автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Особенности распада деформированного аустенита по диффузионному механизму и их использование для регулирования структуры сталей

Введение

Глава I. Диффузионный распад аустенита

1.1. Выделение избыточного феррита

1.1.1. Полиморфное превращение железа

1.1.2. Морфология и характер зарождения феррита.II

1.1.3. Кинетические параметры образования феррита.

1.2. Превращение аустенита в перлит

1.2.1. Механизм образования перлита

1.2.2. Кинетика перлитного превращения

1.2.3. Влияние легирующих элементов на кинетику перлитного превращения

1.3. Образование карбидной сетки в заэвтек-тоидных сталях

1.4. Влияние горячей деформации на распад аустенита.

1.5. Сфероидизирующий отжиг высокоуглеродистых сталей.

1.6. Механические свойства сталей, содержащих феррит и/или перлит

Глава 2. Материал и методика исследования

2.1. Выбор материала для исследования

2.2. Построение диаграмм горячей деформации стали.

2.3. Методика магнитометрических измерений

2.4. Высокотемпературная термомеханическая изотермическая обработка стали 40ХН2МА

2.5. Высокотемпературная термоме::аническая изотермическая обработка стали У8М

2.6. Термомеханическая сфероидизирующая обработка сталей У8А и У8М.

2.7. Термомеханическая обработка заэвтектоидных сталей

2.8. Металлографические исследования

2.9. Методика определения исходных данных для расчета кинетических параметров превращения

2.10. Электронномикроскопические исследования

2.11. Методика механических испытаний

2.12. Методика статистического исследования строения изломов

Глава 3. Влияние горячей деформации аустенита стали 40ХН2МА на кинетику его распада в феррито--перлитной области, структуру и механические свойства продуктов превращения

3.1. Структурные изменения в горячедеформиро-ванном аустените

3.2. Влияние деформации на кинетику превращения аустенита в феррито-перлитной области

3.3. Морфология и структура продуктов превращения горячедеформированного аустенита

ЗА. Кинетические параметры феррито-перлитного превращения.

3.5. Механические свойства стали 40ХН2МА после ВТМизО.

Глава 4. Влияние ВТМизО на кинетические особенности перлитного превращения, структуру и механические свойства стали У8М.

4.1. Структурные изменения в горячедеформированном аустените

4.2. Кинетика превращения горячедеформированного аустенита

4.3. Механические свойства стали У8М с перлитной структурой.

Глава 5. Сфероидизирующая обработка сталей

5.1. Сфероидизирующая обработка стали

5.2. Влияние переохлаждения до 300-400°С на кинетику распада аустенита эвтектоидных сталей в перлитной области и структуру продуктов превращения

Глава 6. Особенности образования карбидной сетки в горячедеформированном аустените высокоуглеродистых сталей.

Глава 7. Совершенствование технологии отжига и волочения ускоренно охлажденных бунтов углеродистых сталей в условиях завода "Днепроспец-сталь".

Выводы.

В основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года определено, что наряду с увеличением производства металлов, особое внимание будет уделяться улучшению качества металлопродукции. Важной стороной проблемы качества продукции прокатного производства заводов черной металлургии является структурное состояние стального проката, которое влияет и на условия последующего передела в металлургии, и на окончательные свойства изделий в машиностроении.

Регулирование структуры сталей может быть достигнуто методами термомеханической обработки (ТМО), которые сочетают деформационное воздействие с фазовыми превращениями, развивающимися при термической обработке /I/. целенаправленное внедрение ТМО в промышленность требует разработки различных вариантов и схем этого технологического процесса. Важное место среди них занимают схемы, предусматривающие распад горячедеформированного аустенита в верхней области субкритических температур, тем более что в условиях действующих цехов в роде случаев не удается обеспечить более глубокое охлаждение проката.

Для освоения таких вариантов ТМО, которые условно называют высокотемпературной термомеханической изотермической обработкой (ВТМизО) необходимо изучение влияния состояния аустенита на кинетические особенности его распада, что в свою очередь определяет конечную структуру полуфабрикатов или готовых изделий и, следовательно, служебные характеристики последних.

Работы данного направления представляют интерес как для выработки практических рекомендаций по увеличению объема выпуска проката с улучшенной структурой и свойствами, так и для развития теории ШО.

В литературе имеются сведения о влиянии горячей деформации аустенита некоторых сталей на кинетику его распада в верхней области субкритических температур. Известно, что деформация ускоряет этот процесс, хотя в большинстве случаев собственно перлитное превращение и выделение избыточных фаз не дифференцируется. Кроме того, кинетика фазовых превращений определяется совместным влиянием двух кинетических параметров: скорости зарождения и скорости роста новой фазы. Данные об изменении этих параметров под влиянием горячей деформации практически полностью отсутствуют, хотя именно их соотношение определяет окончательную структуру стали после охлаждения.

Недостаточно исследованы возможности решения актуальной задачи - ускорения сфероидизации карбидной фазы высокоуглеродистых сталей. Существенным признаком улучшения их структуры является также снижение балла карбидной сетки. Однако, несмотря на всю важность этого вопроса для разработки рациональных технологических схем прокатки, нет данных о воздействии собственно горячей деформации аустенита на карбидообразование в отсутствии интенсивного протекания рекристаллизационных процессов.

С учетом вышеизложенного сформулированы задачи настоящей работы:

1. Выяснить особенности воздействия горячей деформации на перлитное превращение, кинетику и характер выделения избыточных фаз в до - и заэвтектоидных сталях.

2. Определить взаимосвязь между кинетическими параметрами процесса распада горячедеформированного аустенита и особенностями структурообразования при охлаждении (изотермической выдержке).

3. Оценить влияние полученных при ВТМизО изменений структуры на механические свойства сталей.

4. Разработать рекомендации по практическому применению ВТМизО с распадом аустенита по диффузионному механизму и реализовать их в промышленных условиях с целью улучшения окончательных свойств проката или условий его последующего передела.

По результатам работы на защиту выносятся:

1. Количественные результаты исследования изменений кинетических параметров вццеления избыточного феррита и последующего перлитного превращения в доэвтектоидной стали, а также перлитного превращения в эвтектоидной стали - под влиянием горячей деформации аустенита (показано, что ускорение распада аустенита обусловлено, в основном, резким увеличением скорости зарождения центров новой фазы).

2. Результаты исследования механических свойств сталей после ВТМизО в сопоставлении с изменениями параметров феррито-цементной структуры, обусловленными влиянием горячей деформации аустенита на условия его распада в верхней области субкритических температур (показано, что комплекс механических характеристик сталей с различным содержанием углерода значительно улучшается вследствие общего измельчения структуры при ВТМизО).

3. Результаты изучения возможности ускорения сфероидизации и подавления выделения карбидной сетки в высокоуглеродистых сталях с помощью деформации аустенита и различных режимов ускоренного охлаждения (найдены режимы обработки, обеспечивающие достижение указанной цели).

4. Результаты практической реализации разработанных режимов ТМО в заводских условиях (сокращена длительность сфероидизирующей обработки проката из сталей У7А-УТЗА и изменен маршрут его последующего волочения в сторону уменьшения количества протяжек с экономическим эффектом "43 тыс.руб.

7. Результаты работы нашли практическое применение на заводах черной металлургии. Фактический экономический эффект от внедрения рекомендованных режимов ТМО на заводе "Днепроспец-сталь" составил ^43 тыс. руб.

1. Бернштейн М.Л., Займовский В.А., Капуткина Л.М. Термомеханическая обработка стали. М.: Металлургия, 1983. - 480 с.

2. Курдюмов Г.В., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. М.: Наука, 1977. - 238 с.

3. Энтин Р.И. Превращения аустенита в стали. М.: Металлург-издат, i960. - 252 с.

4. Коган Л.И., Клейнер Л.М., Энтин Р.И. Особенности превращения аустенита в малоуглеродистых легированных сталях. Физика металлов и металловедение, 1976, т. 41, в. I, с. II8-I24.

5. Голиков В.Н., Коган Л.И., Новиков Б.А., Энтин Р.И. О связи кинетики гамма-альфа превращения с характеристиками самодиффузии.- Физика металлов и металловедение, 1978, т. 45, № 5, с. 1060-1064.

6. S.d. SÁjl (- ¿ iAMzl/WMa&to* 'w ¿Wtc. a*J IÜ dUutc cMxfS, SeAt^tcc, /¿ГО,

7. Морозов О.П., Мирзаев Д.А., Штейнберг М.М. Полиморфное гамма-альфа превращение в железе высокой степени чистоты. Физика металлов и металловедение, 1972, т. 34, вып. с. 795-800.8. hfiU&u g.C¿. )f-¿ ¿*t iuxt. ZeAtftb Meúdlu^itCL, M79, A/// , p.$6f - $69.

8. Гольдштейн М.И., Елохин Г.Н., Колосова Э.Л. Тонкая структура избыточного феррита при диффузионном распаде аустенита. -Металловедение и термическая обработка металлов, 1973, № 8, с, 14-16.15. У ^пие&а&Л ¿¿¿¿¡с к ^

9. ДЫеибЖ. ## ^АЬа&ё. -Ргшй а£ СШ&нЯЬ Жа™ а*¿¿ш* /Я&Й/17. /МбМеи, АК & ^ рШсмк&О" ^¿¿е&гнх, мсЫехедбр & ^фр, /о, а//} />.18. /?7й'Ма*ссе &и&4 £ йслр&сг- 180 fwidt /Mu&ôtoute,. — ctc fflvètxlùrtgit,M6, /о. ¿W

10. TubhSutf 9. Jfefity et&ccJbt -fatcL* /ffetiMogluL, /#SSt IK 3 J p. SS26. SmiJi MeSeetfify /»г /SS3, V MV, p. S3328. £ t/, & tit л/ J-j29. /ЬШ* /OucT&s иГ.&^Шг

11. Такахаси Т. Структура и пластичность эвтектоидных перлитных сталей. Нихон Киндзоку Гаккайси, 1978, т. 42, № 7, с. 708-715.

12. Бунин Ю.К., Бунин К.П., Мазур В.И. 0 зарождении и строении перлита. Металловедение и термическая обработка металлов, 1971, № 10, с. 6-7.32. Sa4tru^ jT/tf, AteS&H a*Stadp с/ tf />e*>td£. /Wr-^t^j efФи* ewe* Sfof t&tttifac о/ Jfyt^ /Щ tT.23, //Sj p

13. Кулемин A.B., Некрасова С.З., Энтин Р.И. О процессах, протекающих в течение инкубационного периода перлитного и бейнитно-го превращения аустенита. Доклады АН СССР, 1979, т. 246, № 4, с. 865-868.

14. Миркин ИЛ. Исследование скорости зарождения и роста зерен при вторичной кристаллизации стали. Качественная сталь, 1935, № 6, с. 5-14.37. ваЛи, ьГМ, uïâ>. JXeefy' Я* ßesbdfi&tt. bât.: J&tt&f/fi&ù&iK* ¿cfi/fctstetfo/ /кее&ш, лГ.у-¿¿tuшг, /р. /з/- /9г.

15. Елкина В.Д., Башнин Ю.А., Основин В.А. и др. Исследование кинетики распада переохлажденного аустенита быстрорежущих сталей Р6М5, Р6М5К5, PI8. Металловедение и термическая обработка металлов, 1977, №9, с. 64-66.

16. Елкина В.Д., Башнин Ю.А. Разработка оптимальных режимов предварительной термической обработки сортового проката из быстрорежущих сталей Р6М5, Р6М5К5 и PI8. Сборник научных трудов Пермского политехнического института, 1977, № 196, с. 88-93.

17. Cbulo T.f ïfâiaoïî Л JÎt isoàt/nal UttifiuUtp tf cmvMt aiùfoLorVMilî i*> /.SU /С stèd.MdoillwgUb, m/, M2,

18. Паварас А.Э. Образование карбидной сетки в сталях ШХ15 и ХВГ. Известия вузов. Черная металлургия, 1982, N2 7, с. 130-131.

19. Штейнберг М.М., Смирнов М.А., Комиссаров А.И. и др. Кинетика образования карбидной сетки в стали ШХ15. Металловедение и термическая обработка, 1971, № I, с. 39-44.К #4, Ю

20. Спектор Я.И., Яценко Ю.В. Использование эффектов термомеханической обработки для повышения качества проката подшипниковых сталей. В сб.: Инструментальные и подшипниковые стали. М.; Металлургия, 1980 (МЧМ СССР), № 5, с. 60-67.

21. Яценко Ю.В., Сидорова Н.М., Полищук Н.Ф. и др. Влияние ускоренного охлаждения на структуру и свойства бунтов стали ШХ15. В сб.: Производство инструментальных и подшипниковых сталей. М.: Металлургия, 1983 (МЧМ СССР), с. 48-51.

22. Лобарев М.И., Геращенко П.М., Яценко В.А. и др. Влияние режимов нагрева и охлаждения при прокатке на морфологию карбидной сетки в стали ШХ15. В сб.: Производство инструментальныхи подшипниковых сталей. М.: Металлургия, 1983 (МЧМ СССР), с. 40- 42.

23. Яценко Ю.В. Исследование и разработка технологии получения оптимальной структуры и свойств высокоуглеродистых сталей с использованием эффектов термомеханической обработки. Автореф. дис.канд.техн. наук. Запорожье, 1982. - 18 с.

24. Корнеев Г.Н., Эстрин Э.И. Влияние горячей пластической деформации на кинетику изотермического превращения аустенита. -Физика металлов и металловедение, 1967, т. 23, в. I, с. 182-183.

25. Хлестов В.М., Коноплева Е.В., Энтин Р.И. и др. Влияниегорячей деформации на превращение в низкоуглеродистых мартенситных сталях. Известия вузов. Черная металлургия, 1982, № 3, с. юо-да.

26. Smi/ÙL У.<£". sidrtt ел, С(иМмш1сг*> CcoùptgtôrtÂul ùuT- caUfitr cu^ttrtbtt. Tuwsat и***, nr.г,

27. РгиЬмЛ ßhäytriS. tf {mT>CÜU(M>nié smaMplcuUc fllrftJ, Sumcc, f91Zt 7,

28. Дубров В.A., Носов B.C., Легейда Н.Ф., Беседин Б.П. Кинетика изотермического превращения аустенита в горячедеформирован-ных углеродистых сталях. Металловедение и термическая обработка металлов, 1973, № 12, с. 57-59.

29. WduA 0vPv HcrutytwiL Zffut of <hf&wtïtù»* в>п iÂc (àeoMpeàCtuH' of cuaUtttfi, PcvU / JÎt fmi/iè-itctdùn*. /ЛеЫ SuutU, îT. /г, А//О, р.ш-tss.

30. Баранов Л.A., Горбатенко В.П., Михеев A.A. Влияние темпе-ратурно-деформационных параметров горячей прокатки на структуру среднеуглеродистой стали. Известия вузов. Черная металлургия, 1980, № 8, с. 68-72.

31. Синельников М.И., Спектор Я.И., Мурина К.Н., Тихий Н.В. Механизм образования зубчатости на границах з©рен при горячей пластической деформации. Физика металлов и металловедение, 1973, т. 36, Ж 2, с. 420-423.

32. Бернштейн М.Л., Гуревич Я.Б., Займовский В.А. и др. Влияние выдержки после горячей деформации на изотермическое превращение стали 36Г2С. Черная металлургия. Бюл. НТИ, 1974,с. 54-55.65. ЖыЬгс ^ Г,u/SЫ tJusálMc, /*70t Af¿>, р.

33. Gudoiy ¿У cá*ъбрЬб^-tártsw7uMS**áe4tSt /Sf/t íT /¿J, *//2t />. /3/3- /320,

34. Мшист Л, <%C*¿¿ Sondee z; 04¿4LM¿64¿>- a/teatf a&s/et&eec fi* sfctpj-fW />. Л30-/34.

35. Хлестов B.M. Прямое наблюдение роста феррита и перлита в вакуумной камере. Металлофизика, 1983, N2 1, с. 120.

36. Норицын И.А., Головин В.А., Букин-Батыров И.К. Повышение штампуемости конструкционных углеродистых сталей при холодном выдавливании. Вестник машиностроения, 1967, № I, с. 54-57.

37. Гудремон Э. Специальные стали. В 3-х т. Пер. с нем. Под ред. чл.-кор. АН СССР А.С.Займовского и др.-2-е изд., сокр. и пе-рераб. М.-: Металлургия, 1966, т. I. 736с.

38. Дианов А.И., Астафьева Е.В., Хасин Г.А. и др. Влияние волочения на формирование зернистой структуры. Сталь, 1976, Н° 10,с. 950-951.

39. Долженков И.Е. Исследование структуры и свойств углеродистых сталей при одновременном воздействии температуры и статической или динамической деформации. Известия АН СССР. Металлы, 1966, № 5, с. 70- 74.

40. Синельников М.И., Титаренко Е.А. Влияние пластической деформации на структурные превращения в стали перлитного класса. -Известия АН СССР. Металлы, 1979, № 3, с. 126-130.

41. Синельников М.И., Титаренко Е.А. Ускоренная сфероидизиру-ющая обработка подшипниковой стали.- В сб.: Инструментальные и подшипниковые стали. М.: Металлургия, 1979, №4, с. 59-61.

42. Синельников М.И., Титаренко Е.А. О возможности ускорения отжига подшипниковой стали. Сталь, 1979, №4, с. 303-305.

43. Синельников М.И., Титаренко Е.А. Влияние деформации при межкритических температурах на распад аустенита заэвтектоидной стали. Известия АН СССР. Металлы, 1979, № 6, с. II9-I22.

44. Долженков И.Е. О морфологии кристаллов цементита, образующихся при распаде аустенита горячекатанной стали. Известия АН СССР. Металлы, 1976, №6, с. 134-138.

45. Геллер А.Л., Минаев A.A., Кокарев В.Г. и др. Об условиях деформирования структуры зернистого перлита при горячей пласти-ческой деформации доэвтектоидной стали. Известия вузов. Черная металлургия, 1980, № 12, о. 76-80.

46. Парусов В.В-., Долженков И.Е., Сивак А.И., Олейник В.А. Взаимосвязь исходной структуры и параметров деформации стали с морфологией карбидной фазы. Известия АН СССР. Металлы, 1983, № 2, с. 153-156.

47. Баранова В.А., Сухомлин Г.Д., Ткаченко Ф.К. Исследование сфероидизации цементита доэвтектоидной стали. Известия вузов. Черная металлургия, 1981, Ш 6, с. 88-91.

48. A.c. 905296 (СССР), Способ сфероидизирующей обработки уг- • леродистых и легированных сталей / авт. изобрет. Ю.В.Яценко, Я.И.Спектор / Опубл. в Б.И., 1980 i № 6.

49. Парусов В.В., Долженков И.И., Евсюков М.Ф, Исследование кинетики превращения переохлажденного аустенита в зернистый перлит.-Известия АН СССР. Металлы, 1978, с. II3-II5.

50. Узлов И.Г., Долженков И.И., Парусов В.В. и др. Исследование кинетики превращения аустенита углеродистых конструкционных и инструментальных сталей в зернистый перлит. металлургическая и горнорудная промышленность, 1979, № I, с. 29-30.

51. Мешков Ю.А., Пахаренко Г.А., Шевченко А.В. Разрушение стали с зернистым цементитом. Металлофизика, 1983, 5, № 3, с. 94-97.

52. Бернштейн M.JI., Гуревич Я.Б., Займовский В.А, и др. Влияние горячей деформации при прокатке на структуру и свойства стали 36Г2С после изотермического превращения. Бюл. ЦНИИ-ИНФОРМЧЕРМЕТ, 1973, № 22, с. 48-49.

53. Гуревич Я.Б., Титов М.П., Бащенко А.П. и др. Термомеханическая обработка с перлитным превращением сталей. Сталь, 1979, № 8, с. 627-629.

54. Бернштейн МЛ., Займовский В.А., Кистэ Н.В. и др. Влияние горячей деформации на кинетику превращений аустенита в условиях непрерывного охлаждения. Известия ВУЗов. Черная металлургия, 1979, № 5, с. 105-109.

55. Бернштейн МЛ., Владимирская Т.К., Займовский В.А. и др. Влияние термомеханической изотермической обработки на структуруи механические свойства стали. Известия АН СССР. Металлы, 1979, № 2, с. 150-139.

56. Гриднев В.Н., Гаврилюк В.Г., Мешков Ю.Я. Прочность и пластичность холоднодеформированной стали. Киев: Наукова Думка, 1974,-231 с.

57. A.c. 276479 (СССР). Устройство для крепления Образца в магнитном поле анизометра / авт. изобрет. В.М. Хлестов,Б.АЛеонтьев , Г.Я.Бетин/: Опубл. в Б.И., 1970, № 23.

58. Лившиц Б.Г., Крапошин B.C., Линецкий ЯЛ. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980т-320с.НО. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1976. - 271 с.

59. I. Btúoh f. 8. fijt ftearfÜu*t /n&yoÁdogp Of ¿u -JHÜ evádete/ ¿Ш. ¿Ac Ü¿¿/bUutíuá , №S, MS, />. S/4- SBS.

60. Беляков Б.Г., Андреев Ю.Г., Штремель М.А. Механические свойства металлов. Часть I. Лабораторный практикум. М.: МИСиС, 1980. - 144 с.

61. SStJ & c&t MbstÜLfö^ ¿aUm/n^rfU -^^ ¿fiiUt^ Zorne, /?. 463

62. Фонштейн H.M., Жукова E.H. Длина стабильной трещины как параметр оценки сопротивления низколегированной стали разрушению. Физическая химия механики материалов, 1978, № 3,-с. 75-79.

63. Жарикова О.Н. Исследование разрушения закаленной стали методами количественной фрактографии. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1982.18 с.

64. Яценко Ю.В., Спектор Я.И., Эйсмонд Ю.Т. Исследование и расчет режимов охлаждения круглого проката. Известия ВУЗов. Черная металлургия, 1981, с. 94-96.

65. Садовский В.Д. Что такое ВТМО? Металловедение и термическая обработка металлов, 1983, №11, с. 48-51.

66. Попов A.A., Попова JI.E. Справочник термиста. М.: МАШ-ГИЗ, 1961. - 430 с.

67. Никишов H.A. Влияние горячей деформации в цикле ВТМО на структуру и свойства высоколегированных сталей. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.-М.: МИСиС, 1980. 29 с.

68. Займовский В.А. Превращения в сталях при термомеханической обработке. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МИСиС, 1УУ8. - 38 с.

69. Любов Б.Я. Кинетическая теория фазовых превращений. -М.: Металлургия, 1969. 263 с.

70. Бернштейн М.Л., Капуткина Л.М., Прокошкин С.Д., Добат-кин C.B. Анализ диаграмм горячей деформации сталей. Известия ВУЗов. Черная металлургия, 1979, №9, с. 97-100.

71. Бернштейн М.Л., Капуткина Л.М., Прокошкин С.Д., Добаткин C.B. Закономерности структурообразования при горячей деформации аустенита легированных сталей. Известия АН СССР. Металлы, 1982, № 2,-с. 94-103.

72. Долженков И.Е., Долженков И.И. Сфероидизация карбидов б стали. М.: Металлургия,Л984. - 143 с.

73. Соколов К.Н., Энтин Р.И., Хлестов В.М. и др. Влияние пластической деформации на кинетику изотермического превращения аустенита. Металловедение и термическая обработка металлов, 1973, № I, с. II—17.

74. Спектор Я.И., Тихий Н.В., Яценко Р.В. Рекристаллизация горячедеформированного аустенита специальных сталей. В сб. 7 Проблемы металловедения и физики металлов , 1977, №4, с. 76-87.