автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Повышение прочностных свойств высокоуглеродистой низко- и микролегированной катанки за счет совершенствования режимов охлаждения

у

к

РОЛЬНЕ

1ШЛЯР

На правах рукописи"

005003171

Жигарев Максим Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ свойств ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ низко- и МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ КАТАНКИ ЗА СЧЕТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РЕЖИМОВ ОХЛАЖДЕНИЯ

Специальность 05.16.01 -Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 1 ДЕК 2011

Магнитогорск - 2011

005003171

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Емелюшин Алексей Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Потехин Борис Алексеевич

кандидат технических наук Покачалов Виктор Владимирович

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО "Южно - Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет), г. Челябинск;

Защита диссертации состоится _20_ декабря 2011 г. в _15°°_ на заседании диссертационного совета Д 212.111.05 при ФГБОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГТУ, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова".

Автореферат разослан // 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Полякова М.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Необходимость обеспечения конкурентоспособности катанки качественного сортамента обусловливает разработку и внедрение высокоэффективных технологических процессов ее производства на основе новых теоретических и экспериментальных исследований. В последнее время возрос спрос на высокоуглеродистую катанку для стабилизированных арматурных канатов. Сооружение в массовом порядке, в первую очередь, в Европейских странах, вантовых мостов, железобетонных конструкций в промышленном и гражданском строительстве (автомагистрали, виадуки, домостроение и т.п.); вызвало острую потребность в арматурных 7-ми проволочных канатах диаметром 9.3... 19.0 мм и более классов прочности 1670...2000 МПа и выше. Для изготовления таких арматурных канатов необходима катанка диаметром 8... 15 мм преимущественно с пределом прочности 1150...1200 МПа и выше. Обеспечение такой прочности для катанки, особенно больших диаметров, весьма затруднительно и поэтому актуально.

Разработка и освоение технологических процессов производства высокоэффективных видов катанки в условиях ОАО "Молдавский металлургический завод" (ОАО "ММЗ") имеют ряд особенностей, связанных с малым сечением (квадрат 125x125 мм) непрерывно-литых заготовок (НЛЗ) и использованием металлолома с повышенным содержанием цветных металлов (Сг, Си), насыщением стали азотом в процессе электродуговой выплавки. Термическая обработка в значительной мере может изменить структуру и свойства сталей.

В связи с выше сказанным, актуальной проблемой является исследованы процессов структурообразования в высокоуглеродистой микролегированной катанке при различных режимах охлаждения.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является совершенствование режимов охлаждения на поточной линии Стелмор для получения необходимой структуры и повышения прочностных свойств высокоуглеродистой низколегированной катанки.

1. Исследовать особенности структурообразования при поточной термической обработке катанки и их влияние на формирование качественных показателей катанки, а также на технологичность её переработки у потребителей.

2. Разработать эффективные химический состав стали и сквозную технологию производства высокоуглеродистой катанки.

3. Исследовать качество стали и НЛЗ с точки зрения их влияния на процесс образования структурных составляющих катанки.

4. Разработать регрессионные зависимости для расчета качественных характеристик катанки от технологических параметров и химического состава стали.

Научная новизна и значимость полученных результатов

- установлено поэлементное и взаимное влияние углерода, марганца, ванадия, хрома на процессы упрочнения в высокоуглеродистой катанке; при максимально возможной охлаждающей способности линии Стелмор в процессе поточной термообработки катанки упрочняющее действие С и V примерно одинаковое; а Сг - в 1.5 раза и Мп - в 4 раза меньшее, чем С и V каждого в отдельности;

- микролегирование стали бором в количестве до 0.0025 % приводит к снижению относительной микродеформации решетки феррита, плотности дислокаций и микротвердости перлита в 1.05, 1.1 и 1.32 раз соответственно, чем в стали без бора как после двустадийного охлаждения, так и после патен-тирования, что увеличивает деформируемость такой катанки в процессе ее переработки;

- установлены и обеспечены разработанной технологией научно обоснованные допустимые критерии для безобрывного волочения проволоки и свивки арматурных канатов, к размерам и количеству негативных структурных составляющих (мартенсита, структурно-свободного цементита и грубо-дисперсного перлита) в катанке: мартенситные участки протяженностью не более 50 мкм, коэффициент физической неоднородности кф„ (по мартенситу и неметаллическим включениям) в сумме - не более 5 %; структурно-свободный цементит в виде цементитной сетки - не более класса С по ОТ А-04-114; перлит с дисперсностью (по ГОСТ 8233) 1-го балла - не менее 50 %, 6.. .9 баллов - не более 30 %.

Практическая значимость и реализация работы в промышленности. На основании результатов проведенных исследований разработаны эффективные химический состав высокоуглеродистой стали и режимы термообработки катанки, полученной из непрерывно-литой заготовки сечением 125x125 мм на линии Стелмор.

Разработано техническое задание на реконструкцию существующей линии двустадийного охлаждения с целью достижения необходимого уровня свойств катанки, производимой в условиях ОАО "ММЗ", и расширения ее марочного сортамента.

Разработана и внедрена система управления технологией термической обработки катанки, прогнозирования механических свойств и аттестации НЛЗ под прокатку конкретного заказа.

Разработана и внедрена в условиях ОАО "ММЗ" промышленная технология производства высокоуглеродистой катанки для производства высокопрочных арматурных канатов. Переработка катанки у потребителей показала ее высокую технологичность при изготовлении проволоки и стабилизированных канатов.

Полученные при выполнении настоящей работы результаты позволили расширить марочный сортамент и рынки сбыта выпускаемой ОАО "ММЗ" высококачественной продукции. Результаты научных исследований были ис-

пользованы в разработке рекомендаций по модернизации и

реконструкции существующего оборудования.

Суммарный экономический эффект от внедрения результатов исследования в условиях ОАО "ММЗ" составил 480 тыс. долларов США (в ценах 2009 года).

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Влияние химического состава сталей на формирование механических свойств катанки, предназначенной для производства высокопрочных арматурных канатов. Разработка эффективного количественного состава легирующих элементов, упрочняющих катанку.

2. Закономерности формирования структуры и свойств проката в зависимости от системы низко- и микролегирования стали, технологических схем и режимов ТО на современной линии Стелмор.

3. Применение микролегирования высокоуглеродистой катанки бором для повышения ее пластичности.

4. Влияние показателей структуры готовой катанки на ее технологичность при производстве высокопрочных арматурных канатов.

5. Наследственное влияние ликвационной неоднородности НЛЗ сечением 125x125 мм на структуру и свойства высокоуглеродистой катанки.

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации доложены VI Конгрессе прокатчиков, Липецк, 2005 г.; Международной научно-технической конференции "Технология и оборудование прокатного производства", Москва, 2009 г.; 67-й научно-технической конференции ГОУ ВПО "МГТУ", Магнитогорск, 2009 г.; Международной научно-технической конференции " Процессы абразивной обработки, инструменты и материалы", г.Волжский, Волгоградской обл., 2009г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 21 научных работ, в том числе 3 монографии и 8 статей в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Работа общим объемом 137 страниц состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и включает 74 иллюстрации, 33 таблицы, 106 литературных источников и 2 приложения на 5 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, сформулированы ее цели и задачи, приведены научная новизна, практическая значимость и результаты реализации в промышленности.

В первой главе выполнен аналитический обзор научно-технической литературы по вопросам теоретических и технологических основ упрочнения стали, как при помощи микролегирования стали, так и при помощи различных способов термообработки проката. Проведен анализ влияния различных химических элементов на структурообразование и механические свойства в

процессе термообработки катанки. Представлен обзор по результатам исследований микроликвационных процессов при непрерывной разливке стали и их влияние на качество готового металлопроката. Рассмотрены технологические мероприятия, направленные на уменьшение развития ликваци-онных процессов в непрерывно-литой заготовке и, соответственно, катанке. Дан анализ технологического процесса производства катанки, включая процессы термообработки ее в потоке стана. Представлены требования современного рынка к катанке для изготовления арматурных канатов.

На основании анализа научно-технической литературы и с учетом современных тенденций развития металлургического и метизного производств, обусловленных требованиями мирового рынка к качеству катанки различного назначения, обоснованы цель и основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе представлены современные методы теоретических и экспериментальных исследований процессов, используемых для достижения цели и решения задач диссертационной работы. Исследования проводились на высококоуглеродистых марках стали типа C78D (С=0.75...0.80 %) и C82D (С=0.80...0.85 %).

Для анализа химического состава стали использованы спектрометры ARL — 3460, Spectrolab-M, Spectoflaime, газовые анализаторы фирм LECO — TN 314 и ТС 436, Ströhlein - модели 0-H-N - Mat и др. Механические свойства катанки определяли на разрывных машинах EU100 и EDZ-40 немецкой фирмы WPM. Измерение микротвердости проводили на приборах ПМТ - 3 и LECO-MAT 240.

Структурные параметры металла определяли на микроскопе Neophot 32; автоматическом анализаторе изображения IA - 3001 - LECO; ПЭМ EF-2, РЭМ VEGA TESKAN (Чехия) с микрозондовыми рентгеновским и волновым микроанализаторами фирмы Oxford Instruments; ПЭМ EVO 60, Karl Zeiss; установке рентгеноструктурного анализа ДРОН-УМ1.

Размер действительного зерна определяли по ГОСТ 5639-82, дисперсность перлита - по ГОСТ 8233-56, обезуглероживание поверхности - по ГОСТ 1763-68, макроструктуру - по ГОСТ 10243-75 и эталонным шкалам соответствующих технических условий, степень развития цементитной сетки -по методике NF А 04-114-84; определение массы окалины и оценка способности к механическому и химическому удалению окалины проводились по ГОСТ 30136-95, методике Bekaert GA 03-16-94.

Для оценки экспериментальных данных применяли методы математической статистики и корреляционно-регрессионный анализ. В третьей главе приведены результаты по исследованию влияния технологических параметров термообработки катанки на процесс структурообразо-вания и качественные показатели высокоуглеродистой катанки (дисперсность перлита, размер действительного зерна, величину обезуглероживания) без добавок хрома и ванадия. Проведенные исследования позволили установить технологические параметры двустадийного охлаждения, обеспечивающие наилучшую микроструктуру катанки (максимальная доля мелкодисперсного

перлита 1-го балла, минимальные уровни разнозернистости), снижение массы окалины и требуемый комплекс механических свойств, равномерно распределенных по длине витка и бунта. Это такие технологические параметры, как интенсивность воздушного охлаждения, выражаемая через обороты высоконапорных блоков струйного охлаждения (пВБсо), температура вит-кообразования (1ву), скорость транспортирования витков в процессе воздушного охлаждения (Утр.).

В ходе проведенных исследований установлено, что для высокоуглеродистой катанки диаметром 8... 12 мм эти параметры должны быть следующими: Ц - должна находиться в диапазоне 950...970°С, пВБС0 - на уровне 1480 мин" и Утр. - на уровне 0.5 м/с, что обеспечивает скорость охлаждения в диапазоне 12...8.5°С/с.

Полученные зависимости основных показателей структуры от температуры виткообразования катанки представлены на рис.1.

800 850 900 950 1000

Температура металла на виткоукладчике, °С

-*-■ масса окалины, кг/г; -в-, обез.слой, %; размер зерна, №;-- перлит 1-го балла, %

Рис. 1. Зависимость металлургических и металлографических показателей высокоуглеродистой катанки от температуры виткообразования

Проведенный анализ массива данных и статистическая обработка результатов показали, что упрочняющая способность марганца до 4 раз ниже, чем углерода.

В ходе проведенных экспериментов также показано, что достигнуть заданного предела прочности в катанке (более 1150 МПа), особенно крупных диаметров, используя в качестве легирующего элемента только марганец, невозможно.

Проведены исследования по анализу влияния микродобавок бора на механические свойства высокоуглеродистой катанки. Установлено, что повышение пластичности борсодержащей стали определяется особенностями ее структурного состояния. Исследование тонкой кристаллической структуры феррита борсодержащей высокоуглеродистой катанки по сравнению с катанкой без бора показало, что относительная микродеформация (МКД) решетки

феррита и плотность дислокаций в стали с бором ниже, чем в стали без бора как после двустадийного охлаждения, так и после патентирования, то есть в катанке с бором кристаллическая решетка искажается меньше и также ниже степень дислокационного упрочнения структуры. Это связано с тем, что дозированная микродобавка бора в стали перлитного класса повышает аккомодационную сопряженность решеток феррита и цементита в перлите, в результате чего снижаются общий уровень МКД и плотность дислокаций в феррите. Именно поэтому значение микротвердости сорбитообразного перлита в борсодержащей катанке в 1.32 раза меньше, чем в катанке без бора. При дальнейшем повышении содержания бора наблюдается эффект передозировки, выражающийся в снижении пластичности в результате уменьшения количества мелкодисперсного сорбитообразного перлита 1-го балла и образования частиц борсодержащих фаз. В связи с этим установлено, что содержание бора для высокоуглеродистой катанки должно быть не более 0.0025 %.

Деазотирующий (применительно к ферриту стали) эффект микродобавок бора доказывается снижением деформационного старения по сравнению с металлом без бора: (остаривающая обработка: растяжение до остаточного удлинения 6 % и отпуск при 200 °С в течение 1 ч): Дст„ = - 51.7 Н/мм2; Дстт = - 10.5 Н/мм ; ^(20) без бора / #ц(20)в= 1.17. Склонность к статическому деформационному старению по пределу прочности снижается в 1.5 раза (св(6ез б0_ ра/СТв(В) = 1.5).

Показано, что появляющиеся в катанке недопустимые составляющие структуры в виде участков мартенсита значительной протяженности и структурно свободный цементит в виде грубой цементитной сетки применяемой технологией термической обработки катанки не устраняются из-за их ликва-ционной природы, можно только снизить степень их проявления в структуре. Степень развития цементитной сетки зависит от диаметра катанки и режимов ее двустадийного охлаждения. Увеличение диаметра катанки с 5.5 до 12.0 мм приводит к снижению скорости охлаждения с 13 до 8.5°С/с (в 1.5 раза), в результате чего увеличивается степень развития цементитной сетки.

Для снижения образования структурно свободного цементита в стали предложены варианты реконструкции существующей линии двустадийного охлаждения Стелмор для увеличения скорости охлаждения до 25 °С/с вместо 10...12 °С/с с последующей изотермической выдержкой при температуре сорбитизации (поточное воздушное патентирование), а также обоснованы мероприятия по обработке стали, направленные на улучшение структуры: применение вакуумирования стали; электромагнитного перемешивания и микролегирования стали бором.

В четвертой главе приведены результаты исследованя упрочняющей способности С, V и Сг при их раздельном и совместном применении. Показано, что достижение требуемого класса прочности И50... 1200 МПа и более обеспечивается при дополнительном микролегировании стали V и/или Сг.

При максимально-возможной охлаждающей способности линии Стелмор в процессе поточной термообработки катанки упрочняющее дейст-

вие С и V примерно одинаковое; а Сг - в 1.5 раза и Мп - в 4 раза меньшее, чем С и V каждого в отдельности. Подтверждены зерногранично - дисперсионный механизм упрочнения стали ванадием (рис. 2) и твердорастворный механизм упрочнения стали углеродом, марганцем и хромом (рис. 3 а, б).

х 500

х 3990

Рис. 2. Выявление нитридов и карбонитридов ванадия в оптическом (а) и растровом (в отраженных электронах) (б) микроскопах

X с. и 10,0

С.

Е о 9,5

>5

Л К 9,0

X

Э а) ш 8,5

<и Е э 8,0

С. О

9,4 9,3 9,4

9,1 8^-

8,4 8,4

й 10>°

а

ш

1 9,5

X

>2

2 9,0

х ' х

<и

1 8,5

се

1 8,0

8.0ии 9.0 ми 10.0 мм 11.0 мм

-- с V; - без V

Диаметр катанки а

9,1 *——_ 9,1

8,6 \ 8,5

8,4

8.0 мм

9.0 мм

11.0 мм

-- с Сг; -в- - без Сг

Диаметр катанки

б

Рис. 3. Распределение средневзвешенного номера зерна катанки стали марок С780 и С820 в зависимости от диаметра катанки и микролегирующего элемента - V (а) и Сг (б)

В сталях, микролегированных ванадием, бор по термодинамическим условиям не успевает образовывать нитриды и остается в свободном состоянии, увеличивая прокаливаемость стали. При этом пластичность катанки с бором увеличивается, так как при исключении образования нитридов бора, реализуются другие перечисленные выше механизмы пластификации стали бором. В сталях, микролегированных хромом, бор увеличивает пластичность катанки путем реализации всех механизмов, включая деазотирующий эффект.

Проведенными исследованиями однозначно определена связь количества и размера мартенситных участков с содержанием отдельно взятого легирующего элемента: чем больше содержание каждого из них, тем выше эти показатели. В то же время те же результаты по минимальным размерам и количеству мартенситных участков, требуемому уровню механических свойств могут быть достигнуты комплексным легированием - сочетанием нескольких элементов, абсолютные значения содержаний которых ниже, чем в случае раздельного легирования каждым из этих элементов. Установлено, что с точки зрения наилучшего сочетания показателей микроструктуры катанки (минимизации количества и протяженности мартенситных участков) и уровня механических свойств предпочтительным является совместное микролегирование стали V и Сг.

В пятой главе приведены данные по исследованиям в условиях ОАО "ММЗ" ликвации химических элементов в НЛЗ, раскатах и катанке как методами химического анализа, так и методами рентгеноспектрального микроанализа (РСМА). Изучена эффективность работы электромагнитного перемешивания (ЭМП) в кристаллизаторе по снижению ликвационных процессов в стали. Результаты исследований показывают следующее:

- в НЛЗ и катанке имеются соответственно участки и остатки дендритного строения, что обусловливает наличие ликвационных полосок, структурной полосчатости и "шнуров" (рис. 4, а), которые выявляются и в проволоке; основными ликвирующими элементами в высокоуглеродистой катанке, как установлено в работе, являются С, Мп, Сг, V, 81; микроликвация указанных элементов обусловливает формирование в осевой зоне высокоуглеродистой катанки мартенситных участков (рис. 4, б);

а х 50

Рис. 4. Ликвационная полосчатость в осевой зоне катанки стали марки С82Б (а) и мартенснтные участки в местах ликвационных полос (б)

- усовершенствование процесса кристаллизации слитка, ЭМП, снижение перегрева металла над температурой ликвидус (менее 30 °С) позволяют исключить появление в катанке мартенситных участков, а также проявление другой негативной составляющей структуры - цементитной сетки;

- применение ЭМП снижает ЗСК на 5.0...18.0 %, смешанную зону сокращает на 17.0...28.0 %, аЗРК, наоборот, увеличивается на 22.0...46.0 %;

эффективность действия ЭМП уменьшается при увеличении степени перегрева металла над температурой ликвидус.

Получены количественные значения коэффициентов ликвации С, Мп, Сг, V в НЛЗ и катанке для высокопрочных арматурных канатов: кл.с - до 1.12; кл.Мп- До 2.3; кл_3, - до 1.6; кл.Сг- до 4.6; кл.у- до 7.7. Установлена однозначная связь ликвации элементов с формированием мартенситных участков.

В шестой главе представлена разработанная технология производства катанки из высокоуглеродистой стали, предназначенной для производства арматурных канатов. Эта технология заключается в следующем: скоростной нагрев НЛЗ в печи с шагающим подом до 1180...1220 °С в течение 2 часов в атмосфере, близкой к нейтральной; температура раскатов перед проволочным блоком - 950...970 °С; температура виткообразования - 900...970 °С; скорость охлаждения от 900...970 до 300...400 °С - 8.5...13.5 °С/с; скорость роликового транспортера витков - 0.4... 0.5 м/с.

Разработаны регрессионные зависимости механических свойств высокоуглеродистой катанки от химического состава стали, технологических параметров двустадийного охлаждения катанки на линии Стелмор и диаметра катанки и проведен их анализ. Получены адекватные реальному процессу математические уравнения связи.

Приведены результаты исследований по оценке влияния негативных составляющих структуры высокоуглеродистой катанки (мартенсита, структурно свободного цементита и грубодисперсного перлита) на ее технологичность при волочении. Приведены результаты лабораторных экспериментов, проведенных с целью устранения или минимизации влияния некоторых из этих составляющих, а также исследований обрывности проволоки по поверхностному и центральному мартенситу, по грубодисперсному перлиту и це-ментитной сетке.

Предложено оценивать степень опасности мартенситных структур по аналогии с влиянием неметаллических включений через коэффициент физической неоднородности: кфн = Рм/Рсечх100 %, где Рм - общая площадь, занимаемая мартенситом в данном сечении, мм2; Рссч - площадь поперечного сечения исследуемой катанки или проволоки, мм2.

По результатам исследований образцов проволоки с обрывами по мартенситу (рис. 5,а), грубодисперсному перлиту (рис. 5,6, в) и ССЦ (рис. 5,г) установлены допустимые критерии к размерам и количеству этих негативных структурных составляющих в катанке:

- мартенситные участки - протяженность не более 50 мкм, коэффициент физической неоднородности кфн (по мартенситу и НВ в сумме) должен быть не более 5 %;

- ССЦ в виде цементитной сетки - не более класса С по № А-04-114;

- перлит с дисперсностью (по ГОСТ 8233) 1-го балла - не менее 50 %, 6. ..9 баллов - не более 30 %.

Разработанные технологические процессы микролегирования стали и режимы термической обработки на линии Стелмор позволили обеспечить

высокую технологичность переработки катанки в проволоку и

проволочные изделия. Так, получены удовлетворительные результаты обрывности по переделу: при волочении - менее 0.2 т1; при свивке прядей - 0.5 т ; выход годной части - около 90 % (по сравнению с переработкой катанки до разработки эффективной технологии - 2.1, 1.5 т1, 75...80 %, соответственно).

в г

Рис. 5. Обрывы в проволоке по мартенситным участкам (а), грубодисперсному перлиту (б, в) и цементитной сетке (г)

Рассчитаны коэффициенты упрочнения для определения пределов прочности (о„) проволоки и арматурных канатов, что позволяет проводить с достаточно высокой точностью прогноз необходимого уровня ав катанки для гарантированного обеспечения ств арматурного каната. Усредненные значения этих коэффициентов для всего диапазона диаметров катанки (5.5... 12.0 мм)

равны, к] ср - СТВ пров/Ов катанки ~ 1 -69; к2 ср — Ое прЯДИЛз0 катанки = 1-61; кз ср = ов пря_

д„/ств ПрОВ 0.95.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Получены новые научно обоснованные теоретические и экспериментальные результаты, позволившие разработать эффективный химический состав высокоуглеродистой катанки с использованием совместного легирования электростали марганцем, ванадием, хромом и бором с дальнейшей разливкой ее в заготовки малого сечения. Разработаны предпочтительные режимы двустадийного охлаждения катанки. При этом в катанке обеспечивается как требуемый уровень механических свойств (сочетание высокой прочности и пластичности), так и удовлетворительная микроструктура, обеспечивающие высокую технологичность переработки катанки на метизном переделе по экономной технологии (исключение патентирования катанки). Установлено, что совместное легирование стали хромом (0.15...0.18 %) и микролегирование ванадием 0.04...0.06 %) в концентрацией меньших, чем при отдельном легировании стали этими элементами при умеренных добавках марганца (0.60...0.70 %) и бора (не более 0.0025 %) наиболее эффективно.

2. Впервые установлено, что при микролегировании высокоуглеродистой стали бором достигнут пластифицирующий эффект, который заключается в снижении плотности дислокаций в 1.1 раза, МКД кристаллической решетки феррита в 1.05 раза, микротвердости перлита в 1.32 раза, склонности к статическому деформационному старению по а„ в 1.5 раза. При этом содержание бора должно быть не более 0.0025 % для исключения «передозировки» В с образованием на границах зерен сегрегаций, пленочных и объемных выделений некогерентных фаз (боронитридов, карбоборонитридов).

В стали, содержащей ванадий, нитриды бора не успевают образоваться из-за преимущественного термодинамически обоснованного образования нитридов ванадия, при этом бор увеличивает пластичность катанки за счет модификации макростроения слитка и перераспределения примесей по границам зерен. В сталях же, микролегированных хромом, бор увеличивает пластичность катанки, работая по всем вышеперечисленным механизмам, включая деазотирующий эффект.

3. Показано, что наряду с температурой виткообразования на дисперсность перлита оказывают влияние углеродный эквивалент, содержание бора, интенсивность воздушного охлаждения и диаметр катанки. С увеличением углеродного эквивалента и интенсивности воздушного охлаждения дисперсность перлита увеличивается, а при увеличении диаметра катанки и передозировки массовой доли бора (более 0.0025 %) - уменьшается. Закономерности влияния бора на процессы структурообразования в высокоуглеродистой катанке установлены впервые в металлургической практике.

4. Установлено, что катанка наследует от НЛЗ дендритную микронеоднородность - структурную полосчатость, которая в процессе волочения преобразуется в неоднородность структуры - чередование светлых полос «шнуров», обогащенных по сравнению с основным металлом Мп, Р, Сг, V, 81. Область ликвационной полосчатости (ОЛП) в катанке, в основном, совпадает с ЗСК и зоной с остатками дендритного строения (смешанная зона -

ЗРК+ЗСК) НЛЗ. Именно в ОЛП, унаследованной от НЛЗ, в катанке преимущественно образуются мартенситные участки. Формирование ССЦ в катанке также связано с ОЛП.

В ходе проведенных исследований доказано, что развитая цементитная сетка (ССЦ) приводит к обрывности проволоки при ее дальнейшей переработке.

5. Установлены допустимые критерии оценки негативных структурных характеристик (степень развития ССЦ - не хуже класса С по методике № А-04-114; протяженность мартенситных структур - не более 50 мкм с коэффициентом физической неоднородности кф„ (по мартенситу и НВ в сумме)- не более 5 %; дисперсность перлита - 1-го балла - не менее 50 %, 6...9 баллов - не более 30 % по ГОСТ 8233), превышение которых приводит к ухудшению или невозможности дальнейшей переработки катанки.

6. Достигнуты положительные результаты переработки катанки на метизном переделе: обрывность по переделу составила: при волочении менее 0.2 т"1; при свивке прядей 0.5 т1; выход годной части - около 90 % вместо, соответственно, 1.5 и 2.1 т"1 и 75...80 %.

7. На основании проведенных исследований усовершенствована сквозная технология производства катанки из высокоуглеродистой стали, которая включает: микролегирование бором (до 0.0025 %); вакуумирование металла, предназначенного для производства высокопрочных арматурных канатов; применение ЭМП металла в кристаллизаторе; скорость разливки заготовок — 2.5...3.0 м/мин и перегрев над температурой ликвидуса не более 30°С; нагрев заготовок, посаженных через шаг или на каждый шаг в ПШП, до температуры 1180°С в течение 2.0...2.5 ч в близкой к нейтральной атмосфере; температура металла перед проволочным блоком - 950...970°С, а катанки на витко-укладчике - 900...970°С; скорость воздушного охлаждения от 900...970°С до 350...400°С - 8.5...13.5°С/с; охлаждение от 350...400°С до температуры окружающей среды - на спокойном воздухе.

Рассчитаны регрессионные линейные зависимости механических свойств катанки от химического состава стали и параметров технологии дву-стадийного охлаждения на линии Стелмор, а также коэффициенты упрочнения высокоуглеродистой катанки при волочении в проволоку и свивке в арматурные семипроволочные канаты (к1 = 1.69 - отношение <тв проволоки и катанки, к2 = 1.61 - отношение ств арматурного каната и катанки, кЗ = 0.95 -отношение ав арматурного каната и проволоки), что используется при выборе прочности исходной катанки под конкретные заказы.

Основное содержание работы изложено в следующих публикацииях:

1. Влияние микродобавок бора на механические и технологические свойства катанки/А.В. Кутаков, А.Б. Сычков, М.А. Жигарев и др.// Сталь. 2000. № 1. С. 66-67 (издание рекомендовано ВАК РФ).

2. Освоение производства катанки и проволоки из микролегированной бором качественной углеродистой электростали, разлитой в заготовки малого сечения/ В.В. Парусов, А.Б. Сычков, A.M. Нестеренко и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность. 2000. № 4. С. 48-51.

3. Сравнительный анализ нормируемых показателей качества катанки, проволоки и проволочных изделий из углеродистой стали/ А.Б. Сычков, О.В. Парусов, A.M. Нестеренко, М.А. Жигарев// Металлургическая и горнорудная промышленность. 2002. № 1. С. 52-55.

4. Модернизация оборудования и совершенствование технологии для производства качественного проката в условиях Молдавского металлургического завода (ММЗ)/ А.Б. Сычков, В.В. Парусов, М.А. Жигарев и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность. 2002. № 8-9. С. 306- 313.

5. Исследование возможности наиболее полного удаления окалины с поверхности катанки перед волочением/В .В. Парусов, А.Н. Савьюк, А.Б. Сычков, А.М. Нестеренко, A.A. Олейник, М.А. Жигарев, A.B. Перчат-кин//Металлург. 2004. № 6. С. 69-72 (издание рекомендовано ВАК РФ).

6. Сычков А.Б., Олейник A.A., Жигарев М.А. Об изменчивости механических свойств проката во времени// Труды пятого Конгресса прокатчиков, М: ОАО "Черметинформация". 2004г. С. 264-269.

7. Высокоуглеродистая катанка из стали, микролегированной ванадием/ В.В. Парусов, А.Б. Сычков, И.В. Деревянченко, A.B. Перчаткин, Э.В. Парусов, М.А. Жигарев// Металлург. 2004. № 12. С. 63-67(издание рекомендовано ВАК РФ).

8. Формирование оптимальной микроструктуры в высокоуглеродистой катанке/ В.В. Парусов, А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, A.B. Перчаткин// Сталь. 2005. № 1. С. 82-85 (издание рекомендовано ВАК РФ).

9. Новое применение бора в металлургии/ В.В. Парусов, А.Б. Сычков, И.В. Деревянченко, М.А. Жигарев// Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2005г. № 1(9). С. 15-17 (издание рекомендовано ВАК РФ).

10. Эффективность применения бора при производстве катанки/ В.В. Парусов, О.В. Парусов, Э.В. Парусов, В.Г. Черниченко, А.Б. Сычков, М.А. Жигарев// Металлургическая и горнорудная промышленность. 2005. № 5. С. 44-46.

11. Высокоуглеродистая катанка из стали с повышенным содержанием хрома/ А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, A.B. Перчаткин, В.А. Берковский, А.И. Крулик// Металлург. 2006. № 4. С. 59-62. (издание рекомендовано ВАК РФ).

12. Сычков А.Б., Жигарев М.А., Перчаткин A.B. Технологические особенности производства арматурного проката широкого назначения. Магнитогорск: Издательский центр ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. 499 с.

13. Обеспечение удаления окалины с поверхности катанки перед волочением/ А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, С.Ю. Жукова и др.// Метизы. 2007. № 2(15). С. 48-54.

14. Влияние дендритной ликвации непрерывно-литой заготовки на структурообразование в катанке из высокоуглеродистой стали/ А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, С.Ю. Жукова и др.//Металлург. 2008. № 5.С. 32-36 (издание рекомендовано ВАК РФ).

15. Формирование оптимальных свойств окалины на поверхности катанки/ А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, С.Ю. Жукова, A.B. Перчаткин, A.B. Перегудов, А.М. Нестеренко, В.В. Парусов. Бендеры: Полиграфист, 2008. 292 с.

16. Производство катанки качественного сортамента в условиях ОАО «Молдавский металлургический завод»/ А.Н. Савьюк, И.В. Деревянченко, А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, A.B. Перчаткин, О.Л. Кучеренко, И.В. Репин// Технологии и оборудование для прокатного производства: Материалы Меж-дунар. конференции. М: ООО «Теплоэнергетик». 2009. С.72-87.

17. Сычков А. Б., Жигарев М.А., Емелюшин А.Н. Высокоуглеродистая катанка для производства высокопрочных арматурных канатов// Материаловедение и термическая обработка металлов: Междунар. Сб. научных трудов /Под. Ред. А.Н. Емелюшина. Магнитогорск: МГТУ. 2009. С. 131-138.

18. Струюурообразование в высокоуглеродистой катанке для высокопрочных арматурных канатов/А.Н. Емелюшин, А.Б. Сычков, М.А. Жигарев ,

A.В Перчаткин. - В сб. научных трудов МНТК "Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы. Под общей ред. д.т.н., проф.

B.М. Шумягера. - Волгоград, 2009/2010. - С.45...49.

19. Сычков А. Б., Жигарев М.А., Емелюшин А.Н. Разработка технологии производства высокопрочной катанки//Материаловедение и термическая обработка металлов: Междунар. Сб. научных трудов /Под. Ред. А.Н. Емелюшина. Магнитогорск: МГТУ. 2009. С. 139-142.

20. Внедрение технологии производства катанки для высокопрочных арматурных канатов/А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, С.Ю. Жукова, О.Л. Кучеренко, И.В. Репин. - Сталь. - 2010. - № 1. - С. П...19 (издание рекомендовано ВАК РФ).

21. Высокоуглеродистая катанка для изготовления высокопрочных арматурных канатов/А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, A.M. Нестеренко, С.Ю. Жукова, A.B. Перегудов. - Бендеры: Полиграфист, 2010. - 280 с.

Подписано в печать 11.11.2011. Формат 60x84 1/16. Бумага тип. № 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 820.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ФГБОУ ВПО «МГТУ»

Перечень используемых сокращений

Введение

1. Способы увеличения прочности высокоуглеродистой стали.

Цель и задачи исследования.

1.1. Механизмы упрочнения стали, влияние химического состава на механические свойства и структурообразование в катанке при ТО катанки, микроликвационные процессы в НЛЗ и катанке.

1.2. Современные оборудование и технология производства катанки для высокопрочных арматурных канатов

1.3. Требования НД и потребителей к катанке для арматурных канатов.

2. Материал и методика исследования.

3. Формирование структуры и свойств высокоуглеродистой нелегированной катанки при ТО на линии Стелмор.

3.1. Экспериментальное исследование технологических параметров

ТО катанки, формирующих ее механические свойства и структуру.

3.2. Влияние режимов ТО катанки на развитие негативных структурных составляющих.

3.3. Влияние бора на структурообразование в высокоуглеродистой катанке при ее ТО на линии Стелмор.

4. Исследование особенностей формирования структуры и свойств в высокоуглеродистой катанке, микролегированной ванадием или/и низколегированной хромом, при ее ТО на линии Стелмор.

4.1. Особенности формирования структуры и свойств в катанке из высокоуглеродистой стали, микролегированной ванадием.

4.2. Особенности формирования структуры и свойств в катанке из высокоуглеродистой стали, низколегированной хромом

4.3. Особенности формирования структуры и свойств в катанке из высокоуглеродистой стали, совместно низколегированной хромом и микролегированной ванадием

5. Влияние дендритной ликвации непрерывно-литой заготовки на структурообразование в высокоуглеродистой катанке

6. Разработка химического состава и технологии ТО катанки в потоке линии Стелмор. Технологичность переработки катанки.

6.1. Разработка химического состава и технологии ТО катанки.

6.2. Качество катанки и ее технологичность при переработке

В данной работе развиты научно-практические аспекты производства высокоуглеродистой катанки, сочетающей высокие прочностные и пластические свойства, для изготовления стабилизированных арматурных канатов различных классов прочности (1670. .2000 МПа и выше).

Постановка задачи освоения производства из рядовой шихты-металлолома на производственном комплексе, не предназначенном, в основном, для изготовления металлопродукции ответственного назначения, высокопрочной катанки для арматурных канатов, требовала разработки и внедрения технологии, обеспечивающей соответствующие качественные показатели проката, и модернизацию установленного оборудования.

В результате исследований были разработаны эффективный химический состав стали, принципы её микролегирования, увеличения пластичности наряду с достижением заданного уровня прочности, технологический режим двуста-дийного охлаждения металлопроката на линии Стелмор с формированием наилучшей микроструктуры металла, обеспечивающие, в целом, высокую технологичность переработки катанки у потребителей [1. .4].

В работе развиты положения теории ТО проката в потоке производства, обеспечивающие значительный упрочняющий эффект, показана роль микродобавок таких упрочняющих элементов, как марганец, ванадий и хром. Рассмотрено влияние бора не в качестве прокаливающего элемента, а как модификатора, улучшающего макростроение непрерывно-литой заготовки (НЛЗ), и пластифицирующего катанку. Показано влияние этих элементов на структуру катанки и ее механические свойства. Проведены исследования микроликвацион-ных процессов указанных элементов в стали и катанке [5. .9].

Разработана и внедрена технология, обеспечивающая получение поверхностной окалины, легкоудаляемой как химическим (кислотное травление), так и механическим способами с поверхности катанки перед волочением [10, 11].

Актуальность темы. В последнее время возрос спрос на высокоуглеродистую катанку для стабилизированных арматурных канатов. Сооружение в массовом порядке, в первую очередь, в Европе вантовых мостов, железобетонных конструкций в промышленном и гражданском строительстве (автомагистрали, виадуки, домостроение и т.п.); вызвало острую потребность в арматурных 7-ми проволочных канатах диаметром 9.3. 19.0 мм и более классов прочности 1670.2000 МПа и выше. Для изготовления таких арматурных канатов необходима катанка диаметром 8. 15 мм преимущественно с пределом прочности 1150. 1200 МПа и выше [8, 12]. Обеспечение такой прочности для катанки, особенно больших диаметров, весьма затруднительно и поэтому актуально. Кроме того, необходимо учитывать то, что в процессе стабилизации канатов происходит снижение предела прочности до 5. 10 % от уровня прочности исходной проволоки.

Разработка и освоение технологических процессов производства высокоэффективных видов катанки в условиях ММЗ имеют ряд особенностей, связанных с малым сечением НЛЗ (квадрат 125x125 мм) [13] и использованием металлолома с повышенным содержанием цветных металлов (Сг, N1, Си) [14], насыщением стали азотом в процессе электродуговой выплавки [15].

В работе исследованы процессы структурообразования в высокоуглеродистой микролегированной катанке при различных режимах охлаждения.

Цель работы - повышение прочностных свойств высокоуглеродистой низколегированной катанки за счет совершенствования режимов охлаждения на поточной линии Стелмор.

1. Исследовать особенности структурообразования при поточной ТО катанки и их влияние на формирование качественных показателей катанки, а также на технологичность её переработки у потребителей.

2. Разработать эффективные химический состав стали и сквозную технологию производства высокоуглеродистой катанки.

3. Исследовать качество стали и НЛЗ с точки зрения их влияния на структурные показатели катанки.

4. Разработать регрессионные зависимости расчета качественных характеристик катанки от технологических параметров и химического состава стали с целью улучшения, и, в перспективе, автоматизации ведения технологического процесса термической обработки катанки.

Научная новизна:

- установлено отдельное и взаимное влияние углерода, марганца, ванадия, хрома на процессы упрочнения в высокоуглеродистой катанке; при максимально - возможной охлаждающей способности линии Стелмор в процессе поточной ТО катанки, упрочняющее действие С и V примерно одинаковое; а Сг -в 1.5 раза и Мп - в 4 раза меньшее, чем С и V каждого в отдельности;

- микролегирование стали бором в количестве до 0.0025 % приводит к снижению относительной микродеформации (МКД) решетки феррита, плотности дислокаций и микротвердости перлита в 1.05, 1.1 и 1.32 раз соответственно, чем в стали без бора как после двустадийного охлаждения, так и после патен-тирования, что увеличивает деформируемость такой катанки в процессе ее переработки;

- установлены и обеспечены разработанной технологией научно обоснованные допустимые критерии для безобрывного волочения проволоки и свивки арматурных канатов, к размерам и количеству негативных структурных составляющих (мартенсита, структурно-свободного цементита (ССЦ) и грубодис-персного перлита) в катанке: мартенситные участки протяженностью не более 50 мкм, коэффициент физической неоднородности кф„ (по мартенситу и неметаллическим включениям (НВ) в сумме)- не более 5 %; ССЦ в виде цементит-ной сетки - не более класса С по КБ А-04-114; перлит с дисперсностью (по ГОСТ 8233) 1-го балла - не менее 50 %, 6. .9 баллов - не более 30 %.

Практическая значимость и реализация работы в промышленности

На основании результатов проведенных исследований разработаны эффективные химический состав высокоуглеродистой стали и режимы ТО катанки, полученной из НЛЗ сечением 125x125 мм, на линии Стелмор.

Разработано техническое задание на реконструкцию существующей линии двустадийного охлаждения с целью достижения необходимого уровня свойств катанки, производимой в условиях ММЗ, и расширения ее марочного сортамента.

Разработана и внедрена система управления технологией ТО катанки, прогнозирования механических свойств и аттестации НЛЗ под прокатку конкретного заказа.

Разработана и внедрена в условиях ММЗ промышленная технология производства высокоуглеродистой катанки для производства высокопрочных арматурных канатов. Переработка катанки у потребителей показала ее высокую технологичность при изготовлении проволоки и стабилизированных канатов.

Полученные при выполнении настоящей работы результаты позволили расширить марочный сортамент и рынки сбыта выпускаемой ММЗ высококачественной продукции. Результаты научных исследований были использованы в разработке рекомендаций по модернизации и реконструкции существующего оборудования.

Суммарный экономический эффект от внедрения результатов исследования в условиях ММЗ составил 480 тыс. долларов США.

На защиту выносятся следующие основные положения

1. Влияние химического состава сталей на формирование механических свойств катанки, предназначенной для производства высокопрочных арматурных канатов. Разработка эффективного количественного состава легирующих элементов, упрочняющих катанку.

2. Закономерности формирования структуры и свойств проката в зависимости от системы низко- и микролегирования стали, технологических схем и режимов ТО на современной линии Стелмор.

3. Применение микролегирования высокоуглеродистой катанки бором для повышения ее пластичности.

4. Влияние показателей структуры готовой катанки на ее технологичность при производстве высокопрочных арматурных канатов.

5. Наследственное влияние ликвационной неоднородности НЛЗ сечением 125x125 мм на структуру и свойства высокоуглеродистой катанки.

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации доложены VI Конгрессе прокатчиков, Липецк, 2005 г.; Международной научно-технической конференции "Технология и оборудование прокатного производства", Москва, 2009 г.; 67-й научно-технической конференции ГОУ ВПО МГТУ, Магнитогорск, 2009 г.; Международной научно-технической конференции " Процессы абразивной обработки, инструменты и материалы", г.Волжский, Волгоградской обл., 2009г.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Получены новые научно обоснованные теоретические и экспериментальные результаты, позволившие разработать эффективный химический состав высокоуглеродистой катанки с использованием совместного легирования электростали марганцем, ванадием, хромом и бором, с дальнейшей разливкой ее в заготовки малого сечения. Разработаны предпочтительные режимы двустадийного охлаждения катанки. При этом в катанке обеспечивается как требуемый уровень механических свойств (сочетание высокой прочности и пластичности), так и удовлетворительная микроструктура, обеспечивающие высокую технологичность переработки катанки на метизном переделе по экономной технологии (исключение патентирования катанки). Установлено, что совместное легирование стали хромом (0.15.0.18 %) и микролегирование ванадием 0.04.0.06 %) в концентрацией меньших, чем при отдельном легировании стали этими элементами, при умеренных добавках марганца (0.60.0.70 %) и бора (не более 0.0025 %) наиболее эффективно.

2. Впервые установлено, что при микролегировании высокоуглеродистой стали бором достигнут пластифицирующий эффект, который заключается в снижении плотности дислокаций в 1.1 раза, МКД кристаллической решетки феррита в 1.05 раза, микротвердости перлита в 1.32 раза, склонности к статическому деформационному старению по ав в 1.5 раза. При этом содержание бора должно быть не более 0.0025 % для исключения «передозировки» В с образованием на границах зерен сегрегаций, пленочных и объемных выделений некогерентных фаз (боронигридов, карбоборонитридов).

В стали, содержащей ванадий, нитриды бора не успевают образоваться из-за преимущественного термодинамически обоснованного образования нитридов ванадия, при этом бор увеличивает пластичность катанки за счет модификации макростроения слитка и перераспределения примесей по границам зерен. В сталях же, микролегированных хромом, бор увеличивает пластичность катанки, работая по всем вышеперечисленным механизмам, включая деазоти-рующий эффект.

3. Показано, что наряду с температурой виткообразования на дисперсность перлита оказывают влияние углеродный эквивалент, содержание бора, интенсивность воздушного охлаждения и диаметр катанки. С увеличением углеродного эквивалента и интенсивности воздушного охлаждения дисперсность перлита увеличивается, а при увеличении диаметра катанки и передозировки массовой доли бора (более 0.0025 %) - уменьшается. Закономерности влияния бора на процессы структурообразования в высокоуглеродистой катанке установлены впервые в металлургической практике.

4. Установлено, что катанка наследует от НЛЗ дендритную микронеоднородность - структурную полосчатость, которая в процессе волочения преобразуется в неоднородность структуры - чередование светлых полос «шнуров», обогащенных, по сравнению с основным металлом, Мп, Р, Сг, V, 81. Область ликвационной полосчатости (ОЛП) в катанке, в основном, совпадает с ЗСК и зоной с остатками дендритного строения (смешанная зона - ЗРК+ЗСК) НЛЗ. Именно в ОЛП, унаследованной от НЛЗ, в катанке преимущественно образуются мартенситные участки. Формирование ССЦ в катанке также связано с ОЛП.

В ходе проведенных исследований доказано, что развитая цементитная сетка (ССЦ) приводит к обрывности проволоки при ее дальнейшей переработке.

5. Установлены допустимые критерии оценки негативных структурных характеристик (степень развития ССЦ - не хуже класса С по методике А-04-114; протяженность мартенситных структур - не более 50 мкм с коэффициентом физической неоднородности кфН (по мартенситу и НВ в сумме)- не более 5 %; дисперсность перлита - 1-го балла - не менее 50 %, 6.9 баллов - не более 30 % по ГОСТ 8233), превышение которых приводит к ухудшению или невозможности дальнейшей переработки катанки.

6. На основании проведенных исследований усовершенствована сквозная технология производства катанки из высокоуглеродистой стали, которая включает: микролегирование бором (до 0.0025 %); вакуумирование металла, предназначенного для производства высокопрочных арматурных канатов; применение ЭМП металла в кристаллизаторе; скорость разливки заготовок

2.5.3.0 м/мин и перегрев над температурой ликвидуса не более 30°С; нагрев заготовок, посаженных через шаг или на каждый шаг в ПШП, до температуры 1180°С в течении 2.0.2.5 ч в близкой к нейтральной атмосфере; температура металла перед проволочным блоком - 950.970°С, а катанки на виткоукладчи-ке - 900. .970°С; скорость воздушного охлаждения от 900. .970°С до 350.400 °С - 8.5.13.5°С/с; охлаждение от 350.400°С до температуры окружающей среды - на спокойном воздухе.

7. Достигнуты положительные результаты переработки катанки на метизном переделе: обрывность по переделу составила: при волочении менее 0.2 т"1; при свивке прядей 0.5 т"1; выход годной части - около 90 % вместо соответственно 1.5 и 2.1 т"1 и 75.80 %.

Рассчитаны регрессионные линейные зависимости механических свойств катанки от химического состава стали и параметров технологии дву-стадийного охлаждения на линии Стелмор, а также коэффициенты упрочнения высокоуглеродистой катанки при волочении в проволоку и свивке в арматурные семипроволочные канаты (kj = 1.69 - отношение ав проволоки и катанки, к.2 = 1.61 - отношение ав арматурного каната и катанки, к3 = 0.95 - отношение <тв арматурного каната и проволоки), что используется при выборе прочности исходной катанки под конкретные заказы.

1. Структурообразование в высокоуглеродистой катанке для высокопрочных арматурных канатов/А.Н. Емелюшин, А.Б. Сычков, М.А. Жигарев ,

2. A.В Перчаткин. В сб. научных трудов МНТК "Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы. Под общей ред. д.т.н., проф. В.М. Шумягера. - Волгоград, 2009/2010. - С.45.49.

3. Сычков А. Б., Жигарев М.А., Емелюшин А.Н. Разработка технологии производства высокопрочной катанки//Материаловедение и термическая обработка металлов: Междунар. Сб. научных трудов/ Под ред. А.Н. Емелюшина. -Магнитогорск, МГТУ, 2009. С. 139. 142.

4. Внедрение технологии производства катанки для высокопрочных арматурных канатов/А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, С.Ю. Жукова, O.JI. Кучеренко, И.В. Репин. Сталь. - 2010. - № 1. - С. 77.79

5. Влияние микродобавок бора на механические и технологические свойства катанки/А.В. Кутаков, А.Б. Сычков, М.А. Жигарев и др.// Сталь. 2000. -№ 1. - С. 66.67.

6. Высокоуглеродистая катанка из стали, микролегированной ванадием/

7. B.В. Парусов, А.Б. Сычков, И.В. Деревянченко, A.B. Перчаткин, Э.В. Парусов, М.А. Жигарев. Металлург. - 2004. - № 12. - С. 63. .67.

8. Высокоуглеродистая катанка из стали с повышенным содержанием хрома/ А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, A.B. Перчаткин, В.А. Берковский, А.И. Крулик. Металлург. - 2006. - № 4. - С. 59. .62.

9. Высокоуглеродистая катанка для изготовления высокопрочных арматурных канатов/А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, A.M. Нестеренко, С.Ю. Жукова, A.B. Перегудов. Бендеры: Полиграфист, 2010. - 280 с.

10. Влияние дендритной ликвации непрерывнолитой заготовки на структурообразование в катанке из высокоуглеродистой стали/ А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, С.Ю. Жукова и др.//Металлург. 2008. - № 5. - с. 32. .36.

11. Исследование возможности наиболее полного удаления окалины с поверхности катанки перед волочением/В .В. Парусов, А.Н. Савьюк, А.Б. Сычков и др.//Металлург. 2004. - № 6. - С. 69. .72.

12. Формирование оптимальных свойств окалины на поверхности катанки/ А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, С.Ю. Жукова, A.B. Перчаткин, A.B. Перегудов, A.M. Нестеренко, В.В. Парусов Бендеры: Полиграфист, 2008. - 292 с.

13. Сычков А.Б., Жигарев М.А, Перчаткин A.B. Технологические особенности производства арматурного проката широкого назначения. Магнитогорск: Издательский центр ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. - 499 с.

14. Термомеханическая обработка проката из непрерывнолитой заготовки малого сечения. В. В.Парусов, А. К. Белитченко, H.A. Богданов, А.Б. Сычков, А. М. Нестеренко, О. В .Парусов. Запорожье: ЗГУ, 2000. 142 с.

15. О целесообразности ограничения содержания примесей цветных металлов в углеродистой катанке/ Н. А. Богданов, А. В. Кутаков, А. Б. Сычков, М. А. Жигарев, В. В. Парусов, А. М. Нестеренко// Сталь. 2000. - № 1. -С. 67. 69.

16. Снижение содержания азота при производстве электростали/ Р.В. Старов, И.В. Деревянченко, А.Б. Сычков, А. В. Гальченко, O.JI. Кучеренко -Труды VII Конгресса сталеплавильщиков. Магнитогорск. - 2003. - С. 291.293.

17. Производство метизов/Х. С. Шахпазов и др. М.: Металлургия, 1977.-390 с.

18. Мадатян С.А. Арматура железобетонных конструкций. М.: Воен-техлит, 2000. - 256 с.

19. Высокопрочная арматурная сталь/А.А. Кугушин, И.Г. Узлов, В.В. Калмыков и др. М.: Металлургия, 1986. - 272 с.

20. Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. М.: Металлургия, 1982. - 584 с.

21. Тушинский Л.И. Теория и технология упрочнения металлических сплавов. Новосибирск: Наука, 1990. - 306 с.

22. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей. -М.: Металлургия, 1982. 182 с.

23. Possibilities of Further increase in Strength of Steels/Maki T.// Ferrum = Bulletin of the Iron and Steel Institute of Japan. 1998.3. №11/ p. 781. .786.

24. Меськин B.C. Основы легирования стали. M.: Металлургия, 1964.684 с.

25. Вязников Н. Ф. Легированная сталь. М.: Металлургиздат, 1963.- 267с.

26. Голиков И.Н., Гольдштейн М.И., Мурзин И.И. Ванадий в стали. М.: Металлургия. 1968.-291 с.

27. Филиппенков A.A., Дерябин Ю.А., Смирнов Л.А. Эффективные технологии легирования стали ванадием. Государственный научный центр РФ ОАО "Уральский институт металлов". Екатеринбург. 2001 - 207 с.

28. Смирнов Л.А. Эффективность применения ванадия для легирования стали. Электрометаллургия. 2003. № 2. - С. 4. 11.

29. Особенности фазовых превращений в высокоуглеродистой стали, легированной хромом./ В.А. Луценко, М.Ф. Евсюков, Т.Н. Панфилова// МИТОМ. -2009.-№ 1.-с. 41.45.

30. Сибата К. Поведение бора в стали и его влияние на структуру и свойства// Институт черной металлургии Японии. 2000.

31. Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Борсодержащие стали и сплавы. М.: Металлургия, 1986. - 192 с.

32. Гольдштейн Я.Е., Мизин В.Г. Использование железоуглеродистых сплавов. М.: Металлургия, 1993. - 416 с.

33. Бор, кальций и цирконий в чугуне и стали/ Под ред. С. М. Винарова. М.: Металлургиздат, 1961. - 324 с.

34. Литвиненко Д.А. Бор в малоуглеродистой стали для глубокой штамповки/Сталь. 1964.-№ 4. - С. 357.361.

35. Золле К. X. Производство цементуемых и улучшаемых сталей, легированных бором. М.: Черметинформация, Вып. 13 (106). - 1981 - 25 с.

36. Явойский В.И. Теория процесса производства стали. 2-е изд. пере-раб. и доп. М.: Металлургия, 1976. - с. 73-86.

37. Frank A. R., Kirkcaldy A. The effect of boron on the properties of electric arc-sourced plain carbon wiredrawing qualities// Wire Journal International. 1998.- №5.-P. 100.113.

38. Ершов Г.С., Позняк Л.А. Микронеоднородность металлов и сплавов.- М.: Металлургия, 1985. 214 с.

39. Голиков И.Н., Масленков С.Б. Дендритная ликвация в сталях и сплавах. М.: Металлургия, 1977. - 224 с.

40. Теория и практика непрерывного литья заготовок/ А.Н. Смирнов, А.Я. Гладков, В.Л. Пилюшенко и др. Донецк: ООО "Лебедь", 2000. - 371 с.

41. Заика В. И., Кащенко Ю. А., Брехаря Г. П. Водород в промышленных сталях. Запорожье: ЗГУ, 1998, 192 с.

42. Евтеев Д.П., Колыбалов И.Н. Непрерывное литье стали. М.: Металлургия, 1984. 200 с.

43. Дефекты стали/Справочник под ред. С.М. Новокрещеновой и М.И. Виноград. -М.: Металлургия, 1984. 196 с.

44. Шмрга Л. Затвердевание и кристаллизация стальных слитков. М.: Металлургия, 1985. - 342 с.

45. Непрерывная разливка стали на радиальных установках/В.Т. Слад-коштеев, Р.В. Потанин, О.Н. Суладзе и др. М.: Металлургия, 1974. - 288 с.

46. Власов H.H., Король В.В., Радя B.C. Разливка черных металлов. Справ. Изд. 2-е изд. Перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1987. - 272 с.

47. Основные положения технологии производства катанки широкого марочного сортамента на проволочных станах нового поколения/С.М. Жучков,

48. A.A. Горбанев, Б.Н. Колосов, И.В. Кошелев М.: Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2008. - № 3. - С. 47. .52.

49. Иводитов А. Н., Горбанев А. А. Разработка и освоение технологии производства высококачественной катанки. М.: Металлургия, 1989. - 256 с.

50. Лузгин В. П., Явойский В. И. Газы в стали и качество металла. М.: Металлургия, 1983. - 232 с.

51. Обеспечение удаления окалины с поверхности катанки перед волочением/ А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, С.Ю. Жукова и др.// Метизы. 2007. - № 2(15).-С. 48.54.

52. Атмосферная коррозия катанки и ее влияние на качество проволоки /

53. B.В.Парусов, А.М.Нестеренко, А.Б.Сычков, А.А.Олейник, О.В.Парусов. Теория и практика металлургии. - 2000. - №4(18). - С. 42. .44.

54. Управляемое термическое упрочнение проката/ И.Г. Узлов, В.В. Парусов, Р.В. Гвоздев, О.В. Филонов. К: Техника, 1989. 118 с.

55. Артамонова Е.А., Бухвостов И.Г. Регулируемое охлаждение катанки и мелкого сорта в СССР и за рубежом. /Ин-т Черметинформация. М.: 1991 (Обзор. Информ. Сер. Металловедение и термическая обработка. Вып. 2, 28 с.)

56. Науман Э, Гек Г.Г., Лангхаммер Г.Ю. Гофман Э.Э. «Черные металлы», 1970.-№ 26. - С. 17.30.

57. Danieli structure control system. DSC. Lestani Massimo manager of metallurgical department. Rolling mill division. . Danieli - Morgardshammar. Butrio. Italy. 1995.-51 p.

58. Исследование, разработка и внедрение АСУ режимом термического упрочнения проката на сортовом стане 250-5/ Отчет о НИР № ГР 01850076352, Кривой Рог. 1985. - Криворожский филиал Киевского института автоматики.

59. Патент США № 3669762. Method for heat-treating of hot rolled ! rods. 1972-06-13. US3669762 (A).

60. Патент Великобритании № 131527. Improvements in or relating to the Continuous Patenting of Rolled Wire. 1969-07-23. GB1158942 (A).

61. Баскаков А.П. Скоростной безокислительный нагрев и термическая обработка в кипящем слое. М.: Металлургия, 1968. 223 с.

62. А. С. 492555 СССР, Кл. С21 D 1/02. Способ обработки катанки.

63. Патент США № 3735966. Method for heat treating steel wire rod. 197305-29. US3735966 (A)

64. Патент Великобритании № 1199750. Improvements in or relating to the continuous patenting of rolled wire. 1970-07-22. GB1199750 (A).

65. New process of in-line heat, treatment in wire rod mills. By J. Tominaga, K. Matsuoka, S. Inoue/ Wire Journal International. № 2. -1985. - P. 62.72.

66. Структура и технологическая пластичность ускоренно охлажденной углеродистой катанки/ В.В. Парусов, В.К. Бабич, А.И. Сивак и др. Сталь.1982.-№9.-С. 78.80.

67. Микроструктура канатной катанки, сорбитизированной с прокатного нагрева/ Г.П. Борисенко, А.А. Горбанев, В.А. Кулеша и др. Сталь. - 1987. - № 10.-С. 84.87.

68. Зубов В.Я. Физические основы пластичности и прочности патенти-рованной проволоки/ Сб. научных трудов. Стальные канаты: Киев: «Техшка», - 1965. - вып. 2. - С. 348.354.

69. Оптимизация структуры углеродистой катанки при двустадийном охлаждении/В. В .Парусов, В.А.Луценко, В.А.Тищенко, А.Б. Стеблов. Сталь. -2003.-№4. -С. 62.64.

70. Особенности образования сорбита отпуска в ускоренно охлажденной канатной катанке/ В.В. Парусов, А.И. Сивак, A.M. Солосин, В.А. Луценко. В сборнике научных трудов. Термическая обработка проката - М.: Металлургия,1983.-С. 19.21.

71. Гудремон Э. Специальные стали. Пер. с немецкого. Т. I и II. М.: Металлургия, 1996. - 1274 с.

72. Белалов Х.Н. Формирование свойств канатной проволоки/ Стальные канаты: Сб. Одесса: Астропринт, 2001. - С. 105. 116.

73. Влияние параметров нагрева на обезуглероживание поверхности ка-танки/И.В. Котов, В.В. Филиппов, Н.В. Воронов, В.И. Щербаков// Сталь. -2002.-№ 10.-С. 65.69.

74. Тищенко В. А. Современное состояние и тенденция развития производства катанки// Сталь. 2002. - № 10. - С. 46. .50.

75. Окисление и обезуглероживание стали/ А.И. Ващенко, Ф.Г. Зеньков-ский, А.Е. Лившиц, Л.А. Шульте. М.: Металлургия, 1972. - 336 с.

76. Новая печь с шагающим подом/ Г. А. Курбатов, И. В. Котов, В. С. Тимофеев, В. И. Щербаков// Сталь. 2002. - № 10. - С. 64. .65.

77. Чернов П.П., Ларин Ю.И., Поляков В.Н. Влияние условий смотки и ускоренного охлаждения на фазовый состав и свойства прокатной окалины// Производство проката. 2001г. - №12 - С. 35.38.

78. Налча Г. И. Комплексное исследование окалины, образующейся при горячей прокатке// Новости черной металлургии России и зарубежных стран. -1999.-№2.-С. 102. 112.

79. Влияние распределения плотности металла по ширине роликового конвейера на равномерность охлаждения витков катанки/ С.М. Жучков, В.В. Филиппов, А.А. Горбанев, В.А. Тищенко, А.Б. Стеблов. Литье и Металлургия. -2002.- № 1.-С. 91.94.

80. Sam-Kyu Cho. Effect of wire rod size and its packing density on the tensile strength deviation of high carbon steel wire rod in the Stelmor process / Wire Journal International. -1998. № 2. - P. 114. 120.

81. Технические предложения по совершенствованию оборудования термообработки катанки на участке воздушного охлаждения линии Стелмор стана 150 Молдавского металлургического завода. НПП «АТТА». Екатеринбург, 1998. - 15 с.

82. Nakamura Y., Sannomiya A., Takahashi Н. The manufacture of high quality steel wire rods using the newly developed controlled rolling process (KKP).-Conference Proceeding, 50-th Annual Convention. Ohio. - 1980. - Okt.5.9. -P. 118.123.

83. Сычков А.Б., Костыря В.Ю., Парусов Э.В. Оптимизация качественных характеристик углеродистой катанки из непрерывнолитой заготовки малого сечения/Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб.; Вып. 22. Ч. I. Днепропетровск. - 2003. - С. 100. 104.

84. Формирование оптимальной микроструктуры в высокоуглеродистой катанке В.В. Парусов, А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, А.В. Перчаткин. Сталь. -2005. -№ 1.-С. 82.85.

85. Гуляев А. П. Металловедение. М.: Металлургия, 1977. - 647 с.

86. Громов Н.П. Теория ОМД. М.: Металлургия, 1967. - 340 с.

87. Шаповалов В.И. Влияние водорода на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов. М.: Металлургия, 1982. - 232 с.

88. Шаповалов В.И., Трофименко В.В. Флокены и контроль водорода в стали. М.: Металлургия, 1987. - 160 с.

89. Смирнов А.Н. Улучшение качества слитков и заготовок путем виброимпульсного воздействия при их затвердевании//Сталь. 1997. - № 4. -С. 14.20.

90. Sivesson P., Wass S., Rogber В. Improvement of Center Porosity in Continuously Casting Blooms by Mechanical Soft Réduction at the End of the Solidification Process/ 3rd European Conf. on Continuous Casting. Madrid. Spain: 1998. -P. 213.223

91. Электромагнитное перемешивание на сортовых, блюмовых и слябо-вых MHJI3/ В.Г. Грачев, И.Н. Шифрин, Б.А. Сивак, Л.И. Кузьмина, Ф.С. Солодовник// Сталь. 2002. - № 11. - С. 21. .26.

92. Ефимов В. А., Эльдарханов А. С. Современные технологии разливки и кристаллизации сплавов. М.: Машиностроение, 1998. - 360 с.

93. Нестеренко А.М., Сычков А.Б. Размерно-геометрические аспекты легирования стали бором и медью//Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научных трудов, Вып. 7. Днепропетровск: Bi3ioH, 2004. - С. 181. .183.

94. Металловедение и термическая обработка: Справ, изд. в 3-х томах под ред. М. Л. Бернштейна, А. Г. Рахштадта. М.: Металлургия, 1983. - 352 с.

95. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.И. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. М.: МИСиС, 1994. - 328 с.

96. Гольдштейн Я.Е. Микролегирование стали и чугуна. М.:. Машгиз, 1959.- 197 с.

97. Об изменчивости механических свойств проката во времени. Труды пятого Конгресса прокатчиков (Череповец, 21.24 октября 2003г.), Москва,2004г., ОАО "Черметинформация", А.Б. Сычков, А.А. Олейник, М.А. Жига-рев-С. 264. 269.

98. Обеспечение показателей качества катанки для металлокорда/В.В. Парусов, И.В. Деревянченко, А.Б. Сычков, A.M. Нестеренко, Э.В. Парусов, М.А. Жигарев// Металлург. 2005, № 11. С. 45. .51.

99. Агамиров JI.B. Методы статистического анализа механических испытаний. Спр. Изд.-М.: Интермет Инжиниринг, 2004.-128 с.

100. Куме X. Статические методы повышения качества. М.: Финансы и статистика, 1990. - 304 с.

101. Губенко С.И. Трансформация неметаллических включений в стали. -М.: Металлургия, 1991. 225 с.

102. В качестве базовой рядовой катанки выбрана катанка из стали марки С82Б по ЕЙ 10016.

103. Ниже приведены расчеты экономического эффекта (Э) для вышеперечисленного высокоэффективного вида металлопродукции, основываясь на объеме их годового производства (V) и разнице цены (ЛЦ) и себестоимости (АС) по сравнению с рядовой (базовой) катанкой.

104. Ен нормативный коэффициент экономической эффективности;

105. К — удельные капитальные вложения на внедрение производства продукции повышенного качества.

106. Планируемый объем производства данного вида продукции 15 ООО т/год может быть произведен с применением различных способов микролегирования стали.

107. Э, = (60 35У15 000 = 375 000 $/год.

108. Э2 = (60 13)-15 000 = 705 000 $/год.

109. Э3 = (60 28)-15 ООО = 480 ООО $/год.

110. Таким образом, экономический эффект в зависимости от способа микролегирования составляет от 375000 до 705000 $/год.

111. Подписи А. В. Юдина и А.В. Савчука заверяю.

112. И.о. начальника отдела управления персоналом1. С.В.Харламова

113. Зам. технического директора по управлению качеством1. Начальник СПЦ1. В. А. Берковский

114. Подписи А. Н. Савьюка, И.В. Деревянченко, A.A. Олейника, А.Н. Сапрыгина и В.А. Берковского заверяю.1. И.о. начальника отдела /управления персоналом —С.В.Харламова