автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Формирование структуры и свойств сталей для холодной высадки на стадии метизного передела

)СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

ИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукопнся

ь>

ЧИН01САЛ0В ВАЛЕРИЙ ЯКОВЛИЕВИЧ

Формирование структуры и свойств сталей для холодной высадки на стадии метизного передела

Специальность 05.16.0! 1етпллопедение н термическая обработка металлов

Диссертация

I соискание ученой степени кандидата технический наук п форме научного доклада

Нойспгутосдх 1994-

Нзоята шпсшзэка е Ю "Западпо-СиЗкрсгснй металпургзгчосккй ¡охЛшг:" я Сй^рслгой Государственной горно-мвтамургстеско:;

Нзу-ашЛ рукокздптзль: кандидат технических наук, с.а.с. А.К.Шггарздгаш

Офкщ-аг? кь'з опасяепты: до:ггср тгхпяческкх наук, профессор Б.К.Афанасьев кандидат технически паук, доцент Т.Б.Баса&аша

Ведуаее предприятие - Гурьевсжи кеталгургичзсгай 8авод

Зздита состоятся"_" _ 1934г.в_чааои на васедакш

специазизкрсвагого совета Л 053.fiC.Ci при СкЗирскоб Государственной гсрнс-уетащт.фгическсй акадеьош по адресу:654030,' *'.Новокузнецк, ул. Кирова,42

с диссертацией каско ознакомиться в научно- т ¿шпг<е с: С "С-: &йирслой Государственной горцо-кетахкургкчесиэй академии. Диссертация б форме научного доклада разослана "_"_ 1094Г ■..

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

А. Л. Николае!

ОЩЛЯ ХЛ?ЛКТЕРГетШ<Л РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Применение высокопрсязводктелькой техно-огни холодной высадки для изготовления крепеаа обеспечнзеет на;5-одее эффективное использование металла щл одновременном ссвыз-эксплуатационной надежности издел;ш. Однгет, сссЗенкогзта фср-оигменеяня при холодной высадке предъявляет гкссясэ требования :: трукгуре я механически свойства Ьспмьзукгго иэтадда.

Одной из причин, сдеряивгидей развитие дсвной технаюгпл. паяется качество металла. Проволока дсипша обладать вьазоютй плгс-ичность», равномерность» свойств пе> длине нотка, приобретать тро~ уеыуп прочность. Получение такого вкаиэкса свойств сбеспечигаэт-л рекристаллизацией фзррата п сфероидкзадаей п.тасг.дчзкк св.

Нг;:Солее распространенная схема производства проволоки для хо-одисй высадки вклвчает ускоренное охлаждение подтата дам подго-овки структура металла к деформации, холодное золо'мюто и гышгеащюано-сфероидивирущяй отпит. Требуеюге ьсухгтгруIстурз. и зойстза обеспечивается, в основном, при волочения и отггто, одета, процессы рекристаллизации феррита и сфсроидизешш це^гцтгггз ри нагреве холоднодеформированиой стали зависят от ьюрфслогпчес-. ж особенностей исходной стругстуры.

Доля проволоки, используемой для холодной внсздга, в тел чке-:е с группой осадки бб, постоянно увеличивается в обгем объеме |етизной продукции. Поэтому исследования, направление на оптп-¡изацкэ технологии ее производства, являвтея актуальными.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучение закономерностей изменения структура и :войств малоуглеродистых и низколегированных марок сталей после •окоренного охлаждения в потеют провачочного стана, холодного во-ачения и отнята с использованием полученных результатов для раз-¡гботга технологии и нормативно-технической документации на про-гаводство проволоки для холодной высадки в условиях сталепровозоч-юго цеха акционерного естества "Западно-Сибирский кзтадвургичес-ий ижбинз?".

Для реализации цел? з работе-решились следующие задач:« 1.. Выявление связи гелду механическими херготернстасгна нее-

додуеквс сталей и структурами, получавший при рааличшх рентах превращения нкгкоуглеродистаго аустенита.

2. Исследование влияния степени деформаци.. щи холодно« волочении и ^еьшературно-врекенных параметров отжига на эволюцию структуры и свойств в морфологически равличных структурных составлявших.

3. Определение температуры ускоренного охлаздения катанки, оггпщааъной с точки врения последующей переработки сталей на стадии иеткзпого передела.

4. Байор ¡сретерия для оценки дефзрмируеыссти катанки кб иало-углеродкстых и низколегированных сталей при холодной волочении.

5. Исследование распределения температуры по сечению большегрузных мотков проволоки при нагреве и оклаядеции в проходных роликовых печах.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Получены количественные характеристики влияния температуры ускоренного охлаждения катанки на величину структурных элементов (мелпластиночное расстояние в перлите, размер верна феррита и объемная доля перлита).

Показано, что появление на поверхности катанки мартенситных структур вызывает дополнительное упрочнение и приводит к отклоне нив от соотношения Холла-Петча.

Определена геиперагура начала рекристаллизации коследуемых сталей в зависимости от структурного состояния после ускоренного охлаздрщш, степени деформации ¡при волочении, скорости нагрева и длительности отхига. ^.

Установлено, что в сталях, деформированных при волочении со степенью о&хаткя Солее 80Х, после сткига при температуре 650°С появляются участки с реечным строением феррита, что связано со снижением температуры точки Ас* к протекание« а-т-а превращения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. На основании выполненных исследованю

о

разработаны и внедрены технология производства к технические условия ТУ 14-4-1518-88 "Проволока для холодной высадки ив углеродистой и легированной стали".

При этой:

1. Определена температура ускоренного охлаждения катанки, обеспечивающая формирование оптимального комплекса свойств стал< (структурное состояние, количество вторичной окалины) с точки врения метизного передела.

2. РазрсСотаиа технология подгстамя поверхности катанки к галоченст в ре.тау? гидродинамического трешга.

3. Рассчитаны маршруты Еолоченкя проволоки ¡:о низкоуглгродис-.•ьк и низколегированна марок сталей с учетом гнбрапнсго критерия ¡ефзркфуежоп!.

4. Разработаны прометенные рэкоаг рекрзетаздкггцясзно-сфгрсгл-¡иг:грую™его отялга больсегруэных «отков проЕОлсгга га сталей 10,

ХЭ я 20Г2Р в проходных роликовых печах.

Сбзий экономический эффект от внедрения результатов данной :г£агы составил 162 тысячи рублен а цэяах 1839-1331г. г.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работа долсжеки п сб-гуадепы на 7 каучпо-технпческлх кокферендап?. соаеаэняях и сеыя-1грах, з гон чкслэ Рзстгуаликзнско^конферезцзя "По'г^енкз ^ктлзностз металлургического производства." (г.Но^скускец::, 1933г.), Всесоюзной заучпо-техннческой кснферекют "Иптенспфа-сация металлургических процессов и повышение кгчсстеа металла" (г. Новокузнецк, 1986г.), Всесоюзной конференции "Ирсвлеая по-зцсення технического уровня производства черных катаглсз" (г.Донецк, 1987г.), I Всесоюзной конференции "Действие электромагнитных полей кз. пластичность я прочность металлоз а сплаеез" (г.Юрмала, 1987г.). Всессазной конференции "Пластячексая дерор-хацая материалов в условиях внепких энергетических воздействий" (г.Новокузнецк, 1983г.), Республиканской конференции "Технология я оборудование волочильного производства" (г.Ажа-Ата, 1939г.), Республиканской конференции "I Собрание метззлсведоз России" (г.Пенза, 1993г.).

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссертации изложено в 14 публикациях, по результатам разработок получено 4 авторских свидетельства и патента.

ССЩЕРЗАНИЕ РАЕОТЦ

1. Материал п кэтодкка исследования.

Исследования проводили на сталях 10,20 я 20Г2Р промышленной выплавки в 350т конвертерах, хзгютеский состав которых (табл. 1)

соответствовал требованиям ГОСТ 1050-88 и ТУ 14-1-4485-88. '

Все стали ррокатывались на проволочном стане 250-1 по дейс-твувадй технологии на катанку диаметром 6,5-10 мы.

Рехиы ускоренного охлаздения с прокатного нагрева определяло! техническими вобыокност-яыи установки термоупрочнения и технологическими требованиями метизного передела. Катанку диаметром 6,5 м: сыапшали в бунты при температурах 900,800 и 700°С, а диаметром 8.0 и 10,0 ыы (после выбора оптимальной температуры) - 800°С.

Таблица I

Химический состав исследованных сталей

Марка Содержание элементов,%

стали

С [ Б1 | | Б | Р | Сг | N1 | Са | В 1 ! 1 1 1 1 1 !

10 0.12|0,25 ¡0,51 |0,022|0.021|0.12 |0,23 |0,20 | -11111111

20 11111111'. 0,22|0,23 10,52 !0.026|0.023|0.12 |0,25 |0.22 | -11111111

20Г2Р 1 1 1 1 1 1 1 1 0,23|0,22 |1,20 |0,025|0,022|0,13 |0,25 |0,22 |0,001 11111111

Отглг проволоки проводил!! г» лабораторных и проыызшенных роли новых печах.

Механические характеристики определяли при испытании проволо ки Еа растленно по ГОСТ 10445-80 к ГОСТ 1497-84 мазияах типа ИР 5057-50 И ЫР-100.

Показатель деформационного упрочнения при растяжении пр опре деляли из уравнения Людвика б=к*£пР(где б и е-истинные напряжение и деформация, к-налряжение при е=1). Для этого проводили пересчет экспериментальной кривой разгякения в координаты 1дб-1ре. Все кризые аппроксимировались в прямую линию с коэффициентом кор реляции не ниже 0,95.

Испытания на холодную осадку проводили по ГОСТ 8817-73 на ма шинах сжатия типа Ш-500.

Ыикротвердость измеряли по ГОСТ 9450-76 на приборе ЕМТ-З. Ми роструктуру исследовали металлографические и злектронноыикроскоп

ecrcsi (peruncs n фольга) иегодс^и па ипкроскэпач "Неофот-г!", а УЗ.З-2С0.

Величину зерна феррита, келашгепкочпое ргсстсгшнэ в перлите : оОъемзуэ долз перлита определяли мэтодел случайных секуетс па труктурнсм анализаторе "Зпиквант" и иикросотпе EF-2.

Температуру начала рекру-сталлизацни определяли iisra2rorpa$:i-есгаи и рентгепсструктурным методам на установка УРС-60.

При гыполнешп! всех исследований на гаддут) контрольнуз теку сглатывали не кенее 10 образцов. Приведенные галотгетвешгьэ дал-ые статистически достоверны с серсятпсстьп не tienee 0,25.

Все расчета Еьлолнены с пргаепеккем стгндгртгск н pcrpc^-j па

nfcizisnenne устхргнпсго е^лаздения катанки псслз гсрячеЗ про-атга преследует две цели: целенаправленное 1нл.:знети структурно-о состояния стали (тергл1ческс» упрочнение) я стг,~?н:'г? гагзгчтетпа, тсричноЛ поверхностной oitaлини (зкспс-.rm металла).

В условиях проволочного стала 250-1 ссртсттрс;;2теого цеяа при пиженяя температуры ускоренного охлаждения (Ту.0.) с ССО до 800 700°С количество окалины изменяется соответственно от 23,0 до 6,2 и 8,5 кг на тонну катанки. При этом на стадии кэтксного пе-едела сокращается расход соляной kkcsotu (от 20 до 14 и б кг на онну катанки) и травлении катанки перед солочзпз^и.

Для всех ксследсзаягпк сталей пря Ту.0. СС0°С по псегг/ езче-га катанкп ферегруетея структура феррита я пластинчатого перлзгга. азмер зерна феррита (<±э) в стали 10 в 1,5 раза Сольпэ, чем в талях 20 и 20Г2Р. Это связано с ветвей устойчпвостъп аустенота более высокой те-^пературсГ: начала выделепня игвиточяого феррп-а. что позволяет зернам подрастать з процессе т-<* презрв^гпнл

о

2. Влтнпе те:<п?ратури усгсреппсго на струшури.сгсйстз а

исстъ сталей ерп Е0.~с"с™п.

2.1. Структура я кеханичгскиэ свойства квтазп.

до больших размеров (для стали 10 с!® равен 23 ккм, для стали 20 и 20Г2Р - 16-17 мкм). Следует учитывать сдерживающее влияиие на рост феррита перлитных участков, объемная доля которых (Гп) в сталях 20 и Я0Г2Р а два раза больае. Межпластинэчное расстояние в перлите (Л) возрастает с увеличением содержания углерода и игр ганца (рис.1).

После ускоренного охлаждения до 800°С сохраняется феррито-перлитная структура, однако происходит измельчение структурных составляющих и уменьшение Ся. Последнее мокно связать со снижет: ем концентрации углерода в аустените к началу эвтектовдного прев ращения, из-за оседания его атомов на границах зерен феррита. По сечению катанки наблюдается рпзнозернистость: на поверхности на 10-152 меньше, чем в середине.

Снижение Ту.о. До 700°С приводит к дальнейшему диспергированию продуктов эвтектовдного распада и структурной неоднородности по сечению подката - на поверхности формируется струга-ура отп ценного мартенсита. Причем, глубина закаленного слоя уменьшается с увеличением содержания углерода и легирсванности стали марганцем и бором (0,85 мм - для стали 10, 0,75 мм - стали 20 и 0,70 м: -20Г2Р), что связано с повышением устойчивости аустепита к сниже кием температуры начала мартенситного превращения (для стали 10 точка Мн соответствует 450-470°С, стали 20Г2Р-285°С).

Электронномикроскопические исследования попали наличие пластиночного перлита с малой рлотностью дислокаций и полиэдрического феррита с повышенной в результате фазового наклепа плот-костью дислокаций. Малая плотность дислокаций в ферритных промежутках перлита связана со стоком их на межфазные границы.

Зачаленный поверхностный слой состоит из набора структур: отпущенный низкоуглеролистый реечный мартенсит с выделившимися по границам реек частицами цементита, тонкий слой бейнита и "вы-рояденный" перлит с повышенной плотностью дислокаций в ферритных промежутках. *

Для всех сталей снижение Ту. 0. сопровождается ростом прочностных и снижением пластических характеристик (рис.2). Наименее чувствительным к структурным изменениям оказалось относительное с сужение (<|0, которое часто рассматривают как критерий пластичности, характеризующий деформируемость сталей при волочении. Наиболее сильно возрастает предел текучести (бт), что связано, в

г>

тервул очередь , с измельчением зерна феррита. При этом, получение для Ту. о. SCO и 800°С результаты удовлетворяв? ссотнскенкэ <олла-Петча 6T=6i+Kyxtij,~1/2 (где б^налряленко трэния решетки, iy-Еелич'лна, характеризующая трудность передачи скольг.ения через 'раницу зерна) (рис.3). При охлаждении катанки до 700°С происходи- резкое, непропорциональное изыельченга зерна феррита, увели-1ение 6Т, обусловленное появлением на поверхности структуру отпущенного мартенсита. Удаление закаленного слоя путец сбточки катпл-ст ениглет бт с 385 до 290 ~Н/(/м2 для стали 10, с 410 ДО 225 Н/Ил2 ия стали 20, с 425 до 350 Н/мм2 для стали 20Г2Р и восстаназлива-;т линейную зависимость бт - di>"1/2.

Исходя из принципа аддитивности влияния структурно« составля-31Щ1Х на прочность стали получена зайтсимость G=6MxfM+60/nxfe/!l [где бц и бФ/п - временное сопротивление (предел текучестл) уар-генситной и феррито- перлитной структур, fu и f®/n - их объемные дои). Зная составляющие уравнения, нашли прочностные характерпс-гикя отпущенного мартенсита, сформировавшегося на поверхности таганки после ускоренного охлацденкя до температура 700°С (табл.2).

Таблица 2

Прочностные характеристики закаленного слоя катанка

Марка стали ! 1 б3,Н/мм2 бт.Н/км2

10 | 947 844

1 20 • | 974 877

1 20Г2Р | 1 1007 897

Линейная зависимость прочностных свойств от с1о сохраняется и ) области деформаций за пределом начальной текучести, которуа «одно представить выражением бп= бг+кгхс1<:,~1/2 (рис.3). Получены зэличестзешше значения напряжения трения решетки феррита и зер-юграничного вклада в упрочнение сталей (табл.3).

Псрагягтры уравнений б-f (d0_1/2)

Тсйдвда 3 *

tíapica стали Ky.H/tóí372 óf.H/kU2 кг,И/и^3/2

10 78 24 335 15

20 90 24 345 15

20Г2Р 170 аз 375 12

Значения для сталей 10 к 20 близки песту собой и бт технически чистого келеаа. Более Еьюокое значение б! для стали 20Г2Р связано с повшениеы сопротивления перемецекиа свободных дислокаций с феррите при легировании его марганцем. Коэффициент ку. оце-

прочность блокировки дислокаций в феррите, несколько ценьсе для стали 20Г2Р, что ыоает сеть сеявзяо с укенъиекиеы содержания примесей внедрения и говорит о Caree легкой передаче,, скольжения через границу верен. Увеличение налрлг.еккя трения pe-сетки феррита на стадии установиваегося пластического течения бг связано с повышением плотности и снигением пади'.та ости дислокацгс SepHorpainpatiíü вклад в упрочнение кг при этом снижается в ,5-2 раза, так как передача ст&щления на этой стадии происходит путет генерации дислокаций в приграш^ных о&ьеиах соседних верен.

% . «ч.

2.2. Изменение структура и механических свойств сталей при волочении.

Катанку всех ыарок сталей протягивали по маршрутам в соответ ствт! с предполагаемым"сортаментом проволоки и технологичностью процесса волочения. При этом суммарна0, степень обратил при волочена КЕУ.енялась от 31 до ео,5Х. а коэффициент вытяжки ц - от 1, до 10,5.

Уже пр1ь волочении с ц-1,4 в сталях образуется осевая тексту-о ра, причем степень ориентации зерен в направлении вытяжки увеличивается с ростом степени деформации. Злектроннокикросгапичес-кие исследования показали, что при деформации феррито-перлитной

структуры в феррите формируется совершенная ячеистая дислокаакоа-наа структура с практически равноосными ячейками, поперечный размер которых в перлитных колониях ограничивается пластинам цементита. При деформации игольчатых структур образуется сильно фраг-«ентнрованная (ковровая) дислокациошшаа структура, что обуслов-веио более высокой исходной плотность» дислокаций и «алыми размечи мартенситных реек. Аналогичный процесс происходит и а перэ-годком слое.

Зеоллция дислокационных образований при волоченин приводит к .юнотонному повышения прочностных и скгакниэ пластических свойств TpoEoscrai (рис.4). Причем, при всех ц сохраняется влияние исход-гаго структурного состояния сталей. Так, условный предел те.'сучес-ги при изменении 11 от 1,4 до 2,3 увеличивается для стали 10, ускоренно охлаэденной до 900°С, с 350 до 890 Н/мм2, до 700°С - с 550 до 1015 Ii/мм2. После волочения с (1=10,5 относительнее суэг.е-и;е уменьяается з 2 раза. Относительное удлинение pesra падает тхе после волочения с ц-1,4 (с 25 до 4Z) и дагэе мало оависит от :тепени де£ормации.

Мпкротзердссть феррита Н«,100 увеличивается с 1300-1500 до !900-3100 Н/мм2 при изменении величины и от 0 до 10,5. Появление ia поверхности катанки игольчатых структур приводит к неравномер-гой деформации по ее сечения: после волочения с ¡i»l,4 мккротвер-[ость поверхности проволоки из стали 10 увеличивается на 380400 Н/мм2, а середины - на 920-940 Н/мм2. Это различие сохраняйся для всех степеней обаатия и после волочения с д=10,5 состав-иет 150-200 Н/мм2.

2.3 Влияние структурного состояния сталей на деформационное упрочнение и деформируемость катанки при волочении.

Так как изменение механических свойств проволоки при волоче-ии носит параболический характер, деформационное упрочнение стаей можно представить в виде 6в=бв*(1пц)ПЕ (где бв* - коэффициент рочности, 1пд - истинная степень деформации при волочении, па -оказатель степени деформационного упрочнения, контролирующий мак-ималыю Еозмогаг/п вытягку при волочении). Так как расчет показа-

теля Пи достаточно сдояен, предложено деформируеыость сталей при волочении оценивать по показателю деформационного упрочнения пр при испытании проволоки на растаяение.

Зависимость пр от структурного состояния сталей представлена на рис.5. Уменьшение с!® (при постоянной объемной доле цементита) приводит к снидеиим пр, а прирост объемной доли цементита при постоянной с!«, увеличивает данный параметр.

Увеличение содержания марганца, образующего твердый раствор занесения, снижает пр. Расчетные значения Пр, найденные из соот-иояэнка Моррнсона пр-5/(10+<1ф~1/2), ыеньсе экспериментальных данных, причем величина несоответствия увеличивается по мере повышения содержания углерода, что объясняется упрочшвдим влиянием цементита. Аналогична связь ыеаду размером верна феррита и пв.

Провели сравнительную оценку вначенкй пЕ и пР в зависимости ст теетератури ускоренного охлаждения катанки (табл.4).

Таблица 4

' Влияние Ту.о. на деформационное упрочнение сталей

(.«арка 1 1 1

стали Г 10 | 20 | 20Г2Р 1 1 . 1

I 700 I 800 | 9(33 | 700 | 800 | В00 | 700 | 800 | 900 1 1 I I 1 1 1 I I

пв 4 |0.255|0,275|0f300!0,i»5|0,330|0,342|0,265|0,2S0|0,315 1 1 1 1 ' 1 I I 1 1

Пр |0,275|0,300|0,335|0,320i0,360|0,382|0,287|0,300|0,365 1 1 1 1 1 1 1 'l 1

(1 |2,64 |2,71 |g,75 |2,73 ¡2.81 |2,84 |2,67 |2,73 |2,82

_I_I_I_I_L_I_I_I_I_

Ив таблицы"видно, что при деформировании растяжением и волочением характерна одинаковая закономерность изменения пр и пв. Несколько меньшие значения пв по сравнению с пр связаны с тем,чт( при растяжении равномерное относительное удлинение (сатанки обес-

• печивается деформацией ^ерритных зерен (пр определяется областью однородного деформационного упрочнения), а при волочении величина вытяжки на порядок больие равномерного удлинения и обеспечен««

толь значительной деформация невозможно без участаа второй фаги.

орошая сходимость пв и пр позволяет использовать последний для

ценки деформируемости при волочении исследуем« стачей. Увелкче-

ие показателей дефорчационного упрочнения при уселкчеша Ту.0.

атанки позволяет сделать вывод о том, что с точет зрения стру!5-

урного состояния предпочтительно холодное волочение сталей после

хлаяденкя до 900°С. Однако, при ускоренном охлаждении каталки до

той температуру резко возрастает количество поверхностной скала-

ы, что делает ее нетехнологшнсй на стадии иеткзного передела.

оэтему, оптимальной с точки зрения структурного состояния, де-

ормируемости и технологичности переработки является катанка, ус-

оренно охлажденная с прокатного нагрева до 800°С.

е>

3. Влияние предварительных обработок па температуру начала рекристаллизации и стругстуру отоя-кенной проволоки.

Различное структурное состоят:е сталей после ускоренного ох-аждения и волочения определяет процессы изменения стру:ггура и войств при последующем отдиге проволоки. Зтп фастсры, а такте корость нагрева и время выдержки учитывались при онределешга емпературы начала рекристаллизации (Трк).

Исследовался температурный интервал Б00-700°С. Саг дрсбностя емператур (50°С) и скорость нагрева (2,3; 3,5 и 300 град/ния) пределялись техническими возможностями промышленных роликовых ечей. Полученные результаты представлены в табл.5.

Для всех Ту.о. и степеней деформация Трн стали 20Г2Р на Б0°0 ыие, чем стали 20. Это связано с легированием стали марганцем и ороа. Измельчение феррита при снигении Ту.о. ДО 800сС пршгодпт ; увеличению плотности дислокаций после волочения и сшиениэ 7рм. йнако, принятый шаг дробности температуры отгпга (Б0°С) окаэал-:я недостаточным для выявления этого влияния. Увеличение скорости :агрева с 2,3 до 300 грэд/шш приводит к повьпзешго Гря на Б0°С, '.к. процессы заролдения и роста новых зерен, связанные с перераспределением и аннигиляций дислокации, является термически актируемыми и при больсой скорости' нагрева не успеветт задергаться, 'величение степени деформации прп волочентш приводит к более пол-

Таблица 5

Влияние технологических факторов на Трк проволоки

i Скорость нагрева, град/мин

Ту.о..i °С | ti 3,5 | 300 | 1 1 2,3 300

Длительность отжига мин

0 I 60 i 60 | 1 1 0 I 1 60 60

900 i 1.4 2.3 5.4 650 | 600 | 600 550 550 | 650 | 1 600 | I 600 ! 1 1 650 | 1 650 600 600 650 650 600

800 | 1.4 2.3 5.4 600 | 550 | 550 J 600 550 550 I 600 | 1 600 | | 550 | 1 i 650 | 650 | 600 | 1 . 600 600 600 650 600 еро

700 | 1.4 2.3 5.4 600 | 600 | 600/5501 600 | 650/600 | 550 | 600/550 | 550/5001 550 | - 1 1 650 | 650 | 1 650/600 650/600 650/600 650/ба .650/6«

Марка стали ct20 1 1 ст20г2р

* Числитель - поверхностные, знаменатель - серединные слои проволоки.

ноку протеканию процессов рекристаллизации при отжиге и снилени Трн. Однако, так как исследованный интервал деформаций эначител но вше критической степени, поэтому при волочении с ji более 1, и принятой дробности температур нагрева, это влияние не вьшвляе ся.

Структурная неоднородность по сечснии катанки после ускорен ного охлаждения до 700°С приводит к различию в кинетике рекристаллизации центральных и поверхностных слоев проволоки. Формиро вание структуры низкоуглеродистого мартенсита, обладающего buco кой плотностью дислокаций, но малым градиентом в их плотности и

малой разориентирозкой между рейками мартенсита, затрудняет протекание процессов рекристаллизации и изменяет механизм ее осу-Еествления. Вместо образования и роста зародьгаей при рекристаллизации структур с полиэдрическим зериой феррита, в мартенситинх структурах реализуется механизм коалисценции субзерен. Коалисцен-ция при малых (2-3°) разориентировках мартенситных реек дополнительно тормозится выделениями на их границах карбидных частиц, что увеличивает Трн. Дальнейшее уменьшение в центральных слоях проволоки сникает Тр:!, что связано с увеличением турбулентности пластической деформации и возрастанием общей плотности дислокаций. Такта образом, уменьшение Ту.0. до 700°С снижает ТРН в слоях проволоки с феррито-перлитной структурой и повшает - со структурой отпущенного мартенсита. В результате при отжиге проволоки из стали 20Г2Р после Еолочекия с д=2,3 при температурах не более 600°С (медленный нагрев и выдержка 1 час) по сечению формируется неравномерная структура с Солее прочным новерлмостным слоем, которая не обеспечивает требуемого комплекса свойств. Степень деформации при волочении оказывает влияние на степень рекристаллизации (рис.6) и величину зерна феррита (рис.7) отожженных сталей. Нагрев проволоки на 600°С и выдержка при этой температуре в течение 1 часа приводит к полной рекристаллизации сталей 10 и 20 при всех степенях предшествовавшей деформации (для проволоки из стали 20Г2Р это происходит, при 650°С). Размер рек-ристаллизованных зерен феррита уменьшается с ростом степени деформации и не зависит от Ту.о. катанки. НЛиная с предварительной деформации 56?. температура ускоренного охлаждения не сказывается значительно на размере зерна феррита в рекристаллизованных сталях, так как столь значительные обжатия устраняют злияние исходной структуры сталей.

При всех Ту.о. и степенях деформации при волочении степень сфероидизацш? цементита в отожженной проволоке возрастала с увеличением температуры отжига (рис.8) и при 600°С во Есех сталях наблюдалась структура зернистого перлита с равноразмерными глобу-лями цементита.

Электреннекикроскопические исследования тонкой структуры подтвердили, что после всех степеней деформации полностью завер-ппются процессы рекристаллизации при отжиге проволоки при температурах 600-650°С. Основная струтаурная составляющая - полиэдри-

ческке верна феррита-практически свободны от дислокаций. Граница верен - в виде дислокационных скоплений. Частицы сфероидизирован-ного цементита расположены преимущественно на границах феррита, .что обусловлено выигрышем свободной энергии, и являются местами скопления дислокаций. Повышение плотности дислокаций вокруг цемен-титных'частиц кокет быть объяснено двумя причинами: 1) частицы цементита препятствуют перераспределению дислокаций;-2) частицы цементита генерируют дислокации при сфероидизации и коалисценцки из-за разных удельных объемов ГезС и «-фазы. Вместе с тем, в структуре отолденной проволоки после волочения со степенями обха-тия более 807. обнаружены участки с реечным строением феррита, что свява1Ю с аномальным снижением температуры критической точки Act и протеканием «-у-« превращения. Это подтвердилось экспериментами - еакалкой проволоки с температур отжига, после которых наблюдаются отдельные слзботравяшиеся участки бесструктурного мартенсита, твердость которого достигала 5600 Н/мм2. Таким образом, при определенных условиях нагрева и охлаждения холоднодеформированной проволоки могут протекать фазовые превращения, сопровождающиеся появлением нежелательных структур повышенной прочности. Это необходимо учитывать при разработке технологии.

В результате выполненных исследований и с учетом химического состава, структурного состояния и степени деформации была выбрана температура откига 600°С для сталей 10 и 20 и 650°С для стали 20Г2Р. При этом, показана нецелесообразность охлаждения катанки до температуры 700°С и волочения с облсатаяыи более 802.

4. Влияние предварительных обработок на изменение свойств при отаиге проволс;гл.

Независимо от Ту.о. для всех сталей увеличение степени предварительной деформации приводит к повышения прочностных и снижению пластических свойств отожженной проволоки (рис.9). Предел прочности возрастает меньше, чем предел текучести. В сталях 10 и 20 предел текучести с ростом ц с 1,4 до 10,5 увеличивается на 70-110 Н/мм2, а в стали 20Г2Р - на 50-90 Н/мм2. Влияние игольчатых поверхностных структур на величину бх отсиженной проволоки несущественно после волочения с р. более 2,3. Разница вначений бт

проволоки ив стали 10, ускоренно охлажденной до температур 900800 и 700°С, составляет 65 Н/мм2 для (1-1,4 и 7-8 Н/мм2 для ц*10,5. Относительное удлинение (б) с ростом степени предварительной деформации сшкается на 3-5% длй всех сталей. Причиной подобного изменения бт и б является измельчение ферритного зерна. Для проволоки всех марок сталей сохраняется линейная зависимость прочностных свойств, в той числе и предела упругости б0, от <1$ (бс^0' +Кз'*бф~1/2) (рис.10). Значения параметров уравнений б - е!ф"1/2 (табл.б) показывает, что дислокационная структура сталей после ускоренного охлаждения и отжига практически одинакова.

Таблица 6

Параметры уравнений б^ (с!ф"1/2)

Марка . стали бг. Н/ш2 1 кг. ( |. НДм3/2| 1 1 бь Н/!.М2 Ку, Н/мм2 бо > Н/мм2 1 Ко'. |Н/мм3'2 1

10 300 1 ю ( 80 23 65 1 17

20 340 1 ю I 110 23 90 1 17

20Г2Р 405 1 3 | 1 1 185 20 130 1 14 1

Значения предела упругости, характеризующего начало микропластической деформации проволоки при растяжении, в среднем на 100 Н/мм2 ниже бт. Величина Ко' на 6 Н/мм3'2 ¡.Лзныпе ку. Это связано с тем, что пластическая деформация на начальной стадии еще не сопровождается интенсивным размножением дислокаций.

Так как высокое значение коэффициента деформационного упрочнения при растяжении является одним из основных критериев при- ■ годности сталей для холодной высадки, определяли пр для отожженной проволоки. Зависимость пр от структурного состояния и химического состава (рис.11) аналогична полученной для ускоренно охлажденной катанки, так как определяющим фактором при деформации растяжением малоуглеродистых сталей является с!®. Повышение пр при увеличении с!® связано с увеличением длины свободного пробега дислокаций. С увеличением содержания углерода и легированности твердого раствора марганцем при одной величине с^ происходит уменьшение длины площадки текучести (1Пт)> т.е. общего равкомер-

ного удлинения при растяжении отсиженной проволоки.

5. Разработка промышленной технологии отжига проволоки.

Проволока для холодной высадки в мотках массой 1т в условиях сталепроволочного цеха ЗСМК отжигается в проходных роликовых печах, имеющих пять тепловых зон в камере нагрева и камеру охлаждения. Исследовалось распределение температуры но сечению мотка при нагреве проволоки, по реаультатам которого разработан оптимальный режим рекристаллизашюнно-сфероидирируюарго отжига: температура по тепловым зонам 760-7Ь0-600-бЬ0-620оС для сталей 10 и 20 и 840-820-600-680-650°0 для стали 20Г2Р, скорость движения поддонов с проволокой 0,2 м/мин.

Выравнивание температуры по сечению происходит ч<?рез 7-9 часов, фактическая скорость нагрева проволоки при этом изменяется от 2,5 (в середине) до 4,5 гр,ид/мин (на поверхности) мотков. Высокая температура в 1-2 зонах печи устанавливается с целью сокращения времени нагрева. Время выдержки при температуре отжига составляет 2-3 часа. После охлаждения в камере струйной обдувки мотки проволоки выходят из печи с температурой 400°0 (АТ по сечению 50°С) и в течение 12 часов охлачщаются на воздухе. Рнлбрлс механических свойств по длине мотка отожженной проволоки составляет не более 102.

Анализ результатов сдаточных испытаний проволоки диаметром 2-9 мм из сталей 10, 20 и 20Г2Р показал, что разработанный режим отжига обеспечивает получение структуры рекристаллизованного феррита (Нэд100=1100-1400 Н/мм2) и перлита со степенью сфероиди-зации не менее 80%. Частотное распределение значений 6Е и «> носит нормальный характер (рис.12, 13). Значения временного сопротивления проволоки из стали 10 изменяются от 310 до 440 Н/мм--, стали 20 - от 350 до 460 Н/мм2, стали 20Г2Р - от 390 до 540 Н/мм2. При отсутствии поверхностных дефектов проволока выдерживает осадку в холодном состоянии. Фактический выход годного по осадке по группе 66 для стали 10 составляет 78%, стали 20 - 76Х и стали 20г2р - 75Z.

6. Разработка техяологта производства проволоки для холодной высадки.

Теротческое упрочнение путем ускоренного охлаждения катанки с температуры конца прокатки до 800°С обеспечивает получение оптимального комплекса свойств с точки зрения метизного передела. Для обеспечения гидродинамических условий трения при вслочеики разработана технология подготовки поверхности катанки. Предложено несколько технологических вариантов нанесения подсмазочных материалов на поверхность катанки после удаления окалкны травлением в растворах соляной кислоты. При использовании в качестве подсма-еочных материалов гаиеной извести или буры с целью повышения их адгезии к металлу и технологической смазке внедрена предварительная обработка травленой катанки в мыльном растворе с концентрацией 1-22 или растворе тринатркйфосфата с концентрацией 1-32.

Добавка в технологическую смазку (мелкодисперсное натриевое мыло влажностью не более 12) до 252 отработанного мыла (состав: 65% жирных кислот, 12 оксида железа и 142 золы) позволила улучшить гидродинамические условия трента при волочении, качество поверхности холоднотянутой проволоки и повысить ее показатели при испытании на холодную осадку.

ОСНОВНЫЕ ВЬВДШ

1. Выявлено наличие устойчивой связи между температурой ускоренного охлаждения катанга, параметрами структуры и свойствами сталей 10,20 и 20Г2Р.

2. Показано, что появление на поверхности катанки мартенситных структур вызывает дополнительное упрочнение и приводит к отклонен!® от соотношения Холла-Петча.

3. Установлено, что деЗормируемость сталей при волочении определяется величиной показателя деформационного упрочнения, определяемого при растяжении. Оптимальным комплексом свойств.

обеспечивающим высокую технологичность переработки на стадии метизного передела, обладает катанка после ускоренного охлаждения до температуры 800°С.

4. Определена температура начала рекристаллизации сталей в зависимости от исходного структурного состояния после ускоренного охлаждения, степени деформации при волочении, скорости нагрева и длительности отжига.

5. Показано, что в станах, деформированных при волочении со степенью обжатия более 807., после отжига обнаруживаются участки с реечным строением феррита, что связано со снижением температуры точки Aoi и протеканием а-г-« превращения.

6. По результатам выполненных исследований освоено массовое производство проволоки для холодной высадки и разработаны

ТУ 14-4-1518-88 "Проволока для холодной высадки из углеродистой и легированной стали".

Материалы диссертации в форме научного доклада опубликованы в

следующих работах:

1.В.Я.Чинокалов, Н.Н.Большаков, С.О.Гордин, О.Н.Селезнев,

А.Н.Земляков. Разработка системы контроля защитной атмосферы в проходных печах с целью повышения качества отжига проволоки. -Тезисы доклада Республиканской научно-технической конференции. г.Новокузнецк, 1985, с.69.

2.В.Я.Чинокалов, Н.Н.Большаков, В.З.Смакотина и др. Влияние волочения на формирование зернистой структуры низкоуглеродистой стали.- Тевисы доклада Всесоюзной научно-технической конференции. г.Новокузнецк, 1986, с.84.

3.В.Я.Чинокаяов, В.З.Смакотина, С.М.Фаизова. Термическое упрочнение волок из твердого сплава.- Тезисы доклада Всесоюзной научно-технической конференции. г.Донецк, 1987, с.111.

4.В.Е.Громов, В.А.Кузнецов, Т.В.Ерилова, В.Я.Чинокалов и др. Злектросткмулированное волочение малоуглеродистой и низколегированной стали.- Тезисы доклада Всесоюзной научно-технической

конференция. Г.Юрмача, 1937, с.187.

5.Л.М.Полторацкий, В.Я.Метерский, Т.Н.Коллерова, В.Я.Чинокалов. Влияние водорода на пластичность калиброванной стали для холодной высадки.- Тезисы доклада Всесоюзной научно-технической конференции. г.Новокузнецк, 1988, с.100.

6.В.П.Колпак, В.Я.Чинокалов, Ф.И.Козий и др. Унифицированный режим отжита проволоки из низкоуглеродистой стали.- Сталь, 1089, N6, с,68.

7.В.Я.Чинокалов, В.П.Тумбина, А.С.Востриков и др. Использование отработанного мыла в смазке при волочении проволо:та.- Сталь, 1989, N5, с.69.

8.B.Í1. Ксньпаев, В.Я.Чинокалов. О методике восстановления температур в деформационной зоне по температурным замерам в теле волоки в моменты остановки волочильных станов.- Тезисы доклада Республиканской научно-технической конференции, г,Алма-Ата, 1989,

. с.59.

Я.В.П.Тумбина, В.Я.Чинокалов. Способ подготовки поверхности стальной проволоки к волочению,- Авторское свидетельство N1738407, 1992.

Ю.В.П.Тумбина, В.Я.Чинокалов, С.М.Фаизова. Подсмазочное покрытие для волочения изделий с использованием сухой смазки.- Патент России ÍI1802727, 1992.

И.Л.М.Полторацкий, В.Е.Громов, В.Я.Чинокалов и др. Влияние водорода на пластичность проволоки при холодной осадке.- Известия Высших учебных заведений. Черная металлургия, 1991, N12, с.56.

12.В.Я.Чинокалов, 8.П.Колпак, В.З.Смакоткна и др. Технология производства проволоки из малоуглеродистой стали.- Сталь, 1991, N12, с.56.

13.В.Я.Чинокалов, В.А.Пирогов, Д.М.Полторацкий. Формирование структуры и свойств низкоуглеродистой проволоки.- Тезисы доклада Республиканской научно-технической конференции. г.Пенэа, 1993, с. 85.

14.В.П.Колпак, В.Я.Чинокалов, Л.М.Полторацкий. Термокинетические особенности распада аустенита борсодержащих сталей для холодной высадки и технология их термической обработки.- Там же, с.86.

15. А.Н.Лещенко, В.П.Колпак, О.Л.Каэнрский, В.Я.Чинокалов и др. Способ термической обработки подката.- Положительное решение

5054825/02, 1993.

16.В.П.Туибина, В.Я.Чинокалов, Ю.Н.Горсков. Способ подготовки проволоки к волочении с использованием сухой технологической смазки.- Патент России N 1802728, 1992.

17.В.Я.Чинокалов, В.А.Пирогов. Л.М.Полторацкий и др. Влияние технологических параметров прокатного и метизного переделов на структуру и свойства низкоуглеродистых сталей.- Сталь, 1994, N6.

18.В.П.Колпак. А.Н.Лесенко, А.П.Клименко, Л.М.Полторацкий, В.Я.Чинокалов и др. Влияние исходного состояния аустенита стали 20Г2Р на особенности его распада при охлаждении.- Сталь. 1994, Кб.

Rîmuuiifl ¿o $öL np04KCCïSCbZû сва£Йгва Ectrauzn

,<S3T

Iíxí oKiínvi яроаолиаз ПйСЛЗ 8üü34£SE2

eau

■ СКССТ-ййЭ — &J3

Р»3

2авлсиыоть п стела «г размера шрса фаррита а

7 а в 10 il Рашф кугл ÇsçîBa. ш

таз ева CÛO

Hamj» ■ччшмтяа'С

txjxj дер ■ ■ aap г рцд.

ч — a XJZM ЖОЙ0МШИ

isa 6'

I

í\

Os V ;

i. -

Peirpncreiinriaauiiz Aeppirra npn OTsanx? (OrlO. a))

K 100

till.

a_<0 G3 GO

Olf'l* T- *** J"'11 * s

'c • ? j, ■ Pea (5

100

KsiiCEeinie <b ovc::c orsjien err crenemi 3e4x>pHamiH

DD

/

/

T^-vJ

j

- csa srrp • Pair

x

OctO

Cd>6p02№LS5tIOra IIGUcnTHTft

* npn oT^oire (OrlO. 20)

Ui.

ed_40 eo ta

Oisnsscfci b.^ 2

5rac=cao*o —— iuu^ea'c Pa o

Mex. osoiioTBa nposonoKH iia OrlO nocjie 0T>Kirra

13 5 7 B 11 ^fw^miHMw Ewrzsc^a ■ C 1 Tro*S00 C

Pes. Q

ICO

ее

Î £0

п ¿0

а

& SC

0

Частornes раепредал оиио BpciiSESùro сопрсггкшхепш

Of IS : i

í u. ^ OrZTtí3

f i /ГЛ :

A A ' 1

У ¡"•ч.. —-b

ЕС» 310 ЕЯ ¿2J АЕО 333 ЫО Epsvcœica сспрзуриссшьх llSvat* Pea. 12

Û 10 12 Реамер S2JSIQ, ий-"*

- aio —»— QSJ — QSTSP Реп. 10

Частотам раалредвлепке оггаосстелшого сужения

и о та и е es Огцг!?!

peo. 13

Заказ 4825,тар. 120 взз.Аасшикю ф.1/1С 0<Ыад 2 пл. ЛОТ А0"3W?