CC BY
61
4. Igor Barenyi. Secondary Processing of UHSLA ARMOX 500 Steel with Heat Based Technologies. University Review, 2012, vol. 6, no. 2. Pp. 6-9.
5. Wear-Resistant Steels for Mining of Raw Materials // Ferrous Metals. 2014. № 3. Pp. 102103.
6. D'jakov M.A. Wear Parts HARDOX-Your Competitive Advantage // Mining Industry, 2013. № 5. Pp. 45.
7. Raex® Wear-Resisting Steel for Mining Machinery Operating in Unfavourable Environment//Mining Industry. 2012. № 4. Pp. 70-71.
8. High-Strength Steel and Mobile Cranes //News Steel Abroad. 2014. № 1. Pp. 79-81.
9. New High Strength Structural Steel by Ruukki // Ferrous Metals. 2011. № 1. Pp. 6-7.
10. Golosienko S.A. New High-Strength Cold-Resistant Steels for Arctic Applications // Rolled Products Manufacturing.2014. № 2. Pp. 17-24.
11. Bryson W.E. Heat Treatment, Selection and Application of Tool steels. Munich: Hanser,
2009. 240 p.
12. Kolokoltsev V.M. Nosov Magnitogorsk State Technical University. History. Development // Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2014. № 1 (45). Pp. 5-6.
13. Production of invar multifunctional alloys with higher exploitation characteristics / V.M. Kolokoltsev, M.V. Chukin, E.M. Golubchik, Yu.L. Rodionov, N.Yu. Bukhvalov // Metallurgical processes and equipment. 2013. № 3. C. 47-52.
14. Kolokoltsev V.M., Razinkina E.M, Glukhova A.Yu. Highly qualified persounel training at the university complex // Izvestiya Samara Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences.
2010. T. 12. № 1-2. Pp. 615-618.
15. Scientific work of the State Educational Institution of Higher Professional Education "Magnitogorsk State Technical University" during nanotechnology development / M.V. Chukin, V.M. Kolokoltsev, G.S. Gun, V.M. Salganik, S.I. Platov // Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2009. № 2 (26). Pp. 55-59.
16. Kolokoltsev V.M. Five years from certification to certification // Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2008. № 1 (21). Pp. 5-11.
17. Bryalin M.F., Kolokoltsev V.M., Goltsov A.S. An increase in service properties of castings from heat- and wear-resistant chromium-manganese cast irons // Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2007. №. 4 (20). Pp. 22-25.
УДК 621.771
ВЛИЯНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ФОКАЛЬНОГО ПЯТНА ЛАЗЕРА НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В УСЛОВИЯХ НОВОГО СТАНА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ОАО «ММК»
Мешкова А.И., Копцева Н.В.
Ефимова Ю.Ю., Никитенко О.А., Голубчик Э.М.
ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Россия
Сварка является одним из ведущих технологических процессов, применяемых для большинства отраслей промышленности. Одним из самых современных и перспективных методов соединения металлов, привлекающих внимание в последние годы, является лазерная сварка. В листопрокатном цехе № 11 (ЛПЦ-11) в ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») в линии агрегата непрерывного горячего цинкования (АНО/АГЦ) методом лазерной сварки впервые было начато укрупнение рулонов. Опыт лазерной сварки рулонного металлопроката в технологических потоках отсутствовал, поэтому возникла необходимость проведения ряда металлографических исследований сварных соединений холоднокатаной стали.
Большое значение для обеспечения требуемых свойств продукции имеет кристаллическая структура формирующегося сварного соединения. Известно, что на качество сварных швов при лазерной сварке влияет фокусировка луча, поскольку диаметр сфокусированного излучения определяет площадь нагрева и плотность мощности излучения. При этом фокальную плоскость, на которой сфокусированный световой пучок имеет наименьший диаметр,
располагают выше или ниже свариваемых поверхностей. При изменении расстояния от головки лазера до поверхности свариваемого металла положение фокальной плоскости изменяется, что влияет на тепловую мощность в зоне сварки.
Целью данной работы явилось исследование кристаллических зон в сварных соединениях, полученных при различных положениях фокального пятна при лазерной сварке полосы из низкоуглеродистой стали в условиях комплекса холодной прокатки ОАО «ММК».
Работа выполнялась на образцах сварных соединений листовой стали марки Юпс толщиной 0,4 мм, прошедшей обработку на стыкосварочных машинах фирмы Miebach. Параметры опытных режимов лазерной сварки указаны в табл. 1.
Комплекс металлографических исследований был проведен с использованием светового микроскопа Meiji Techno при увеличении от 50 до 1000 крат с помощью программного обеспечения и алгоритмов обработки металлографических изображений «Thixomet PRO. Стандартные методы оценки структуры стали и сплавов». При этом использовались возможности этой программы строить панорамные изображения, которые позволяют увидеть всю площадь сварного соединения в целом.
Испытания микротвердости осуществляли на твердомере Buehler Micromet методом вдавливания алмазной пирамиды с углом между противоположными гранями 136° в соответствии с ГОСТ 9450-76. Микротвердость измерялась в поперечном сечении нетравленых шлифов в направлении от оси сварного шва к основному металлу в трех зонах по толщине листа: на периферии вблизи каждой из поверхности листа со стороны широкой части шва (ряд 1), со стороны узкой части шва (ряд 3), а также по центральной линии сечения (ряд 2), как показано на рис. 1. Замеры выполнялись до тех пор, пока не достигали твердости свариваемого металла.
Таблица 1
Параметры опытных режимов лазерной сварки и характеристики твердости
Марка стали Толщина, мм Скорость, % от максимальной Мощность лазера, % от максимальной Фокусное расстояние, мм Нагрев (т/о), % Максимальная твердость шва/ твердость основного металла, МПа
предварительный окончательный
Юпс 0,4 45 65 4 1 11 2532/2385
0,4 50 60 6 0 11 2423/2388
0,4 42 76 7,6 0 13 2328/2269
i
!
Рис. 1. Схема расположения точек измерения микротвердости
Полученные панорамные микрофотографии микроструктуры сварных соединений, представленные на рис. 2, свидетельствуют о том, что при увеличении фокусного расстояния лазера возрастает зона рекристаллизации сварного соединения, что оказывает основное влияние на длину зоны разупрочнения.
Результаты исследования показали, что характер изменения микротвёрдости по мере удаления от оси сварного шва соответствует расположению структурных зон и их протяжённости. Распределение микротвердости со стороны широкой части шва (ряд 1), со стороны узкой части шва (ряд 3) и по средней линии сечения (ряд 2) при меньшем фокусе лазера наи-
более равномерное как в зоне кристаллизации шва, так и в околошовной зоне (зоне термического влияния), что показано на рис. 3.
в
Рис. 2. Панорамные микрофотографии микроструктур в поперечном сечении сварных соединений, полученных лазерной сваркой полосы стали марки Юпс при фокусе лазера 4 мм (я), 6 мм (б) и 7,6 мм (в)
«2750 С 2500 2250 £ 2000 п 1750 & 1500 о 1250
юоо
н
01 23456789 10 Расстояние от оси до шва. мм
а
я 2750 Ё -500
1 "50 | 2000
^ 1750
Р 1500
% 1250
а 1000
с
V г
и
1234 5 6789 10 Расстояние от осп до шва, мм
б
О
С
Л
Н ^
О
п
8" в
2750 2500 2250 2000 1750 1500 1250 1000
/
-Ряд!
-Р»п7
- СспЗ
О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Расстояние от оси до шва, мм
С
ш
(2 и
о
ГС &
3
-15 6 Фокус лазера, мм
в
г
Рис. 3. Распределение микротвердости в различных зонах по толщине сварного соединения в поперечном сечении полосы марки стали Юпс после лазерной сварки при фокусе лазера 4 мм (я), 6 мм (б) и 7,6 мм (в) и изменение уровня микротвердости сварных соединений в зависимости от фокусировки луча лазера (г)
Построенные кривые распределения микротвердости позволили также установить, что при увеличении фокусировки луча лазера происходит уменьшение уровня микротвердости сварного соединения. Это можно объяснить тем, что при увеличении фокусного расстояния уменьшается диаметр пятна лазерного излучения, а, следовательно, увеличивается тепловая мощность, подводимая в зону сварки.
Проведенный комплекс металлографических исследований показал, что протяженность кристаллических зон, определенная по средней линии сварных соединений различна при различных фокусных расстояниях лазера (табл. 2).
При этом при увеличении фокусировки луча лазера наибольшее изменение претерпевает зона рекристаллизации, поэтому значительно возрастает длина зоны разупрочнения (рис. 4). Это также может быть объяснено уменьшением площади пятна лазера при увеличении фокусного расстояния, что приводит к повышению тепловой мощности в зоне сварки околошовной зоне.
Таблица 2
Протяженность структурных зон сварных соединений
Фокусное расстояние, % Протяженность структурных зон, мм Длина зоны разупрочнения, мм
кристаллизации шва перегрева нормализации рекристаллизации
4 0,27 0,15 0,06 0,09 0,57
6 0,2 0,2 0,05 1,8 3
7,6 0,44 0,97 0,14 2,53 4
Фокус лазера, мм
^^кристаллизации шва —•—перегрева —нормализации —х— рекристаллизации —*— разупрочнения
Рис. 4. Влияние фокусного расстояния на протяженность структурных зон сварных соединений
Выводы
При увеличении фокуса лазера происходит увеличение длины зоны разупрочнения.
При меньшем фокусе лазера наблюдается наиболее равномерное распределение твердости как в зоне кристаллизации шва, так и в ЗТВ.
При увеличении фокуса лазера происходит уменьшение уровня микротвердости сварного соединения и ЗТВ.
Работа проведена в рамках программы стратегического развития университета на 2012 - 2016 гг. (конкурсная поддержка Минобразования РФ программ стратегического развития ГОУ ВПО), договора с ОАО «ММК» № 201380 от 04.05.2012, а также гранта в форме субсидий на поддержку научных исследований (соглашение № 14.В37.21.0068)
Список литературы
1. Дубровский Б.А., Шиляев П.В., Ласьков С.А., Горбунов А.В., Лукьянов С.А., Голубчик Э.М. Освоение технологий производства проката в новом комплексе холодной прокатки // Сталь. 2012. № 2. С. 63-65.
2. Ефименко Л.А., Прыгаев А.К., Елагина О.Ю. Металловедение и термическая обработка сварных соединений: М.: Логос, 2007. 456 с.
3. Малащенко А.А., Мезенов А.В. Лазерная сварка металлов. М.: Машиностроение, 1984. 44 с.
4. Колокольцев В.М. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. История. Развитие // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 1 (45). С. 5-6.
5. Производство многофункциональных сплавов инварного класса с повышенными эксплуатационными свойствами / В.М. Колокольцев, М.В. Чукин, Э.М. Голубчик, Ю.Л. Родионов, Н.Ю. Бухвалов // Металлургические процессы и оборудование. 2013. № 3. С. 47-52.
6. Научная деятельность ГОУ ВПО «МГТУ» в условиях развития нанотехнологий / М.В.Чукин, В.М. Колокольцев, Г.С. Гун, В.М. Салганик, С.И. Платов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2009. № 2 (26). С. 55-59.
7. Колокольцев В.М. Пять лет от аттестации до аттестации // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2008. № 1 (21). С. 5-11.
8. Брялин М.Ф., Колокольцев В.М., Гольцов А.С. Повышение эксплуатационных свойств отливок из жароизносостойких хромомарганцевых чугунов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007. № 4 (20). С. 22-25.
References
1. Dubrovsky, Shilyaev p. v., Las'kov s. a., Gorbunov a.v., Lukyanov, S.a. Golubchik E.m. Mastery rolled steel produced in a new cold rolling mill complex // Steel. 2012. № 2. Pp. 63-65.
2. Efimenko L.A., Prygaev A.K., Elagina O.Yu. Physical metallurgy and heat treatment of welded joints: Instructional, allowance. M.: Logos, 2007. 456 p.
3. Malashenko A.A., Mezenov A.V. Laser welding of metals. M.: Mashinostroenie, 1984.
44 p.
4. Kolokoltsev V.M. Nosov Magnitogorsk State Technical University. History. Development // Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2014. № 1 (45). Pp. 5-6.
5. Production of invar multifunctional alloys with higher exploitation characteristics / V.M. Kolokoltsev, M.V. Chukin, E.M. Golubchik, Yu.L. Rodionov, N.Yu. Bukhvalov // Metallurgical processes and equipment. 2013. № 3. C. 47-52.
6. Chukin M.V., Kolokoltsev V.M., Gun G.S., Salganik V.M., Platov S.I. Scientific work of the State Educational Institution of Higher Professional Education "Magnitogorsk State Technical University" during nanotechnology development // Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2009. № 2 (26). Pp. 55-59.
7. Kolokoltsev V.M. Five years from certification to certification // Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2008. № 1 (21). Pp. 5-11.
8. Bryalin M.F., Kolokoltsev V.M., Goltsov A.S. An increase in service properties of castings from heat- and wear-resistant chromium-manganese cast irons // Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2007. №. 4 (20). Pp. 22-25.
УДК 621.77
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОЛОГИИ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ В ПРОЦЕССЕ ОБЪЕМНОЙ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТАЛИ С УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ
1 12 Голубчик Э.М. , Кузнецова А.С. , Дыя X.
1ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им.
Г.И.Носова», Россия 2
Ченстоховский Технологический Университет, Польша
В условиях крупного метизно-металлургического предприятия традиционно размерно-марочный сортамент производимой продукции представлен значительным объемом позиций. При этом непосредственно технологический процесс изготовления метизов и применяемое основное оборудование в достаточной степени унифицировано. В этих условиях для повы-
