CC BY
107
УДК 621:771.23-022.532:621.785
ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО ВЫСОКОПРОЧНОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА
В. М. САЛГАНИК, П. П. ПОЛЕЦКОВ, М. С. ГУЩИНА, Г. А. БЕРЕЖНАЯ, А. С. КУЗНЕЦОВА, П. А. СТЕКАНОВ, Д. Ю. АЛЕКСЕЕВ
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет имени Г. И. Носова», Российская Федерация
Введение
Одним из стратегических направлений развития металлургической промышленности является активное внедрение наукоемких технологий с применением последних инновационных достижений [1]. Это диктует необходимость создания принципиально новых материалов, а также разработки сталей и листового проката, обладающего комплексом трудносочетаемых свойств [2]-[3].
К таким материалам относятся наноструктурированные высокопрочные стали, которые благодаря своим уникальным свойствам являются перспективными материалами для производства высокотехнологичной продукции нового поколения, используемой в оборонной промышленности, мосто- и автомобилестроении, крановом производстве и других наукоемких отраслях промышленности [4]-[5].
Традиционные подходы при создании материалов для сложных условий эксплуатации применимы мало: с повышением прочностных характеристик, как правило, снижается вязкость и трещиностойкость стали. В связи с этим разработка высокопрочных сталей невозможна без использования нанотехнологий, позволяющих обеспечивать требуемые свойства материала за счет управления формированием структуры на наноуровне [6]. Благодаря строго выверенному химическому составу и жестко регламентированным режимам термообработки удается последовательно измельчить структуру стали вплоть до наноуровня [7]-[9].
Цель исследования - разработка технологии для получения наноструктурированно-го высокопрочного листового проката с уникальным комплексом механических свойств: прочность 700-2000 Н/мм , твердость свыше 280 НВ, удлинение не менее 8 %.
Методика исследования
Проведено исследование влияния температуры закалки и отпуска на механические свойства такого проката с использованием оборудования, имитирующего реальные процессы производства стали и проката ООО «Термодеформ-МГТУ» [10]:
- плавильная печь с двумя плавильными узлами для выплавки образцов материала;
- камерная печь для нагрева образцов перед последующей обработкой;
- гидравлический пресс для горячей и холодной деформации;
- листовой стан 500 горячей и холодной деформации;
- установка контролируемого охлаждения для ускоренного охлаждения, а также для различных видов термической обработки;
- оборудование для подготовки образцов.
Для этого предварительно были выплавлены слитки из низкоуглеродистой стали с системой легирования Сг-№-Мо-У следующего химического состава (см. таблицу).
Химический состав экспериментальных сталей
Массовая доля элементов, %, не более или в диапазоне Сэ, % не более
C Si Mn Б S Мо № Си Прочие
0,30 0,1-0,3 0,7-1,0 0,010 0,005 0,3-0,4 0,8-1,2 0,1-0,2 Сг, У, Т1, В 0,69
„ „ Мп Сг + Мо + V Си + N1
Примечание. Углеродный эквивалент Сэ = С +---1---1--.
6 5 15
Обжатие слитков производили на прессе (моделирование черновой прокатки) и на реверсивном стане горячей прокатки 500 «ДУО» (чистовая прокатка). Предварительно слитки были нагреты до температуры 1200 °С, температура окончания обжатия составляла от 850 до 950 °С. Слитки прокатывали до толщины 6 мм. Полученные раскаты охлаждали на воздухе.
Нагрев под закалку осуществляли в диапазоне температур от 850 до 1040 °С, последующий отпуск - в диапазоне температур 200-600 °С. После термической обработки проводили испытания на твердость и ударный изгиб.
Испытание на твердость НКС проводили в соответствии с ГОСТ 9013, испытание на твердость НВW проводилось в соответствии с ГОСТ 9012, испытания на ударный изгиб образцов с У-образным надрезом проводили при температуре -40 °С в соответствии с ГОСТ 9454.
Влияние температуры закалки на твердость высокопрочного листового проката представлено в виде графиков (рис. 1).
Рис. 1. Влияние температуры закалки на твердость наноструктурированного высокопрочного листового проката из сталей на основе системы легирования Сг-^-Мо-У
По результатам проведенного эксперимента сделали вывод о том, что для достижения максимальной твердости оптимальная температура нагрева под закалку исследуемой стали находится в диапазоне 980-1020 °С. При таком нагреве получают структуру аустенита, а в результате охлаждения со скоростью выше критической -мартенсита. Балл мартенсита изменяется в диапазоне от 4 до 7 (рис. 2).
МА ТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
3
а)
б)
Рис. 2. Микроструктура исследуемых образцов высокопрочной Сг-№-Мо-У-стали после закалки: а - х500; б - х5000
Результаты испытаний на ударный изгиб (рис. 3) свидетельствуют о том, что с повышением температуры закалки вязкостные свойства высокопрочных Сг-№-Мо-У-сталей ухудшаются.
Рис. 3. Зависимость работы удара КУ от температуры закалки высокопрочной Сг-№-Мо-У-стали
Рис. 4. Влияние температуры отпуска на механические свойства закаленной низколегированной стали с 0,30 % С
Далее выполнены исследования влияния отпуска на твердость и ударную вязкость высокопрочной низколегированной стали с химическим составом в соответствии с таблицей (рис. 4).
Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что повышение температуры отпуска с 200 до 600 °С снижает твердость стали на 180 HB. Также по графику, приведенному на рис. 4, видно, что при отпуске в температурном интервале 250-400 °С развивается необратимая отпускная хрупкость. Ударная вязкость закаленной стали после отпуска в этом интервале меньше, чем после отпуска ниже 250 °С. Следовательно «средний» отпуск для наноструктурированной высокопрочной стали не рекомендуется.
Заключение
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:
1) для достижения максимальной твердости Cr-Ni-Mo-V-стали оптимальная температура закалки находится в диапазоне 980-1020 °С;
2) при повышении температуры отпуска высокопрочного наноструктурирован-ного листового проката от 200 до 600 °С происходит снижение твердости на 180 HB.
Работа проведена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства, выполняемого с участием российского высшего учебного заведения (договор 02.G25.31.0105).
Литература
1. Глинер, Р. Е. Разработки в области производства высокопрочной листовой стали в Швеции (сталь Domex, Docol, AHSS) / Р. Е. Глинер // Пр-во проката. - 2009. -№ 10. - С. 11-18.
2. Основные виды и области применения стратегического высокопрочного листового проката / М. В. Чукин [и др.] // Вестн. Магнитогор. гос. техн. ун-та им. Г. И. Носова. - 2014.- №4.- С. 41-44.
3. Анализ технических требований, предъявляемых к наноструктурированному высокопрочному листовому прокату / М. В. Чукин [и др.] // Обработка сплошных и слоистых материалов. - 2014. - № 2. - С. 19-28.
4. Ulewicz, R. Structure and mechanical properties of fine-grained steels / R. Ulewicz, M. Mazur, O. Bokuvka // Transportation Engineering. - 2013. - Vol. 41/2. - P. 111-115.
5. Meyer, L. Werner. Modern high strength low alloyed steels / L. Werner Meyer, F. Pur-sche // Proceedings of the 1st International Conference about Recent Trends in Structural Materials COMAT 2010. - 2010. - P. 13-18.
6. Влияние химического состава и параметров производства на формирование нано-структурной составляющей и комплекса свойств высокопрочных низколегированных конструкционных сталей / И. Г. Родионова [и др.] // Металлург. - 2010. -№6. - С. 33-39.
7. Горынин, И. В. Наноструктурированные конструкционные стали - прорывное направление металлопотребляющих отраслей промышленности / И. В. Горынин, В. А. Малышевский, Е. И. Хлусова // Инновации. - 2010. - № 4. - С. 103-107.
8. Высокопрочные стали для толстых листов, труб и профилей / М. Понтремоли [и др.] // Чер. металлы. - 2006. - № 4. - C. 58-66.
9. Лахтин, Ю. М. Материаловедение : учеб. для высш. техн. учеб. заведений / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. - М. : Машиностроение, 1990. - 528 с.
10. Салганик, В. М. Научно-производственный комплекс «Термодеформ» для создания новых технологий / В. М. Салганик [и др.] // Сталь. - 2014. - № 4. - С. 104-107.
Получено 20.03.2015 г.
