Повышение уровня механических свойств малоуглеродистой стали Ст1кп при помощи модифицирования и выбора оптимального режима термической обработки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 669.45+669.046.558

Канд. техн. наук С. А. Полишко

Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара, г. Днепропетровск

ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ СТ1КП ПРИ ПОМОЩИ МОДИФИЦИРОВАНИЯ И ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Исследовано влияние многофункциональных модификаторов при выборе оптимальной термической обработки на стабилизацию химического состава и повышение уровня механических свойств малоуглеродистой конструкционной стали Ст1кп. Построена термокинетическая диаграмма модифицированной стали Ст1кп, использование которой позволяет назначать режимы термической обработки, управлять структурой и механическими свойствами. Рекомендованы оптимальные скорости охлаждения и температуры закалки катанки из модифицированной стали Ст1кп: Уохл = 3,60 К/с, закалки = 670 °С;

Кхл = 3,60 К/с, (закалки =570

Ключевые слова: малоуглеродистая арматурная сталь, модифицирование, стабилизация, химический состав, механические свойства, термическая обработка.

К сталям, используемым в ответственных кон- ного назначения нуждался в улучшении. струкциях машиностроения, предъявляют требова- Поэтому в условиях кислородно-конвертер-

ния не только по прочности, но и по пластичности, ного цеха ОАО «АрселорМиттал Кривой Рог»

как структурно-чувствительному параметру. Зади- успешно были применены модификаторы мно-ры на поверхности катанки, как правило, являются гофункционального действия [2] взамен алюми-

источниками коррозионного разрушения и сни- ния чушкового и ферротитана, изготавливаемых

жжения ресурса нормальной эксплуатации железо- согласно ГОСТ 295-98 и ГОСТ 4761-91. Также,

бетона. Поэтому, для обеспечения требуемой струк- одним из возможных путей, кроме модифициро-

туры и механических свойств серийной горячека- вания специальными раскислителями-модифи-

таной проволоки из стали марки Ст1кп, выплав- каторами, является разработка оптимальной тер-

ленной в 160-ти тонных конвертерах, после окон- мической обработки с прокатного нагрева. чания ее деформации подвергают «дождеванию» Для определения режимов термической обра-по идее и разработке академика К. Ф. Стародубова ботки были построены термокинетические диаг-[1]. Использование такой технологии позволяет в раммы состояния стали Ст1кп модифицирован-современных промышленных условиях повысить ных и серийных плавок, которые позволяют, в

прочность Ст1кп на 40—80%. зависимости от требований, регулировать все тех-

Однако, такой серийный металл, обладая рядом нические температурно-временные параметры недостатков (загрязненность неметаллическими процесса обработки (рис. 2, 3). Они отличаются

включениями, сульфидами удлиненной формы, тем, что диаграмма для немодифицированной ста-

разнозернистостью, нестабильностью химическо- ли смещена влево и вниз по отношению к диаг-

го состава и др., табл. 1, 2 и рис. 1), для ответствен- рамме распада модифицированного металла.

Таблица 1 — Химический состав стали Ст1кп

Марка стали Разница массовых долей химических элементов, %

С Mn Si & № S P As

Ст1кп ДСТУ 2651-2005 0,06 0,25 0,05 0,3 0,3 0,3 0,05 0,04 0,08

Серийная 0,03 0,12 0,03 0,04 0,06 0,06 0,020 0,007 0

Модифицированная 0,03 0,11 0,02 0,01 0,01 0,03 0,011 0,002 0

Таблица 2 — Разница механических свойств малоуглеродистой стали

Марка стали Предел прочности ов, МПа Относительное сужение у, %

Ст1кп по ДСТУ 2770-94 420 >68

Серийная 35 5

Модифицированная 25 3

© С. А. Полишко, 2014

Рис. 1. Структура малоуглеродистой стали Ст1кп, х 150: а — серийная немодифицированная сталь; б — модифицированная сталь

Рис. 2. Термокинетическая диаграмма распада аустенита модифицированной стали Ст1кп

Рис. 3. Термокинетическая диаграмма распада аустенита модифицированной и серийной стали Ст1кп

а

Использование термокинетических диаграмм дает возможность изменить параметры процесса с обеспечением в материале требуемого типа структуры — феррита и перлита. Для определения оптимальных режимов термической обработки — скорости охлаждения и температуры закалки — исследована структура стали Ст1кп, полученной в разных условиях (рис. 2, 3).

На установке для построения термокинетических диаграмм распада аустенита с участием автора построена диаграмма для модифицированной и немодифицированной стали. В связи с широким интервалом времени охлаждения образцов от 10-1 до 104 с, шкала абсцисс дана в логарифмическом варианте.

Установка включала печь для нагрева образцов, потенциометр ПДТ 4, самописец, а также компьютер, с помощью которого структуры выводили на микроскоп для фотографирования. Охлаждающими средами являлись воздух, вода, подсоленная (10% №01) вода. После охлаждения и фотографирования определяли твердость образцов. На рис. 2, 3. представлена термокинетическая диаграмма распада аустенита в модифицированных образцах. Образцы нагревали до критической точки ^з и охлаждали с разными скоростями, запрессовывали в порядке увеличения скоростей охлаждения (рис. 2), изготавливали шлифы и фотографировали.

Затем на шлифах измеряли твердость и наносили на кривые охлаждения (рис. 3). Микроструктура с показаниями твердости представлена на рис. 4.

На основании анализа термокинетических диаграмм состояния, микроструктуры твердости был определен температурно-временной режим охлаждения катанки из модифицированной стали: скорость охлаждения должна находиться в пределах от 1,6 до 3,6 град/с, а температура термообработки с прокатного нагрева < 670 °С.

Из вышеприведенных данных следует, что аус-тенит в модифицированной стали более устойчивый благодаря большей степени легированно-сти, и большей стабильности химического состава. Рекомендованная микроструктура (Ф+П) для модифицированной стали Ст1кп соответствует (рис. 4, в г).

Благодаря модифицированию многофункциональными модификаторами и правильному выбору режима термической обработки произошло повышение уровня механических свойств в стали Ст1кп (рис.5).

Таким образом, построение термокинетической диаграммы модифицированной стали Ст1кп позволяет назначать режимы термической обработки, управлять структурой и иметь стабильные механические свойства. В данной работе рекомендованы оптимальные скорости охлаждения и температуры закалки катанки из модифицированной стали Ст1кп: Г = 3,60 К/с Какалкы =

= 670 °С; ^=3,60 К/с закалки

, =570 ° С. Показано, что модифицирование многофункциональными модификаторами в сочетании с правильно выбранными режимами термической обработки позволяет повысить уровень и стабильность механических свойств в малоуглеродистой горячекатаной стали Ст1кп.

« V.

г

Рис. 4. Микроструктура образцов стали Ст1кп (модифицирование) х 500, скорости охлаждения, температуры закалки:

а - ^=3,60С/с в - ^=3,60С/с з

=7950С; б - Гохд=3,60С/с Гзакалки =7000 °С; , =6700С; г - ¥охл=3,60С/с =5700 °С

в

382 380 378 376 374 372 370

Э 368 £

u 366

364

□ Немодифицированные

□ Модифицированные

288

287 <

286 §

285 $

284 |

283 г

&

282 g

281 5

280 дер

С

279 278

Рис. 5. Средние значения характеристик прочности (ов и ош), согласно механическим свойствам стали Ст1кп, обработанной многофункциональными модификаторами и алюминием утяжеленным

ов

от

Список литературы

1. Стародубов, К. Ф. Разработка технологии термической обработки сталей с прокатного нагрева / К. Ф. Стародубов, В. М. Иващенко, Ю. З. Березовский // Черная металлургия, Черметинформаиия, сер. 12. — М. : 1966. — Вып. 8. — 12 с.

2. Патент на винаХд № UA 85254. Компози-Цйний розкислювач для обробки сталей. МОНУ. / Шаповалова О. М., Шаповалов В. П., Шаповалов А. В., Полпттко С. О. Державний департамент штелектуально! власност1, ДНУ, а 2007 008 58 ; заявл. 26.01.2007 р. ; опубл. 12.01.2009 р., Бюл №1.

Поступила в редакцию 29.01.2014

Полшко С.О. Пщвищення ршня мехатчних властивостей маловуглецево! стал Ct 1кп за допомогою модифжування i вибору оптимального режиму терм1чно! обробки

Дослджено вплив багатофункцшнальних модифiкаторiв при eu6opi оптимально! тер-MiHHOi обробки на стабШзацт хiмiчного складу i тдвищення pieHM мехашчних властивостей маловуглецевог конструкцшног сталi Ст1кп. Побудована термокинетическая дiагра-ма модифкованог rnmi Ст1кп, використання яког дозволяе призначати режими термiч-ног обробки, управляти структурою i мехашчними властивостями. Рекомендоваш опти-мальш швидкостi охолоджування i температури гарту катанки з модифкованог сталi Ст1кп: УйХОЛ = 3,60 К/с, ^гартування = 670 Кхол = 3,60 К/с' ^артування = 570 С

Ключовi слова: маловуглецева арматурна сталь, модифкування, стабшзащя, хiмiчний склад, мехашчш властивостi, термiчна обробка.

Polishko S. Increase of level of mechanical properties of low-carbon steel St1kp through modification and choice optimum mode of heat treatment

Influence of multifunction modifiers is investigational at the choice of optimum heat treatment on stabilizing of chemical composition and increase of level of mechanical properties of low-carbon construction steel of Stlkp. The thermokinetical diagram of the modified steel of Stlkp, the use of which allows to appoint the modes of heat treatment, manage a structure and mechanical properties, was built. Optimum speeds of cooling and temperature of tempering of steel were recommended from the modified steel of Stlkp: Vcooiin = 3,60 K/s, tz = 670 °С; Vcooiin = = 3,60 K/s, tzakalki = 570 °C.

Key words: bw-carbon armature steel, modification, stabilizing, chemical composition, mechanical properties, heat treatment.