освоєння в умовах України науково-обґрунтованої технології виробництва катанки підвищеної деформованості з легованих сталей з підвищеним вмістом азоту необхідно провести фундаментальні дослідження, що дозволять розробити хімічний склад сталей і встановити закономірності структуроутворення в металі при охолодженні від температур аустенітизації як з окремого, так і з прокатного нагрівів. Важливим аспектом науково-технічної задачі є встановлення взаємозв'язку між параметрами мікроструктури та іншими якісними характеристиками зварювальної катанки, необхідного для розробки технології знеміцнюючої термомеханічної обробки (ТМО) та об'єктивного нормування технічних характеристик.

У зв'язку з цим розробка хімічного складу та технології знеміцнюючої ТМО катанки з легованих сталей зварювального призначення, 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 (ІЧМ НАНУ). Дослідження проведені в рамках держбюджетних і госпдоговірних науково-дослідних робіт ІЧМ НАНУ:

- «Розробка оптимальної технології виплавки, розливки, виробництва катанки діаметром 5,5 мм, підданої двостадійному охолодженню на ПС-150-1, з високовуглецевих сталей, а також легованих сталей для зварювального дроту», договір 2264/ТМ.246.06 від 23.05.2006 р.

- «Дослідження структури та властивостей катанки із сталі підвищеної чистоти по домішкам впровадження», № держреєстрації 0106U003782.

- «Вплив металургійних факторів на структуру, механічні та технологічні характеристики катанки з кремніємарганцевої сталі для зварювального дроту», № держреєстрації 0105U002968.

- «Вплив структурного стану на механічні та технологічні властивості катанки зварювального призначення із сталей, легованих хромом, нікелем, молібденом та іншими елементами», № держреєстрації 0108U001616.

Мета дослідження. Розробка хімічного складу та технологічних режимів знеміцнюючої ТМО катанки з легованих сталей зварювального призначення, які забезпечують підвищення деформованості при волочінні зварювального дроту.

Завдання дослідження:

1. Вивчити кінетику перетворень аустеніту та закономірності структуроутворення в сталі Св-08ГНМ при безперервному охолодженні.

2. Розробити хімічний склад зварювальних сталей, легованих молібденом, нікелем, хромом, ванадієм й іншими елементами, з урахуванням підвищеного вмісту в них азоту.

3. Розробити режими ТМО катанки, які забезпечують зниження характеристик міцності та підвищення технологічної пластичності при волочінні зварювального дроту.

4. Розробити нормативну документацію на катанку підвищеної деформованості з легованих сталей зварювального призначення.

Об'єкт дослідження. Катанка з легованої молібденом, нікелем, хромом, ванадієм й іншими елементами електросталі зварювального призначення.

Предмет дослідження. Закономірності впливу хімічного складу та режимів ТМО катанки з легованої електросталі на процеси структуроутворення, механічні характеристики й технологічність переробки в зварювальний дріт.

Методи дослідження. Теоретичні розробки дисертації базуються на фундаментальних положеннях металознавства та термічної обробки металів. При проведенні роботи були використані сучасні методи дослідження: металографічний, електронномікроскопічний, мікрорентгеноспектральний, дилатометричний, визначення хімічного складу сталі й механічних властивостей катанки-дроту. Для оцінки експериментальних даних і прогнозування механічних властивостей катанки застосовували методи математичного моделювання й багатокритеріальної оптимізації.

Наукова новизна:

1. Вперше вивчено кінетику перетворень аустеніту при безперервному охолодженні борвмісної сталі Св-08ГНМ (С - 0,064 %, Mn - 0,78 %; Si - 0,25 %; Ni - 0,67 %; Mo - 0,96 %; В - 0,0074 %; N - 0,0050 %) та побудовано термокінетичну діаграму (ТКД). Отримані результати є довідковими для розробки базових режимів ТМО катанки з легованої сталі для зварювального дроту.

2. Встановлено, що поряд з вуглецевим еквівалентом (С_Е = 0,37…0,45 %) на механічні властивості сталей Св-08ГНМ та Св-08Г1НМА впливає відношення вмісту бору до азоту (B/N): при С_Е < 0,41 % підвищення вмісту в сталі бору, не зв'язаного в нітриди (B/N > 0,8), не призводить до підвищення характеристик міцності катанки, а при С_Е > 0,41 % аналогічне збільшення B/N підвищує характеристики міцності на ? 30 %.

3. Встановлено, що для забезпечення прямого (без пом'якшуючої термічної обробки) волочіння катанки, легованої молібденом, нікелем, хромом, ванадієм й іншими елементами, в зварювальний дріт діаметром до

2,0 мм мікроструктура повинна складатися з фериту в кількості ? 95 % з розміром дійсного зерна не менше 8…9 номеру за ГОСТ 5639.

4. Вперше для катанки прямого волочіння зі сталі марок Св-08ГНМ, Св-08Г1НМА та Св-08ХГ2СМФ встановлено взаємозв'язок між хімічним складом, структурою, властивостями та режимами ТМО, що дозволяє науково-обґрунтовано регламентувати якісні характеристики катанки-дроту.

Практичне значення одержаних результатів:

На підставі теоретичних і експериментальних досліджень розроблено й в умовах відкритого акціонерного товариства «Молдавський металургійний завод» (ВАТ «ММЗ») реалізовано комплексну технологію виробництва катанки зварювального призначення з борвмісних сталей, легованих молібденом, нікелем, хромом, ванадієм та іншими елементами, яка забезпечує підвищення деформованості при волочінні зварювального дроту.

Розроблено нормативну документацію на виробництво катанки за новою технологією:

- технологічна інструкція ТІ 518-2012-ПС-0001-2006 «Виробництво сортового прокату й катанки на безперервному двонитковому дрібносортно-дротовому стані 320/150»;

- технологічна інструкція ТІ 518-2012-ПС-0006-2006 «Термічна обробка стрижневого й бунтового прокату в потоці дрібносортно-дротового стану 320/150»;

- технологічна карта ТК 6 «Наскрізний технологічний процес виробництва продукції згідно з вимогами контрактів. Арматурні кремніємарганцеві й зварювальні низьколеговані сталі» з додатками ТК 6/15, ТК 6/16 і ТК 6/19;

- технічна угода ТО/ТС-СС-01-2008 про умови постачання катанки з легованої сталі марок Св-08ГНМ, Св-08Г1НМА, Св-10ГАА, Св-08ХГ2СМФ, Св-10ХГ2СМФ, Св-08Г1НФАА і Св-08Г1Н2ФАА для виготовлення зварювального дроту.

За кооперацією ВАТ «ММЗ» - ВАТ «Міждержметиз-Мценськ» та ВАТ «ММЗ» - ВАТ «Сєвєрсталь-метиз» розроблено й впроваджено наскрізну енергозберігаючу технологію виробництва обмідненого зварювального дроту діаметром до 2,0 мм з борвмісних сталей, легованих молібденом, нікелем, хромом, ванадієм й іншими елементами, яка забезпечує деформованість катанки-дроту без пом'якшуючої термічної обробки.

Річний економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи в умовах ВАТ «ММЗ» становить 235 тис. доларів США, частка автора - 10 %.

Особистий внесок здобувача. В дисертації не використані ідеї співробітників, які сприяли виконанню роботи. Аналітичний огляд, постановка мети й завдань дослідження, проведення експериментів, обробка, аналіз і наукове обґрунтування одержаних результатів виконані особисто автором.

Автором підготовлені до друку науково-технічні статті й доповіді, виконані у співавторстві.

Апробація результатів дисертації. Основні матеріали дисертації представлені й обговорені на науково-технічних конференціях «Проблеми сучасного матеріалознавства (Стародубівські читання)» (м. Дніпропетровськ, 2006, 2007, 2009 рр.), науково-технічних конференціях «Молода Академія» (м. Дніпропетровськ, 2006, 2007, 2008, 2009 рр.), науково-технічній конференції «Сучасний стан металознавства» (м. Москва, 2008 р.).

Публікації. Матеріали дисертації викладені в 9 науково-технічних роботах, які опубліковані у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 6 розділів, висновків, додатків і списку літературних джерел. Матеріали роботи викладені на 167 сторінках, з яких 124 сторінки машинописного тексту, та містять 35 рисунків, 37 таблиць, 5 додатків і 13 сторінок - список використаних літературних джерел з 122 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета й завдання дослідження, наукова новизна й практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі виконано аналітичний огляд науково-технічної літератури, який стосується теоретичних і технологічних основ виробництва катанки з легованих сталей для виробництва зварювального дроту.

Показано, що нині одним з основних видів зварювання є автоматичне дугове зварювання під флюсом дротом суцільного перерізу. У зв'язку з цим потреба в катанці прямого волочіння зі зварювальних сталей, легованих молібденом, нікелем, хромом, ванадієм та іншими елементами, різко зросла.

Розглянуто теоретичні та технологічні аспекти ТМО катанки зварювального призначення в потоці сучасних дротових станів. Показані переваги нових технологій виробництва катанки, які забезпечують підвищення технологічної пластичності при волочінні й економію енергоресурсів за рахунок виключення операцій пом'якшуючої термічної обробки катанки-дроту.

Проведено аналіз впливу легуючих елементів на фазові та структурні перетворення в сталях зварювального призначення.

Розглянуто закономірності зміни структури й властивостей металу в процесі волочіння зварювального дроту.

На підставі аналізу науково-технічної літератури і з урахуванням сучасних тенденцій розвитку металургійного та метизного виробництв, обумовлених вимогами світового ринку до якості катанки для зварювального дроту, обґрунтовано постановку мети й основних задач дисертаційної роботи.

У другому розділі наведені статистичні характеристики катанки з досліджуваних марок легованої сталі, основні методи дослідження та базові технологічні схеми виробництва катанки-дроту. Для розробки науково-обґрунтованого підходу до вимог хімічного складу й механічних властивостей катанки вироблено дослідно-промислові партії катанки-дроту з легованої борвмісної електросталі, статистичні характеристики яких представлені в табл. 1.

Таблиця 1/ Статистичні характеристики катанки з борвмісної сталі марок Св-08ГНМ, Св-08Г1НМА і Св-08ХГ2СМФ

Марка сталі	Показник	Розмірність	Значення
			мін.	макс.	середнє
Св-08ГНМ	ув	Н/мм2	434	726	542
	ш	%	59	79	71
	Сэ	%	0,373	0,447	0,410
	B/N	-	0,59	1,49	1,02
Св-08Г1НМА	ув	Н/мм2	480	761	585
	ш	%	57	78	68
	Сэ	%	0,379	0,452	0,420
	B/N	-	0,81	1,47	1,11
Св-08ХГ2СМФ	ув	Н/мм2	467	799	561
	ш	%	61	76	69
	Сэ	%	0,458	0,545	0,491
	B/N	-	0,74	1,23	0,92

Примітка: С_Е - вуглецевий еквівалент, який визначається за формулою С_Е = С + Mn/6 + (Cr + Мо + V)/5 + (Ni + Cu)/15

У роботі використано сучасні методи контролю, аналізу й випробувань. Аналіз хімічного складу сталі здійснювали за допомогою спектрометрів ARL-3460, Spectrolab-M, Spectroflaime, газових аналізаторів LECO - TN 314 і TC 436, Strцhlein - моделі O-H-N-Mat та ін. Механічні властивості прокату визначали за ГОСТ 1497 на розривних машинах EU100, EDZ-40, Р-20, UP-500. Вимірювання твердості проводили на приладах ТК 14-250 і ТР 5006, мікротвердості - на ПМТ-3 і МНТ-240.

Структурні параметри металу визначали на світлових мікроскопах Neophot 32 і Olympus IX70, автоматичному аналізаторі зображення IА-3001 з програмним забезпеченням фірми LECO, електронних мікроскопах VEGA TS5130MM і EF-2. Мікрорентгенівський аналіз здійснювали за допомогою енергодисперсійного й хвильового спектрометрів фірми Oxford Instruments Analytical Сo. Розмір дійсного зерна визначали за ГОСТ 5639. Кінетику перетворень аустеніту при безперервному охолодженні вивчали на дилатометрах АД-80 і МД-83 конструкції ІЧМ НАНУ.

Для оцінки експериментальних даних і прогнозування механічних властивостей катанки використовували методи математичної статистики й математичного моделювання. Найбільш раціональне співвідношення між хімічним складом сталі й механічними характеристиками прокату визначали методом багатокритеріальної оптимізації.

У третьому розділі вивчено кінетику перетворень аустеніту й побудовано ТКД фазових перетворень в борвмісній електросталі марки Св-08ГНМ (С - 0,064 %, Mn - 0,78 %; Si - 0,25 %; Ni - 0,67 %; Mo - 0,96 %; В - 0,0074 %; N - 0,0050 %), рис. 1. Встановлено, що сталь Св-08ГНМ, яка містить у порівнянні зі сталлю-аналогом 16ГНМ (С - 0,17 %; Mn - 0,79 %; Si - 0,27 %; Ni - 0,45 %; Мо - 0,41 %) більшу кількість молібдену й мікродобавку бору, має в 10…12 разів більшу стійкість переохолодженого аустеніту.

Встановлено, що у мікролегованій бором електросталі марки Св-08ГНМ при швидкостях охолодження більше 46°С/с переохолоджений аустеніт розпадається в інтервалі температур 500…445°С за зсувним механізмом з утворенням мартенситу. В інтервалі швидкостей охолодження 46…3,4°С/с аустеніт розпадається з утворенням бейніто-мартенситних структур. При охолодженні в інтервалі 3,4…0,8°С/с аустеніт досліджуваної сталі розпадається за змішаною кінетикою з утворенням фериту, бейніту та мартенситу. При швидкостях охолодження менше 0,8°С/с мартенсит не утворюється, а структура сталі складається з фериту (15…75 %), перліту (до 10 %) і бейніту (85…15 %).

У лабораторних умовах було вивчено вплив параметрів ТМО на характеристики міцності сталі Св-08ГНМ. Отримані залежності мікротвердості від температури й ступеня деформації дозволили визначити температурний інтервал закінчення гарячої деформації катанки зі сталі Св-08ГНМ - 1100…1050°С, який забезпечує максимальне знеміцнення металу перед регульованим охолодженням на лінії Стелмор (рис. 2).

У четвертому розділі для катанки зі сталі марок Св-08ГНМ і Св-08Г1НМА методами математичної статистики розраховано рівняння зв'язку (1)…(3) механічних характеристик (у_в, у_т, ш) з комплексними показниками хімічного складу (С_Е, B/N) і технологічним фактором - температурою розкладки катанки на витки (t_в/у).

_в = 23,57 + 2292С_Е + 181,30В/N - 0,64t_в/у R = 0,78 (1)

_т = 110,91 + 1776С_Е + 296,20В/N - 0,86t_в/у R = 0,72 (2)

ш = 149,30 - 201С_Е + 4,51В/N R = 0,82, (3)

де R - коефіцієнт множинної кореляції.

З аналізу рівнянь зв'язку (1)…(3) виходить: тимчасовий опір (_в) і границя текучості (_т) катанки підвищуються зі зростанням вуглецевого еквівалента (С_Е) й відношення вмістів бору до азоту (В/N) та знижуються зі зростанням температури разкладки катанки на витки (t_в/у); відносне звуження (ш) знижується зі зростанням С_Е та підвищується зі зростанням В/N.

Для катанки зі сталі марок Св-08ГНМ і Св-08Г1НМА методом багатокритеріальної оптимізації встановлено вплив С_Е і В/N на механічні характеристики:

- при С_Е ? 0,41 % (середнє значення) мінімальні значення у_в і у_т відповідають відношенню B/N ? 0,8 (рис. 3, а, б);

- при С_Е < 0,41 % показники у_в і у_т зберігають незмінні значення при B/N > 0,8; так при B/N ? 1,49 і С_Е ? 0,37 % у_в ? 512 Н/мм², а у_т ? 311 Н/мм² (рис. 3, а, б);

- при С_Е > 0,41 % и B/N > 0,8 відбувається зростання (на ? 30 %) характеристик міцності катанки;

– ш при С_Е ? 0,39 не залежить від відношення B/N, а при С_Е > 0,39 % ш підвищується зі зростанням відношення B/N (рис. 3, в).

Таким чином, оптимальним значенням відношення B/N є 0,8. Необхідно відзначити, що у виробничих умовах відношення B/N = 0,8 може бути виконано з допуском ± 0,15.

Таким чином, для мінімізації характеристик міцності катанки з досліджуваних сталей необхідно забезпечити: B/N у межах 0,8 ± 0,15; С_Е - не більше 0,41 %.

Встановлено, що зниження технологічної пластичності катанки зі сталі Св-08ГНМ обумовлено наступними структурними факторами:

- зменшенням розміру зерна фериту;

- збільшенням об'ємної частки бейніто-мартенситних ділянок в структурі катанки.

Збільшення значення B/N понад 0,95 при С_Е = 0,41 % обумовлює підвищення стійкості переохолодженого аустеніту сталі Св-08ГНМ (рис. 4). Підвищення стійкості аустеніту призводить до того, що в процесі охолодження виділяється дрібнозернистий (номер 10…12 за ГОСТ 5639) ферит і підвищена кількість (більше 10 %) бейніто-мартенситних структур (рис. 5, а).

При значеннях С_Е і B/N, які дорівнюють відповідно 0,41 % і 0,8, та незмінній швидкості охолодження аустеніт розпадається на крупнозернистий (номер 8…9) ферит у кількості ? 95 % і бейніто-мартенситні структури (? 5 %), рис. 5, б.

Таким чином, для підвищення технологічної пластичності при волочінні катанки-дроту необхідно: знизити С_Е в рамках існуючої нормативної документації на хімічний склад сталі (переважно, за рахунок зменшення в межах марочного складу максимальних вмістів C, Mn і Mo); забезпечити відношення B/N на рівні, близькому до стехіометричного в нітриді бору (B/N ? 0,8).

За результатами досліджень розроблено та введено в дію технічну угоду ТО/ТС-СС-01-2008 про умови постачання катанки з легованої сталі марок Св-08ГНМ, Св-08Г1НМА, Св-10ГАА, Св-08ХГ2СМФ, Св-10ХГ2СМФ, Св-08Г1НФАА і Св-08Г1Н2ФАА для виготовлення зварювального дроту, якою нормуються вимоги до хімічного складу й механічних характеристик катанки підвищеної деформованості (табл. 2).

У п'ятому розділі проведено моделювання технологічних режимів охолодження після прокатки катанки зі сталі марок Св-08ГНМ, Св-08Г1НМА і Св-08ХГ2СМФ в лабораторних умовах: аустенітизація зразків при 950°С упродовж 8…10 хвилин; перенесення зразків у піч з температурою 700, 650, 600 і 550°С; квазіізотермічна витримка зразків упродовж 20…30 хвилин.

Показано, що найбільш оптимальний комплекс структурних і механічних характеристик, необхідних для катанки зварювального призначення підвищеної деформованості, формується при температурі квазіізотермічної витримки 700…600°С (рис. 6).

Експеримент, який було проведено в промислових умовах, показав, що розкладка катанки з легованих сталей на витки при 950…970°С сприяє отриманню мінімальних характеристик міцності металу. При цьому утворюється переважно феритна структура (? 95 %) з мінімальною

Таблиця 2 Норми хімічного складу та механічних характеристик катанки зварювального призначення з легованих сталей за існуючою та розробленою нормативною документацією

Марка сталі	Нормативна документація	Масова частка елементів (не більше або у межах), %	Механічні властивості**
		C	Mn	Si	Mo	Ni	S	P	Cu	Cr	N	V	ув, Н/мм2	ш, %
Св-08ГНМ	ТУ 14-1-2203-77	0,07	0,60- 1,00	0,20-0,40	0,90-1,10	0,60-0,85	0,015	0,020	0,20	0,30	0,015	-	490- 880	-
	ТО/ТС-СС-01-2008	0,07	0,55-0,70	0,15-0,30	0,90-1,05	0,60-0,75	0,010	0,012	0,20	0,10	0,007*	-	? 650	? 60
Св-08Г1НМА	ТУ У 27.1-4-548-2003	0,09	1,00- 1,50	0,20-0,45	0,60-0,85	0,50-0,70	0,015	0,020	0,25	0,30	0,008	-	? 850	? 48
	ТО/ТС-СС-01-2008	0,07	0,97-1,10	0,20-0,35	0,60-0,70	0,50-0,60	0,010	0,010	0,20	0,10	0,007*	-	? 650	? 60
Св-08ХГ2СМФ	ТУ 14-105-796-2007	0,04-0,08	1,00-1,60	0,20-0,40	0,50-0,90	0,20	0,020	0,025	0,15	0,70-1,00	0,012	0,15-0,30	Факультативно
	ТО/ТС-СС-01-2008	0,04- 0,08	1,00-1,40	0,20-0,40	0,50-0,70	0,20	0,020	0,020	0,15	0,70-1,00	0,007*	0,15-0,30	? 650	? 60

Примітка: * Нормується вміст вільного азоту.

** За ТО/ТС-СС-01-2008 для сталі марок Св-08Г1НМА і Св-08ХГ2СМФ норми механічних властивостей можуть визначатися контрактними вимогами.

кількістю (до 5 %) бейніто-мартенситних ділянок.

З урахуванням встановлених закономірностей структуроутворення в борвмісних сталях, легованих молібденом, нікелем, хромом, ванадієм й іншими елементами, розроблено й впроваджено базову технологію знеміцнюючої ТМО катанки зварювального призначення, яка характеризується наступними параметрами:

- закінчення гарячої прокатки на дротовому блоці при температурі 1100…1050°С і охолодження катанки водою до 950…970°С зі швидкістю 200…380°С/с;

- розкладка катанки на витки при температурі 950…970°С;

- повітряне охолодження витків катанки з середньою швидкістю 0,3°С/с до температури 650…600°С при зачинених теплоізолюючих кришках, а від вказаної температури охолодження до 350…300°С з середньою швидкістю 1,5°С/с.

У шостому розділі наведено матеріали по переробці катанки, виробленої за ТО/ТС-СС-01-2008, на метизних підприємствах, які використовують як традиційні (ВАТ «Сєвєрсталь-метиз»), так і сучасні (ВАТ «Міждержметиз-Мценськ») технологічні схеми виробництва зварювального дроту.

Розроблені в дисертаційній роботі науково-обґрунтовані вимоги до хімічного складу легованих сталей зварювального призначення та технологія ТМО катанки дозволили забезпечити її пряме (без пом'якшуючої термічної обробки) волочіння з попереднім видаленням поверхневої окалини як механічним, так і хімічним способами.

Катанку діаметром 5,5 мм піддавали волочінню в дріт, діаметр якого залежав від марки сталі: Св-08ГНМ - до 2,0 мм (сумарна ступінь деформації до 86,8 %); Св-08Г1НМА і Св-08ХГ2СМФ - до 3,0 мм (сумарна ступінь деформації до 70,2 %). При цьому механічні характеристики готового дроту відповідали вимогам ГОСТ 2246-70 і специфікаціям замовників. Вихід придатного зварювального дроту з блискучим мідним покриттям склав не менше 96 %.

На підставі статистичних і розрахованих за методикою Ю. І. Коковіхіна даних для процесу прямого волочіння встановлені залежності деформаційного зміцнення дроту від границі міцності катанки з легованих сталей (рис. 7).

З представленої залежності витікає, що для забезпечення після прямого волочіння необхідних механічних характеристик дроту діаметром 4,0…2,0 мм тимчасовий опір катанки в стані постачання має знаходитися в межах 450…550 Н/мм².

Випробування в умовах трубних заводів обмідненого зварювального дроту, виробленого прямим волочінням, показали його високу технологічність на трубозварювальних станах і відповідність якісних характеристик зварних швів труб нафтогазового сортаменту діаметром до 1420 мм необхідним нормам.

Виготовлений з катанки ВАТ «ММЗ» обміднений зварювальний дріт марок Св-08ГНМ і Св-08Г1НМА атестований російською Національною асоціацією контролю і зварювання (НАКС).

Таким чином, в дисертаційній роботі вирішено актуальне науково-технічне завдання з розробки хімічного складу та технології ТМО катанки зі сталей, легованих молібденом, нікелем, хромом, ванадієм й іншими елементами, які забезпечують підвищення деформованості при волочінні й економію матеріальних та енергетичних ресурсів.

Річний економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи в умовах ВАТ «ММЗ» становить 235 тис. доларів США, частка автора - 10 %.

ВИСНОВКИ

1. В дисертації вирішено актуальну науково-технічну задачу - розроблено хімічний склад і технологію ТМО катанки з легованих молібденом, нікелем, хромом, ванадієм та іншими елементами сталей, які забезпечують деформованість, необхідну для прямого волочіння зварювального дроту, а також економію матеріальних і енергетичних ресурсів.

2. Вперше вивчено кінетику перетворень аустеніту при безперервному охолодженні та побудовано ТКД борвмісної сталі марки Св-08ГНМ (С - 0,064 %, Mn - 0,78 %; Si - 0,25 %; Ni - 0,67 %; Mo - 0,96 %; В - 0,0074 %; N - 0,0050 %). Встановлено, що сталь Св-08ГНМ, яка містить у порівнянні зі сталлю-аналогом 16ГНМ (С - 0,17 %; Mn - 0,79 %; Si - 0,27 %; Ni - 0,45 %; Мо - 0,41 %) більшу кількість молібдену й мікродобавку бору, має в 10…12 разів більшу стійкість переохолодженого аустеніту. Показано, що при охолодженні в інтервалі 3,4…0,8°С/с аустеніт сталі Св-08ГНМ розпадається за змішаною кінетикою з утворенням фериту, бейніту та мартенситу. При швидкостях охолодження менше 0,8°С/с мартенсит не утворюється, а структура сталі складається з фериту (15…75 %), перліту (до 10 %) і бейніту (85…15 %).

3. Встановлено, що квазіізотермічна витримка аустеніту сталей Св-08ГНМ, Св-08Г1НМА і Св-08ХГ2СМФ в інтервалі температур 700…600°С упродовж 1200…1800 с призводить до виділення фериту (? 95 %), а також незначної кількості перліту та бейніто-мартенситних структур.

4. Встановлені залежності механічних властивостей від хімічного складу та режимів двостадійного охолодження катанки зі сталі Св-08ГНМ і Св-08Г1НМА. Показано, що мінімізація характеристик міцності катанки забезпечується за умов: вуглецевий еквівалент не перевищує значення 0,41 %; відношення вмістів бору до азоту знаходиться в межах 0,8 ± 0,15.

5. Розроблено та введено в дію технічну угоду ТО/ТС-СС-01-2008 про умови постачання катанки з легованої сталі марок Св-08ГНМ, Св-08Г1НМА, Св-10ГАА, Св-08ХГ2СМФ, Св-10ХГ2СМФ, Св-08Г1НФАА і Св-08Г1Н2ФАА для виготовлення зварювального дроту, якою нормуються вимоги до хімічного складу та механічних характеристик катанки підвищеної деформованості.

6. Розроблено й впроваджено технологічний процес знеміцнюючої ТМО катанки зі сталей, легованих молібденом, нікелем, хромом, ванадієм та іншими елементами, на сучасній лінії Стелмор, який забезпечує високу технологічну пластичність при волочінні катанки діаметром 5,5 мм в дріт діаметром до 2,0 мм.

Розроблений процес включає:

- закінчення гарячої прокатки на дротовому блоці при температурі 1100…1050°С і охолодження катанки водою до 950…970°С зі швидкістю 200…380°С/с;

- розкладку катанки на витки при температурі 950…970°С;

- повітряне охолодження витків катанки з середньою швидкістю 0,3°С/с до температури 650…600°С при зачинених теплоізолюючих кришках, а від вказаної температури охолодження до 350…300°С з середньою швидкістю 1,5°С/с.

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

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

- метал, який має в структурі не менше 95 % фериту з величиною зерна номер 8…9 за ГОСТ 5639, має підвищену деформованість, яка забезпечує пряме (без пом'якшуючої термічної обробки) волочіння катанки діаметром 5,5 мм в дріт до 2,0 мм;

- вихід придатного зварювального дроту з блискучим мідним покриттям складає не менше 96 %.

8. Встановлено інтервал характеристик міцності катанки (у_в = 450…550 Н/мм²), який гарантує забезпечення після прямого волочіння необхідного тимчасового опору зварювального дроту діаметром 4,0…2,0 мм.

9. Річний економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи в умовах ВАТ «ММЗ» становить 235 тис. доларів США, частка автора - 10 %.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВІДОБРАЖЕНО У ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Влияние регулируемого охлаждения на качественные показатели катанки различного назначения / В. А. Луценко, В. В. Парусов, Э. В. Парусов, А. И. Сивак, И. Н. Чуйко // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии : Сб. научн. тр. - Днепропетровск : Візіон, 2004. - Вып. 9. - С. 142-147.

2. Борсодержащая сталь с низким содержанием примесей внедрения / И. Н. Чуйко, В. В. Парусов, И. В. Деревянченко, А. Б. Сычков // Строительство, материаловедение, машиностроение : Сб. научн. тр. - Днепропетровск : ПГАСА, 2006. - Вып. 36, - Ч. 3. - С. 46-51.

3. Освоение технологии производства катанки из стали Св-08ГНМ на Молдавском металлургическом заводе / И. Н. Чуйко, В. В. Парусов, О. В. Парусов, И. В. Деревянченко, А. Б. Сычков, С. Ю. Жукова // Строительство, материаловедение, машиностроение : Сб. научн. тр. - Днепропетровск : ПГАСА, 2007. - Вып. 41, - Ч. 2. - С. 129-134.

4. Разработка селективных требований к химическому составу и режимам термомеханической обработки катанки / В. В. Парусов, И. Н. Чуйко, О. В. Парусов, И. В. Деревянченко, А. Б. Сычков // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2007. - № 6. - С. 70-72.

5. Кинетика фазовых превращений в катанке из непрерывнолитой электростали Св-08ГНМ при непрерывном охлаждении / В. В. Парусов, И. Н. Чуйко, М. Ф. Евсюков, А. Б. Сычков, А. И. Сивак // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии : Сб. научн. тр. - Днепропетровск: Візіон, 2007. - Вып. 14. - С. 228-234.

6. Структурообразование в катанке из легированных сталей сварочного назначения / В. В. Парусов, И. Н. Чуйко, О. В. Парусов, М. Ф. Евсюков, А. Б. Сычков, М. А. Жигарев, А. В. Перчаткин // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2008. - № 6. - С. 47-49.

7. Влияние химического состава и технологических факторов на механические характеристики катанки из стали сварочного назначения / В. В. Парусов, И. Н. Чуйко, О. В. Парусов, А. Б. Сычков, М. А. Жигарев, А. В. Перчаткин // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2009. - № 1. - С. 87-89.

8. Влияние химического состава на структуру, свойства и технологическую пластичность катанки сварочного назначения из стали Св-08ГНМ / В. В. Парусов, А. Б. Сычков, И. Н. Чуйко, О. В. Парусов, С. Ю. Жукова, М. А. Жигарев, А. В. Перчаткин // Теория и практика металлургии. - 2009. - № 1-2. - С. 98-102.

9. Оценка технологичности переработки катанки из легированных сталей сварочного назначения на метизном переделе / В. В. Парусов, И. Н. Чуйко, О. В. Парусов, А. Б. Сычков, М. А. Жигарев, А. В. Перчаткин, С. Ю. Жукова // Строительство, материаловедение, машиностроение : Сб. научн. тр. - Днепропетровск : ПГАСА, 2009. - Вып. 48, - Ч. 2. - С. 8-11.

АНОТАЦІЯ

Чуйко І. М. Розробка хімічного складу та технології термомеханічної обробки катанки з легованих сталей, які забезпечують підвищення деформованості при волочінні зварювального дроту. - 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, м. Дніпропетровськ, 2009.

У роботі вирішено актуальну науково-технічну задачу - розроблено хімічний склад та технологію знеміцнюючої термомеханічної обробки катанки з легованих молібденом, нікелем, хромом, ванадієм й іншими елементами сталей, які забезпечують підвищення деформованості при волочінні зварювального дроту, а також економію матеріальних та енергетичних ресурсів.

Вивчено кінетику перетворень аустеніту при безперервному охолодженні й побудовано термокінетичну діаграму борвмісної електросталі марки Св-08ГНМ (С - 0,064 %, Mn - 0,78 %; Si - 0,25 %; Ni - 0,67 %; Mo - 0,96 %; В - 0,0074 %; N - 0,0050 %). Показано, що при охолодженні в інтервалі 3,4…0,8°С/с аустеніт сталі Св-08ГНМ розпадається за змішаною кінетикою з утворенням фериту, бейніту та мартенситу. При швидкостях охолодження менше 0,8°С/с мартенсит не утворюється, а структура сталі складається з фериту (15…75 %), перліту (до 10 %) та бейніту (85…15 %).

Методами математичного моделювання встановлено вплив хімічного складу на механічні властивості катанки.

Показано, що для забезпечення прямого (без пом'якшуючої термічної обробки) волочіння катанки, легованої молібденом, нікелем, хромом, ванадієм та іншими елементами, в зварювальний дріт діаметром до 2,0 мм мікроструктура повинна складатися з фериту в кількості ? 95 % з розміром дійсного зерна не менше 8…9 номеру за ГОСТ 5639.

Розроблено та введено в дію технічну угоду ТО/ТС-СС-01-2008 про умови постачання катанки підвищеної деформованості з легованої сталі для виготовлення зварювального дроту.

Розроблено та впроваджено технологічний процес знеміцнюючої термомеханічної обробки катанки з легованих сталей на сучасній лінії Стелмор, який забезпечує високу технологічну пластичність при волочінні катанки-дроту.

Переробка дослідно-промислових партій катанки з борвмісної легованої сталі показала, що метал має підвищену деформованість, яка забезпечує пряме волочіння катанки діаметром 5,5 мм в дріт до 2,0 мм. Вихід придатного зварювального дроту з блискучим мідним покриттям складає не менше 96 %.

Ключові слова: мікролегована бором сталь, катанка з легованої сталі підвищеної деформованості, знеміцнююча термомеханічна обробка, хімічний склад, мікроструктура, механічні властивості, зварювальний дріт.

АННОТАЦИЯ

Чуйко И. Н. Разработка химического состава и технологии термомеханической обработки катанки из легированных сталей, обеспечивающих повышение деформируемости при волочении сварочной проволоки. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой 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, 2009.

В работе решена актуальная научно-техническая задача - разработаны химический состав и технология разупрочняющей термомеханической обработки катанки из легированных молибденом, никелем, хромом, ванадием и другими элементами сталей, обеспечивающие повышение деформируемости при волочении сварочной проволоки, а также экономию материальных и энергетических ресурсов.

Изучена кинетика превращений аустенита при непрерывном охлаждении и построена термокинетическая диаграмма борсодержащей электростали марки Св-08ГНМ (С - 0,064 %, Mn - 0,78 %; Si - 0,25 %; Ni - 0,67 %; Mo - 0,96 %; В - 0,0074 %; N - 0,0050 %). Показано, что при охлаждении в интервале 3,4…0,8°С/с аустенит стали Св-08ГНМ распадается по смешанной кинетике с образованием феррита, бейнита и мартенсита. При скоростях охлаждения менее 0,8°С/с мартенсит не образуются, а структура стали состоит из феррита (15…75 %), перлита (до 10 %) и бейнита (85…15 %).

Методами математического моделирования установлено влияние химического состава на механические свойства катанки.

Показано, что для обеспечения прямого (без умягчающей термической обработки) волочения катанки, легированной молибденом, никелем, хромом, ванадием и другими элементами, в сварочную проволоку диаметром до 2,0 мм микроструктура должна состоять из феррита в количестве ? 95 % с размером действительного зерна не меньше 8…9 номера по ГОСТ 5639.

Разработано и введено в действие техническое соглашение ТО/ТС-СС-01-2008 об условиях поставки катанки повышенной деформируемости из легированной стали для изготовления сварочной проволоки.

Разработан и внедрен технологический процесс разупрочняющей термомеханической обработки катанки из легированных сталей на современной линии Стелмор, обеспечивающий высокую технологическую пластичность при волочении катанки-проволоки.

Переработка опытно-промышленных партий катанки из борсодержащей легированной стали показала, что металл имеет повышенную деформируемость, обеспечивающую прямое волочение катанки диаметром 5,5 мм в проволоку до 2,0 мм. Выход годной сварочной проволоки с блестящим медным покрытием составляет не менее 96 %.

Ключевые слова: микролегированная бором сталь, катанка из легированной стали повышенной деформируемости, разупрочняющая термомеханическая обработка, химический состав, микроструктура, механические свойства, сварочная проволока.

ANNOTATION

Chuiko I. N. Development of alloy steel rod chemistry and thermomechanical treatment technology that provide a buildup of deflectivity during the drawing process of welding wire. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Candidate of technical science scientific on speciality 05.16.01 - «Metallurgical science and thermal processing of metals». Institute of Ferrous Materials named Z. I. Nekrasov, NAS of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2009.

This study resolves a relevant scintific and technical problem - it shows the chemistry and technology of softening heat treatment of steel rod alloyed with molybdenum, nickel, chrome, vanadium and other elements, that provide a buildup of deflectivity during the drawing process of welding wire as well as saves material and energy resources consumption.

This work contains the study of austenite transformation kinetics in terms of continuous cooling and shows the thermokinetic diagram for boron electrical steel quality Sv-08GNM (С - 0,064 %, Mn - 0,78 %; Si - 0,25 %; Ni - 0,67 %; Mo - 0,96 %; В - 0,0074 %; N - 0,0050 %). It is demonstrated that on cooling within the interval 3,4…0,8°С/s the austenite of steel Sv-08GNM breaks-up under the combined kinetics with the formation of the ferrite and bainite and martensite structures. In terms of cooling speeds under 0,8°С/s martensite is not forming and the steel structure is formed of ferrite (15…75 %), perlite (up to 10 %) and bainite (85…15 %).

The influence of chemistry on the rod structure and characteristics is shown by means of mathematic simulation.

It has been demonstrated that to provide the straight drawing (without softening heat treatment) from the rod alloyed with molybdenum, nickel, chrome, vanadium and other elements to welding wire with diameter up to 2,0 mm, the microstructure should be formed of ferrite to the number of ? 95 % with the size of the real grain not less than numbers 8…9 according to the GOST 5639.

It is developed and brought into being the technical arrangement TO/ТС-СС-01-2008 about the delivery terms for alloy steel rod for welding wire production.

It is developed and implemented the technical process of softening thermomechanical treatment of alloyed steel rod on contemporary line Stelmor. This technical process provides high technological ductileness during the drawing process rod-wire.

The pilot batch processing of alloy boron steel rod has shown that the metal has an increased deflectivity that provides straight rod drawing with diameter 5,5 mm to the wire with diameter 2,0 mm with a satisfactory surface scale removal using both mechanical and chemical methods. The output of accepted welding wire with a brilliant copper coating forms not less than 96 %.

Key words: microalloy boron steel, rod of alloy steel with increased deflectivity, softening thermomechanical treatment, chemical compound, microstructure, mechanical characteristics, welding wire.

Підписано до друку 27.05..2009 р. Формат 60х84/16/ Папір офісний.

Ум. друк. арк.. 1,1. Тираж 100 прим. Замовлення № 243.

м. Дніпропетровськ

Типографія ”Візіон”

49050, м. Дніпропетровськ, пл. Академіка Стародубова, 1

Свідоцтво про реєстрацію №04052442 Ю 0021076

Свідоцтво суб'єкта видавничої справи 60-р

Размещено на Allbest.ru

...