автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Развитие научных основ и технологических решений производства экономнолегированных листовых сталей гарантируемых классов прочности

Государственная металлургическая академия Украины

Рг* 0/1

Я По-

На пр£.яах рукописи

ЛЕВЧЕНКО Геннадий Васильевич

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРОИЗВОДСТВА ЭКОНОМНОЛЕГИРОВАННЫХ ЛИСТОВЫХ СТАЛЕЙ ГАРАНТИРУЕМЫХ КЛАССОВ ПРОЧНОСТИ

05.16.0! - «Металловедение и термическая обработка металлов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технич. ких наук

Днепропетровск 1997

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Институте черной металлургии им. З.И. Некрасова Национальной Академии наук Украины

Официальные оппоненты:

Академик Международной инженерной

академии, доктор технических наук, профессор В.И. Большаков Заслуженный деятель науки и техники

Украины, доктор технических наук, профессор С.С. Дьяченко

Доктор технических наук, профессор С.И. Губенко

Ведущая организация - Запорожский Государственный технический университет Министерства образования Украины

Зашита диссертации состоится "О?" /О 1997 г. в /<?часов на заседании специализированного ученого совета Д 03.11.01 при Государственной металлургической академии Украины по адресу: 320635, Днепропетровск, пр. Гагарина, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан "__"__1997 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета, доктор технических паук, профессор

М.М. САФЬЯН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Применение проката повышенной прочности позволяет решать проблему повышения надежности конструкций при одновременном снижении их металлоемкости. Заметный прогресс в его производстве наметился в связи с организацией на металлургических предприятиях контролируемой прокатки и термической обработки готового проката - нормализации и термического улучшения.

Вместе с тем, развитие автомобилестроения, строительства и машиностроения сопровождалось ужесточением технических требований к конструкционным сталям, которые не могли быть обеспечены существующим марочным сортаментом и традиционными технологическими процессами. Были выдвинуты новые, более жесткие, требования к металлу для несущих конструкций, в первую очередь к стабильному обеспечению требуемых классов прочности. Кроме этого, низкие прочностные характеристики листовых сталей не позволяли создать и освоить новые модели грузовых автомобилей, а также снизить металлоемкость легковых. Причем, изготовление деталей методом холодной штамповки на автоматизированных линиях автозаводов повысило требования к пластичности и однородности свойств применяемого листового проката.

Несмотря на большое количество исследований по разработке и применению низколегированных сталей, вопросы более полного использования потенциальных возможностей состава сталей, гарантированного обеспечения требуемого класса прочности и уменьшения колеблемости свойств листового проката, при одновременном снижении расхода дефицитных легирующих элементов, не получили должного раззития.

В связи с этим, изучение в настоящей работе закономерностей комплексных процессов структурообразования и формирования свойств в сталях, легированных марганцем и кремнием, и разработка на их основе составов и технологий производства листового конструкционного проката различных классов прочности и высокой пластичности, а также разработка способов стабилизации

уровня свойств представляет собой актуальную задачу, имеющую большое научное и практическое значение.

• Цель работы. Разработка научных положений формирования заданной структуры и свойств низколегированных сталей путем оптимизации химического состава и целенаправленного управления фазовыми и структурными превращениями при кристаллизации, деформации и термической обработке. Создание на этой основе и промышленное освоение новых экономнолегированных конструкционных листовых сталей, гарантируемых классов прочности.

На защиту выносятся:

1. Выявленные закономерности формирования структуры и развития ликвации при кристаллизации и фазовых превращениях в малоуглеродистых низколегированных сталях. Особенности образования концентрационно- структурной неоднородности. Разработанные рекомендации по базовому составу сталей для конструкционного листового проката повышенной прочности.

2. Закономерности влияния химического состава и параметров горячей деформации на процессы статического разупрочнения стали и обобщенная математическая модель изменения сопротивления деформации стали при многократном деформировании в условиях неполного разупрочнения.

3. Рекомендации по повышению стабильности свойств и обеспечению требуемого уровня прочности конструкционного листового проката, разработанные на основании установленных зависимостей комплексного влияния химического состава и технологических параметров горячей прокатки и термообработки на структуру и свойства стали.

4. Результаты промышленного освоения новых экономнолегированных листовых сталей повышенной прочности для холодной штамповки деталей автомобилей, а также горячекатаных конструкционных листовых сталей, поставляемых по группам и классам прочности.

Научная новизна.

- Сформулированы теоретические представления о комплексном влиянии базовых (углерод, марганец, кремний) элементов на процессы оруктурообра-зования при кристаллизации и фазовых превращениях, развития концентраци-

онно-структурной неоднородности,- определяющих комплекс свойств проката. Установлено влияние марганца и кремния на положение концентрационной границы между областью образования феррита (5) и перитектического аусте-нита в процессе кристаллизации стали.

- Обоснована целесообразность уменьшения содержания марганца в конструкционной стали, с компенсацией его упрочняющего влияния элементами а- стабилизирующего типа - прежде всего кремнием.

- Установлена наследственная взаимосвязь процессов структурообразова-ния на протяжении всего металлургического цикла производства и изменения свойств листовой низколегированной стали.

- Обоснована возможность управления эффектами наследственной кон-центрационно - структурной неоднородности двумя основными способами -регулированием первичной структуры и параметрами последующей деформационно - термической обработки.

- Определены основные требования к базовому химическому составу и структуре конструкционной листовой стали различного назначения.

- Установлены новые закономерности влияния химического состава и параметров горячей деформации на статическое разупрочнение сталей. Впервые разработана методика расчета сопротивления деформации стали при многократном ее деформировании в условиях неполного завершения процесса разупрочнения, учитывающая содержание химических элементов.

- Выявлены особенности влияния деформации и охлаждения на процессы превращения аустенита в низкоуглеродистых сталях различных систем легирования. Установлены закономерности влияния колебаний химического состава (в пределах марочного) и изменения режимов горячей прокатки на структуру и свойства углеродистых и низколегированных сталей. Разработаны параметры процесса производства горячекатаной листовой стали гарантируемых классов прочности.

- Установлена взаимосвязь прочностных характеристик нормализованной и горячекатаной стали и обоснованы способы регулирования параметров термообработки в зависимости от условий горячей прокатки листов.

- Определено влияние колебания (в пределах марочного состава) содержания химических элементов и изменения параметров термической обработки на структуру и свойства листовой легированной марганцем и титаном низкоуглеродистой стали. Предложены новые технологические решения по термической обработке этого проката, гарантированно обеспечивающие требуемый комплекс прочностных и пластических характеристик.

- Разработаны новые экономнолегированные составы конструкционных сталей и способы стабилизации механических свойств листового проката, защищенные авторскими свидетельствами.

Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты позволили:

- разработать технологический процесс и освоить в условиях Карагандинского металлургического комбината производство листовой и полосовой стали повышенной прочности для холодной штамповки деталей автомобильных рам;

- разработать технологию прокатки и освоить на Новолипецком металлургическом комбинате производство горячекатаной тонколистовой стали повышенной прочности для дисков автомобильных колес;

- разработать требования технических условий на качественную конструкционную сталь марок 15ГЮТ (ТУ 14-1-2366-78) 20ГЮТ (ТУ 14-13839-84) и горячекатаную травленую ленту из низколегированных сталей марок ОбСЮТч и ОбСЮЦч (ТУ 14-1-4936-90);

- разработать рациональные технологические режимы и освоить на Кар-меткомбинате производство листовой конструкционной стали дифференцированной по группам прочности по ТУ 14-1-3023-60 и повышенной прочности по ГОСТ 19281-89;

- повысить грузоподъемность и технические характеристики большегрузных автосамосвалов КАМАЗ ча счет применения разработанной высокопрочной листовой стали. Доля эффекта, приходящаяся на разработку и создание новой стали - 10,4 млн. р\и. (в ценах 1990 г.);

- получить наДСарМК эффект-за счет экономии легирующих элементов, улучшения качества металла и. производства листового проката гарантируемых классов прочности (1,5 млн. руб. а ценах 1990 г.);

- снизить металлоемкость и повысить надежность дисков колес автомобилей ВАЗ;

- опробовать в условиях предприятий Украины технологию производства полос из стали 15ГЮТ для вагоностроения и стали типа 06СЮТ для дисков автомобильных колес.

Апробация работы

Материалы работы доложены и обсуждены на Всесоюзных (г. Москва -1992, г. Челябинск - 1989 г., г. Днепропетровск - 1981 г.) и Республиканской (Донецк - 1982 г.) конференциях. На научных семинарах отделов металловедения и термической обработки ИЧМ в 1978-96 г.г.

Результаты исследований являются составной частью работ, удостоенных Государственной премии Казахстана в области науки и техники, золотой и серебряной медалей ВДНХ СССР, премии ВНТО черной металлургии им. Д.К. Чернова.

Публикации. По теме диссертации опубликовано: 1 брошюра и 50 статей, получено 10 а. с. СССР и 3 патента России на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации 251 страница машинописного текста, 98 рисунков и 43 таблицы. Список литературы содержит 424 наименования.

Диссертация представляет собой обобщение научных результатов, полученных автором при выполнении научно-исследовательских работ в Институте черной металлургии в период с 1975 по 1996 года. В работе использованы результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных под руководством или при участии автора.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

' Большой вклад а развитие теории легирования и микролегирования, а также в создание низколегированных сталей повышенной прочности внесли работы С.А. Голованенко, Д.А. Литвиненко, М.И. Гладштейна, В.Л. Пилюшен-ко, Ю.З. Бабаскина, Н.М. Фонштейн, Ю.И. Матросова, Ф.Б. Пикеринга и др.

Вопросы структурообразования и формирования свойств сталей в процессе горячей деформации и различных способов термической обработки глубоко изучены в работах К.Ф. Стародубова, Г.С. Ершова, Л.А. Поздняка, М.Л. Берн-штейна, И.Г. Узлова, В.И. Большакова и др.

Вместе с тем, обзор проблемы производства конструкционного листового проката показал, что необходимость повышения эффективности его применения в машиностроении и автомобилестроении требует обеспечения в состоянии поставки не только высокого, но и стабильно гарантируемого уровня прочностных свойств, а также пластичности, позволяющей перерабатывать сталь в холодном состоянии на высокопроизводительных автоматических линиях.

Ко времени начала постановки настоящей работы отечественная металлургическая промышленность не производила конструкционную листовую сталь с пределом текучести более 320-400 Н/мм2 , пригодную для холодной штамповки деталей автомобилей. Не были сформулированы требования к базовому химическому составу, структуре и параметрам обработки низколегированных листовых сталей, предназначенных для холодной штамповки изделий. Не было методики, позволяющей определять сопротивление деформации и оптимизировать температурно-скоростные параметры горячей прокатки низколегированных сталей в зависимости от их реального химического состава. В работах отечественных и зарубежных исследователей, как правило, рассматривалось влияние изменения параметров технологии на свойства стали постоянного состава или оценивалась роль колеблемости химсостава при стабильной технологии. Отсутствие учета влияния химической и структурной неоднородности стали, колеблемости содержания химических элементов в пределах марочного

состава, а также изменений технологических параметров прокатки и термообработки на уровень и стабильность механических свойств не позволяло производить листовой прокат дифференцированный по классам прочности с высокими эксплуатационными характеристиками.

Создание и освоение новых листовых сталей повышенной прочности для автомобилестроения и разработка мероприятий по расширению производства массовых видов листового проката с гарантируемым классом прочности представлялось возможным при условии разработки научных положений комплексных процессов структурообразования и формирования свойств на всех этапах производства металлопроката, что и явилось основной задачей диссертационной работы.

Влияние легирования на процессы кристаллизации и полиморфных превращений в железоуглеродистых сплавах

С использованием микроструктурного, микрорентгеноспектрального и дифференциально-термического методов исследовали особенности образования первичной структуры при кристаллизации, структурных изменений в процессе полиморфных превращений и концентрационно-структурной микронеоднородности в низкоуглеродистых легированных сталях. Использовали модельные сплавы Ре-С-81-Мп, содержащие % (масс.) 0,01-0,70 углерода, 0,108,0 марганца и (или) кремния, а также промышленные стали марок 08ГСЮТ, 09Г2, 17ГСидр.

Установлено, что исследованные материалы в зависимости от химического состава относятся к одной из двух фазовых областей образования первичной структуры - ферритной (доперитектической) или аустенитной (перитект'ической). В первой происходит одностадийная кристализация - Ж -> 5 , во второй - двухстадийная - Ж —» 5, Ж+5 -» у. Показано, что в обоих случаях первичный феррит образуется в форме дендритов. В области Ж + 5 + у фер-ригные дендриты - база для образования перитектического аустенита, который зарождается на поверхности 5/Ж и в виде ободков врастает в обе фазы.

Изучено междуфазовое перераспределение Мп и на обеих стадиях кристаллизации. Показано, что величина дендритной ликвации (коэффициент Кд -

С/Сз, где С/ - концентрация элемента в оси деяприта, Сз - в межосном пространстве) для феррита составляет К=0,80-0,95. С повышением содержания всех трех элементов (С, Мп, 81) величина Кд уменьшается, т.е. прямая дендритная ликвация легирующих элементов увеличивается. После перитек-тического превращения ликвация марганца, как и после однофазной кристаллизации, прямая, но более высокая (Кд,п -= 0,65-0,80). Ликвация кремния (при содержании его не более 2 %) обычно также прямая ( Кд5' =0,60-0,70), а

при повышенных с содержаниях кремния она может быть и двойной: с двумя концентрационными максимумами (С) и Сз ) вследствие обогащения кремнием бывших осей ферритных дендритов и междуветвий.

Исследовали влияние легирующих элементов на положение концентрационной границы между областью образования первичного феррита и перитектического

Рисунок 1 Коииеитраиионно - структурная диаграмма

Д.111 определения границы областей кристаллизации ауСТеНИТа. Установлено, ЧТО ВЛИЯ-низкоуглеродистых сталей с кремнием н марганисч. нне кремнця „ маргаИца на положение этой границы качественно противоположно: кремний расширяет область Ж+5 и увеличивает граничную концентрацию углерода особенно при > 1.5%. Марганец сужает область и снижает граничную концентрацию углерода до 0 (Мп > 2,4% ) (рис.1). Показано, что чем ближе состав многокомпонентного сплава к границе 5+Ж/8+у+Ж и больше пределы концентрационных изменений при крнстаалнчдшш, тем вероятнее переход через эту границу и изменение фазового механизма кристаллизации. При достаточно низком содержании углерода (С 0.05 %) комбинированное легирование кремнием и марганцем (до 2% каждого) обеспечивает образование ферритной структуры. Частичная замена марганца кремнием будет способствовать стаби-

лизации этого процесса и при более высоком содержании углерода. Увеличение содержания углерода и марганца окажет обратное влияние, приближая сплавы к граничному составу.

Анализ структуры заготовок промышленных сталей граничного состава (09Г2ФБ, 08ГСЮТ) показал, что в условиях охлаждения больших масс расплава при направленном теплоотводе возможна кристаллизация в два этапа. Вначале происходит дендритная кристаллизация феррита (Ж -> 6 ) с направленным ростом сплошного ферритного слоя от стенки изложницы (кристаллизатора). При этом углерод и марганец, вследствие низкой растворимости в первичном феррите, накапливаются в жидкости и при встречном росте ферритных слоев остающаяся между ними жидкость по составу может превысить границу области Ж+5 . Тогда возможен переход однофазной кристаллизации ( Ж+5 ) в многофазную (Ж+5,Ж+8-Ну). Соответственно должны измениться фазовый состав, строение первичной структуры, величина усадки, распределение напряжений. Показано, что в условиях кристаллизации отливок это может привести к образованию несплошностей в осевой зоне и расслоя при прокатке непрерывнолитых слябов. Для перитектических сталей характерен единый двухстадийный процесс кристаллизации Ж—>8, Ж+5—>у. Концентрационные изменения при кристаллизации не выводят их за границу перитектической области. Поэтому структурообразование во всем объеме расплава качественно одинаково, и отличий первичной структуры по сечению слитков меньше, чем у сталей доперитектических, близких к границе.

Показано, что в доперитектических сплавах при охлаждении после кристаллизации происходит полиморфное превращение с образованием пластинчато-зернистой структуры аустенита, которая значительно мельче исходной дендритной, удельная протяженность границ, образовавшихся в результате полиморфного превращения, на один - два порядка выше, чем у ферритных денд-ритов. Это превращение сопровождается межфазовым 6 <-> у перераспределением марганца и кремния по направлениям 5 ->у(Мп), у-»5(81). В результате возникает твердофазная сегрегация с обогащением кремнием приграничных объемов аустенитных зерен и марганцем - внутренних. Величина

«полиморфной» сегрегации Кй/уМп= 0,85-0,95, К&, =1,05-1,30. Таким обратом, по уровню она не ниже, а иногда и выше, чем дендритная ликвация в исходном первичном феррите, а протяженность ее участков значительно больше, чем дендритных границ. Поэтому в доперитектических сплавах с первичной фер-ритной структурой именно наследственная химическая неоднородность от полиморфного превращения о-»у образует основной концентрационный фон, который влияет на последующие фазовые и структурные превращения. В это?.! заключается принципиальное отличие доперитектических сплавов от перитек-тических и заперитектических, которые при охлаждении после кристаллизации в аустенитном состоянии сохраняют только неоднородность, обусловленную дендритной кристаллизацией. Показано, что концентрационная неоднородность влияет на распад аустенита. В отливках из доперитектических сплавов при охлаждении в интервале Агз - Аг1 доэвтектоидный феррит располагается преимущественно в обогащенных кремнием следах превращения, перлит - в обогащенных марганцем. В перитектических сплавах с марганцем феррит образуется внутри бывших ветвей, перлит в междуветвиях дендритов. Происходящее при распаде аустенита перераспределение кремния и марганца может увеличить концентрационную неоднородность. После повторной аустенитиза-ции при нагреве для горячей прокатки она в основном сохраняется. При прокатке следы этой неоднородности приобретают разные формы в зависимости от их связи с дендритной или «полиморфной» (5—>у) структурой и от величины суммарных деформаций. Показано, что следы твердофазной сегрегации при полиморфном превращении в отличие от дендритной полосчатости не способствуют, а затрудняют развитие усталостных трещин.

Обоснована возможность управления эффектами концентрационно -структурной неоднородности двумя основными способами - регулированием первичной структуры и параметрами последующей деформационно-термической обработки. Исходя из этого исследованы варианты обеспечения различных уровней прочности и пластичности путем оптимизации химического состава низкоуглеродистых сталей и изменения характера процессов сгрук-турообразования. Изучены структура и механические свойства более 30 соста-

вов опытных сплаврв с различным-содержанием легирующих элементов С -0,01...0,23 %,Мп - 0,04...2,0 %, - 0,30...2,5 %) и соотношением Б^Мп. Установлено, что наиболее высокий уровень пластичности при низкой прочности достигается в сплавах доперитектического состава, в которых происходит однофазная кристаллизация Ж->5 и полиморфные превращения 5—>а. Показано, что преимущественное легирование у -стабилизаторами может отрицательно влиять на устойчивость процесса однофазной кристаллизации феррита, усиливать концентрационно - структурную неоднородность. Можно уменьшить содержание марганца как упрочнителя феррита, компенсируя его упрочняющими элементами а-стабилизирующего типа -прежде всего недефицитным кремнием. Дальнейшее повышение прочности при сохранении пластичности достигается переходом в область перитектических составов с различными вариантами превращений. Показана целесообразность замены марганца кремнием и для перитектических составов.

Дополнительное введение в состав исследуемых сплавов таких элементов как кальций, барий или РЗМ оказывает модифицирующее влияние и способствует повышению штампуемости, ударной вязкости, усталостной прочности и других характеристик проката.

Для производства конструкционной листовой стали повышенной прочности разработан ряд базовых составов, в которых в зависимости от назначения проката изменяется содержание С - 0,02-0,25%, Мп - 0,25—1,70%, 8) -0,30—1,50 % и соотношением Мп/Б! от >1 до < 1.

Сталь доперитектического состава, содержащая до 0,12 % С и до 1,5 %81 с отношением Мп/Б'к 1, рекомендуется для производства широкополосного проката с ат>320-350 Н/мм2, используемого для штамповки деталей автомобилей. Исследования показали, что эту сталь можно отнести к разряду хорошо свариваемых и использовать для изготовления металлоконструкций методом дуговой сварки. Сталь перитектического состава, содержащую 0,15-0,25% С и до 1,6 Мп с отношением Мп/БЫ, целесообразно использовать для производства листовой стали с ат более 400 Н/мм2 .

Влияние легирования на процессы упрочнения и

разупрочнения стали при горячей деформации

С целью изучения закономерностей изменения свойств сталей, (в том числе рекомендуемых новых) в процессе горячей прокатки в зависимости от их химического состава в работе провели пластометрические исследования. Использовали опытные сплавы, содержащие (%): 0,04-0,17 С, 0,60-1,72 Мл, 0,121,40 Бт, а также до 0,13 Тл или ЫЬ. Изучали диаграмы деформации, полученные методом однократной или двукратной осадки образцов в диапазоне температур 750-1100°С и скоростей и = 1-100 с'1.

Подтверждено упрочняющее влияние марганца и кремния и особенно Т'1 и №> . Показано, что если при деформации исследуемых сталей в аустенитной области интенсивность упрочнения увеличивается с понижением температуры, то в диапазоне температур 760-810°С наблюдается снижение величины сопротивления деформации стали, связанное с эффектом пластичности наведенной превращением.

Показано, что с повышением степени и температуры деформации, увеличивается скорость разупрочнения во время междеформационной паузы. Получены количественные зависимости процесса разупрочнения опытных сталей. Показано, что легирование особенно "П и МЬ замедляет процесс последефор-мационного статического разупрочнения, причем особенно сильно с понижением температуры до 900- 850°С. Показано, что марганец и кремний в исследованных пределах, оказывает примерно равное влияние на характер изменения сопротивления деформации и статического разупрочнения стали. Значительное упрочнение и замедление статического разупрочнения стали при микролегировании "Л и МЬ обусловлено влиянием нерастворившихся при нагреве частиц карбонитридов. Показано, что углеродный эквивалент - Сэ может быть комплексным показателем, характеризующим влияние химического состава на характер процессов упрочнения и статического разупрочнения стали не легированной карбидоунрочняющимн элемешами.

В работе предложена методика, позволяющая определять сопротивление деформации стали в зависимости от ее реального химического состава, заклю-

чающаяся в следующем. В качестве базовой модели приняли зависимость, предложенную Я.С.Шварцбертом.

а = а, и*' + D е exd---- ,

V ехиГ')

(1)

где (oi - экстраполированный предел текучести при степени деформации стремящейся к нулю; D - модуль начального упрочнения; ех - характеристическая степень деформации, соответствующая максимуму кривой ст(е ) ; пи п2 -коэффициенты, учитывающие влияние скорости деформации. Все указанные параметры зависят от температуры.

На базе результатов испытаний 16 марок сталей был сформирован массив значений коэффициентов, входящих в выражение (1), температур металла ( t ) и С,. Математическая обработка этих данных позволила получить зависимости всех коэффициентов модели (1) от величины С,, что позволяет без проведения экспериментальных исследований расчетным путем определять величину а низкоуглеродисшх и низколегированных сталей с учетом не только условий деформирования, но и реального химического состава.

В качестве параметра, характеризующего полноту протекания процесса разупрочнения стали в паузах между деформациями, использовали величину сопротивления деформации в конце паузы - аост, определяемую зависимостью

(а ']ехр{'Ь г)

где ак - сопротивление деформации в конце предыдущей деформации; г- время паузы; b - коэффициент, определяющий изменение скорости разупрочнения во времени.

Значения коэффициента b можно рассчитывать по выражению

о. 4

b = —lit Г

liter.

а, )

(3)

где величины сг0, ак, аост и г получают по результатам испытания стали на двукратную деформацию при постоянных температуре и скорости.

ь = (4)

По результатам экспериментальных исследований разупрочнения углеродистых и легированных сталей установлено значительное влияние температуры и состава стали на величину"коэффициента'и не обнаружено значимого влияния скорости и степени деформации. Получено уравнение для расчета b в зависимости от химического состава стали, выраженного через С,.

0,66 ( ' У

V юоо)

Для определения сопротивления деформации стали в условиях многократной горячей деформации предложена следующая методика.

На первом этапе нагружения а рассчитывается по выражению (1), параметры которого определяются с учетом реального состава стали по установленным в работе зависимостям. Затем определяются Ъ (4) и сгост (2)

Степень разупрочнения стали за время междеформационных пауз оценивали коэффициентом Ке .определяемым по выражению

К = а"-] (5)

где а,Ф1 - сопротивление деформации в конце предыдущего цикла нагружения, аост- в начале следующего.

В работе принята гипотеза, что сопротивление деформации на второй ступени с увеличением степени деформации стремится к величине Ыc-K^J т.е. к функции off-), смещенной по оси с на величину, пропорциональную степени разупрочнения металла за время паузы (рис. 2). При полном разупрочнении (Ка=1) сопротивление деформации определяется зависимостью

с

а = а0+Це-еи)ехр\-—-±-\ (6)

При отсутствии разупрочнения {Ка =0) смещенная функция описывается

выражением (1). При частичном рач\прочненни стсл,(е) описывается выражением:

«г» + •:„)■"-) (?)

После ряда преобразований получена зависимость изменения сопротивления деформации на втором этапе деформирования при незавершенном процессе разупрочнения во время паузы:

о = а1+о{е-Кг£к1)ехр\ - Е К'Е"

ов - о-„„ +

(В)

о / Ч 1+ — {£-£„)

Рисунок 2 Изменение ст на второй ступени при неполном разупрочнении металла за время паузы: 1 -график о(е) при монотонном натружении, 1 - график смещенной функции сгсн

Предложенная методика позволяет расчетным путем в зависимости от реального химического состава определять сопротивление деформации углеродистых и низколегировнных сталей, не содержащих карбонитридообразующих элементов в условиях горячей обработки давлением. Показано, что в условиях ШСГП снижение пауз и температур прокатки от первого к последнему проходу приводит к тому, что процесс разупрочнения стали не успевает завершиться. Степень остаточного упрочнения горячекатаной стали возрастает с увеличением содержания легирующих элементов и снижением температуры окончания деформации. С использованием методики разработаны оптимальные темпера-

гурно-скоростные и деформационные режимы горячей прокатки созданных в тастояшей работе сталей.

Влияние изменения химического состава и технологических параметров обработки на структуру и свойства листовых горячекатаных ;талей

Для научно обоснованного выбора режимов горячей прокатки, обеспечивающих повышение и стабилизацию уровня прочности, изучали влияния условий горячей деформации, охлаждения и изменения химического состава стали, « том числе внутримарочного, на кинетику превращения переохлажденного аустенита и свойства проката.

Материалом исследований служили опытные плавки следующего химического состава (%):

Сталь С Мп 51 И А1 Мп/81

1 0,04 0,50 1,50 0,080 0,023 0,33

2 0,05 0,54 0,81 0,044 0,048 0,67

3 0,05 0,84 0,37 0,031 0,054

4 0,03 1,79 0,38 0,030 0,02 4,7

Используя дифференциально-термический и микросгруктурный количественный анализ, построили термокинетические диаграммы превращения аустенита после нагрева с перекристаллизацией и после горячей деформации. Применяли две схемы обработки: 1 - нагрев со скоростью У„ ~0,5°С/с до температуры выдержки („> Ас3, выдержка 300 с, охлаждение в интервале скоростей -1,5 10 -г 1.6 10' "С/с; 2 - нагрев со скоростью У„ -0,5°С7с до =1050- 1080 иС, промежуточное охлаждение со скоростью У„р„„- 10 °С/с до температуры / = 940-960°С, деформация прокаткой в двухвалковой клети с обжатием £ — 40 %, охлаждение с принятыми для первой схемы скоростями.

Установлено, рис. 3, что деформация уменьшает устойчивость а\сленита. расширяет температурный интервал образования феррита, стимулирует эвтек-тоидное превращение, ускоряет окончание промежуточного превращения в исследуемых сталях. Критическая скорость охлаждения для начала образования продуктов эвтектоидного распада растет с уменьшением отношения МпУБ! .

Так для стали содержащей С - 0, 046/о, Мп - 0,5% и БЬ 1,5% она составлнет 177°С/с, а для стали содержащей С - 0,03 %, Мп -1,79 %, Б! - 0,38 % - 15°С/с.

Рисунок 3 Т«рмокинетические диаграммы превращения аустенита: а - сталь 2; б - сталь 3;-е - 0;

—-£=40%.

Изучено влияние содержания и соотношения упрочняющих элементов на характер превращения горячедеформированного аустенита.

Установлено, что изменение в низкоуглеродистых сталях отношения Мп/81 от >1 до < 1 способствует ускорению превращений аустенита. Ускоренное охлаждение после деформации способствует в сталях с отношением Мп/Бк 1 образованию феррито-перлитной структуры без структурно-свободного цементита (ССЦ), а в сталях с отношением МпЛЗЬ>1 увеличивает вероятность образования бейнита.

Показано, что необходимую для холодной штамповки феррито-перлитную структуру без ССЦ может иметь сталь доперитектического состава (%): С -0,04...0,08; Мп-0,50...0,80; 81-0,7... 1,50 при соблюдении следующего режима охлаждения: от температуры конца прокатки до 630-650°С со скоростью 10-15° С/с и затем -замедленное на воздухе.

Используя математическое моделирование установили, что изменение химического состава широко применяемых листовых сталей в пределах марочного оказывает существенное влияние на уровень прочностных характеристик горячекатаных полос и может вызвать колебания значений предела текучести от 67 Н/мм2 для стали 09Г2С до 117 Н/мм2 для стали Зсп.

6"»

1

Исследовали возможность повышения класса прочности конструкционной листовой стали и уменьшения колеблемости свойств, вызываемой отклонениями химического состава, путем регулирования технологических режимов горячей прокатки. Оценка показала, что с увеличением температуры нагрева слябов с 1100 до 1300 °С зерно аустенита низкоуглеродистой стали увеличивается со 100 до 400 мкм. В то же время показано, что величина зерна аустенита после окончания черновой прокатки и уровень прочностных свойств стали практически не зависят от температуры нагрева слябов. Снижение температуры конца прокатки (Тип) в пределах 930-830°С при постоянной температуре смотки (Тс„)

незначительно повышает уровень прочностных свойств. Наибольший эффект измельчения зерна феррита за счет деформации и охлаждения достигается при обеспечении Ткп близкой к Лгг и ускоренного охлаждения, вслед-сгние одновременного увеличения скорости зарождения феррита. Показано, что изменение технологических режимов прокатки в исследуемом широком диапазоне оказывает несколько более сильное влияние на прочностные характеристики, чем колебание химического состава в пределах марочного (рис.4).

Показано, что эффективным способом повышения класса прочности сгали является снижение температурных режимов прокатки и смотки полос за счет уменьшения толщины полос. При условии постоянства температурных параметров прокатки, толщина полос не является фактором, определяющим уровень свойств. Предложена стратегия достижения требуемого класса проч-

700 600 50 0

«4

.5,400 х

¿е" зоо ¿р

(О 200 100

<3-т

Зсп 17 ГС 09Г2С

Рисунок 4 Влияние изменения технологических

параметров ( I I ткп -830-930°С; тси = 530

*?50,'С; С, ,г ) и химического состава в пределах марочного (УУУУУЛ - от С,.««, до С,.т„ при Т^ = 880°С и Тсм =650°С) на прочностные свойства горячекатаных полос толщиной 8 мм.

ности и повышения стабильности свойств горячекатаной полосовой стали массового назначения.

Обоснована возможность повышения стабильности прочностных свойств различных партий листового проката путем регулирования скорости охлаждения проката в зависимости от изменения в пределах марочного состава значения Сэ (а.с. 1278363). Вместе с тем Сэ не отражает полностью физико - химическую природу металла и особенности структурообразования при изменении системы легирования (соотношения С, Мп и ) и в связи с этим при одинаковом значении С, = 0,322, соответствующем максимальному для СтЗсп и минимальному для сталей 09Г2С и 17ГС, ат полос толщиной 4 мм из этих сталей различен - соответственно 338, 385 и 351 Н/мм2 . Обоснована возможность использования в качестве характеристики химического состава стали разработанного Э.ВЛриходько электронного химического эквивалента 2?, определяющего химическое состояние многокомпонентной системы. Разработан способ стабилизации прочностных свойств листового проката путем регулирования Ткп в зависимости от величины встали (а.с.908447).

В результате систематических исследований в промышленных условиях установлены особенности структурообразования и формирования свойств сталей 15ГЮТ, 20ГЮТ и 22Г2ТЮ в зависимости от изменения технологических параметров горячей прокатки. Показано, что для получения из этих сталей горячекатаных полос классов прочности 450, 500 и более, с незначительной полосчатостью и дисперсными частицами карбонитридов необходимо обеспечить Ткп ~ 900-930 °С и Ты не более 700°С. Снижение температуры смотки полос ниже 620 °С приводит к резкому росту прочностных свойств стг>550 Н/мм2), снижению пластичности (¿/0<17 %) и ударной вязкости (КСи-4о°с< 30 Дж/см2) в связи с тем, что часть А1 и 7г не успевает выделиться в виде карбонитридов, и в структуре металла возможно появление бейнитной составляющей. Разработан способ стабиллзации прочностных свойств сталей с карбонитридным упрочнением, заключающийся в регулировании скорости охлаждения полос в зависимости от превышения температуры нагрева слябов свыше 1150 °С, обусловливающей начало интенсивного растворения частиц (а.с. 1263718).

Разработка способов повышения и стабилизации комплекса прочностных и пластических характеристик

темообработанной стали

Исследования показали, что нормализация повышает пластичность и (арную вязкость сталей типа 15ПОТ и 22Г2ТЮ за счет уменьшения плотно-и дислокаций, укрупнения упрочняющей фазы и измельчения зергга феррита, становлено, что увеличение температуры нормализации с 900 до 1 ООО °С пришит к незначительному снижению (на 20-40 Н/мм2) прочностных характери-:ик этих сталей и повышению пластичности (б на 2-8 %). Аналогичное влия-те на свойства оказывает увеличение удельного времени нагрева с 2 до 4 ин/мм толщины. Рекомендованы оптимальные режимы нормализации листов з исследованных сталей - нагрев до температуры 920-960°С при времени на-зева 2 мин/мм толщины.

Результаты статистических исследований показали значительное колеба-ие прочностных свойств нормализованной стали. Так, ат листов из стали ОГЮТ изменяется в диапазоне 440-550 Н/мм2. Исследовали влияние изменена в пределах марочного содержания основных элементов на механические войства. Наибольшее влияние оказывает содержание Мп , увеличение которо-□ с 1,0 до 1,4 % повышает оу с 380 до 467 н/мм". Влияние изменения содер-сания и Т1 несколько слабее. Получены зависимости значений ат, ае, 8 и вердости исследуемых нормализованных сталей от содержания С и Мл , по-воляющне определять ожидаемый уровень качества партий проката и необходимость корректировки параметров термообработки с целью гарантируемого »беспечения требуемого высокого комплекса механических свойств.

Установлено, что при неизменном химическом составе прочностные ха-шктернстики исследуемых сталей зависят от размера зерна феррита, величины I распределения дисперсных частиц упрочняющей фазы, определяемых не •олько режимом нормализации, но и параметрами горячей прокатки. Исследо-¡али стали 15ГЮТ и 20ГЮТ. Каждая опытная плавка делилась на партии, про-сатываемые по различным технологическим режимам. Изменяли Т„ слябов, Т^

и Та, полос во всем реально возможном диапазоне. Нормализацию металла производили по одному режиму. Показано, что после нормализации влияние режима прокатки на структуру стали ослабевает. Однако характерные особенности горячекатаной структуры стали сохраняются и после нормализации. Средний размер зерна феррита после нормализации находится в тесной линейной связи с размером зерна горячекатаной стали. Так, снижение Тт с 930 до 870 °С и Тш с 750 до 680 °С полос содержащих (%): 0,14 С, 1,23 Мп, 0,26 Si и 0,13 Ti привело к измельчению зерна феррита горячекатаной стали с 9 до 6,9 мкм и нормализованной с 7,8 до 6,6 мкм. Кроме этого наблюдалось измельчение карбонитридной фазы как в горячекатаном состоянии, так и в нормализованном.

Показано, что нагрев под нормализацию существенно не ослабляет наследственную концентрационную неоднородность, вместе с тем в горячекатаной и нормализованной структуре следы ликвационной полосчатости близки по интенсивности. Установлена прямая зависимость между ау металла в горячекатаном и в нормализованном состояниях, однако эта связь менее тесная, чем с размером зерна феррита. Это связано с влиянием на свойства нормализованной стали укрупнения карбонитридных частиц и снижения плотности дислокации. Установлено, что для обеспечения оптимального сочетания структурных характеристик и повышения в среднем на 10-20 Н/мм2 уровня прочности нормализованных сталей 15ГЮТ и 20ГЮТ необходимо обеспечение высокой Тн слябов, Та, полос не выше 900 °С и смотки после ускоренного охлаждения при 620-650 °С. Вместе с тем, некоторые партии нормализованных листов имеют недопустимо низкий уровень пластичности. Металлографический и рентгенос-пектральный анализы показали, что причиной недостаточной эффективности нормализации может быть наследственная химическая микронеоднородность проката, связанная с первичной структурой. Наиболее высокий ее уровень в осевой зоне по толщине листа. В стали с исходной полосчатой структурой после нагрева до температур однофазного аустенитного состояния и непрерывного охлаждения вновь образуется перлитная или перлито-бейнитная полосчатость. Была исследована технология двойной термической обработки — норма-

зация и последующий высокий отпуск. Установлено, что повышение темпе-гуры отпуска до 690-720 °С при длительности нагрева в 1,5 мин/мм толщины актически не снижает прочностные свойства.-В стоуктуре стали после такого туска не устраняется химическая неоднородность, но поскольку в полосча-х участках ликвидируется бёйнитная составляю"?,эя, пластичность стали по-шается до требуемого уровня.

Показано, что вместо высокого отпуска после нормализации можно принять одностадийную обработку, включающую нагрев для аустенитизации и гулируемое охлаждение для полного диффузионного распада аустенита. шцентрационная неоднородность стали сохраняется, но нейтрализуется ее ияние на устойчивость переохлажденного аустенита различного состава и едотвращается образование бейнито-мартенситной структуры в участках, огащенных легирующими элементами. Рекомендованы следующие режимы рмообработки: нагрев в проходной печи до 940-960 °С со скоростью до 2,5 /с, выдержка при этой температуре 180-310 с, охлаждение в печи до 630-700 со скоростью ! -1,5 °С/с, далее на воздухе.

Анализ контрольных испытаний показал, что колебания химического со-ава не позволяют стабильно обеспечивать требуемые классы прочности (400, 0 и 500 Н/мм2) сталей. Для гарантированного обеспечения требуемых уров-й От была исследована технология упрочняющей термической обработки, ключающаяся в ускоренном охлаждении листов после нормализаиионного 1грева водовоздушной смесью со скоростью 10-25 °С/с до температур 600-Ю °С.

Показано, что такая технология позволяет повысить уровень прочностных ¡ойств стали (табл.1). Вместе с тем ускоренное охлаждение с постоянной ско-ютыо листов различного химического состава приводит к колебаниям меха-

1ческих свойств проката. В связи с этим изучали закономерности распада пс-юхлажденного аустенита при непрерывном охлаждении сталей 15ПОТ. )ПОТ и 22Г2ТЮ, содержание легирующих элементов в которых изменялось ) всем диапазоне марочного состава.

Таблица 1

Сталь Содержание элементов,% Механические свойства*

С Мп Б! И ат, Н/мм2 ав, Н/мм2 5,о,%

15ПОТ 0,12 1,03 0,23 0,08 375/420 490/530 28/29

15ПОТ 0,15 1,47 0,29 0,13 420/455 510/570 24/22

20ГЮТ 0,20 1,47 0,50 0,10 460/510 650/660 20/21

"Числитель - после нормализации, знаменатель - после упрочняющей обработки.

Показано, что увеличение содержания углерода и марганца в пределах марочного состава повышает устойчивость аустенита. Сталь 15ГЮТ имеет фер-рито-перлитную структуру независимо от колебания химсостава при скоростях охлаждения до 25°С/с. В стали 20ГЮТ, содержащей 0,24 % С и 1,6 % Мпгбёй-нитная составляющая в структуре (~5 %) появляется при скорости охлаждения более 10°С/с, а в стали 22Г2ТЮ с повышенным содержанием углерода и марганца уже при охлаждении на воздухе (Уохя -5° С/с).Показано, что на свойства стали оказывает влияние и температура конца ускоренного охлаждения - Тк. При увеличении С, значимость Уохл и Тк возрастает, что согласуется с результатами исследований кинетики распада переохлажденного аустенита. Показано, что с повышением содержания основных легирующих элементов скорость охлаждения при термической обработке необходимо уменьшить на величину АУ0ХЛ пропорциональную увеличению АС, от значения минимального для данной марки стали. Результаты значительного обьема экспериментальных исследований показали, что регулирование Уахл в зависимости от реального состава металла позволяет, не ухудшая пластичность, повысить и стабилизировать уровень прочности низколегированной листовой стали.

Изучали влияние структурного состояния стали на характеристики усталостной прочности и взаимосвязь структурной неоднородности с характером усталостного разрушения листовой стали. Исследовали нормализованную и тер-моупрочненную по рекомендуемым режимам сталь 15ГЮТ следующего состава (%):

п ^ Мп 81 Т1 А1

лавка 1 0,11 1,04 0,24 0,08 0,04

лавка 2 0,13 1,26 0,27 0,12 0,06

Установлено, что в результате упрочняющей термической обработки рочностные свойства листов плавки 1 повысились до уровня свойствнормали->ванной стали 2 (с 375 до 420 Н/мм2). Усталостная прочность при этом превы-•1ла на 7 % уровень равнопрочной за счет легирования нормализованной стали (ст./ = 355 Н/мм2).

Показано, что более низкий уровень усталостной прочности нормалто-шной стали обусловлен наличием феррито-перлитной полосчатости 2-3 оал-1. Исследования тонкой структуры изломов усталостных образцов обеих ста-зй показали, что расстояния между параллельными полосами скольжения в зломе и между перлитными полосами в структуре примерно равны. Излом ус-мостных образцов термоупрочненной стали с равномерной феррито-ерлитной структурой, приобретает мелкий «чашечный» характер. Устранение 1К0Й структурной неоднородности сталей как феррито-перлитная полосча-эсть путем частичного подавления диффузионных процессов ускоренным ох-аждением стали из аустенитного состояния приводит к повышению усталост-ой прочности проката.

Результаты проведенных исследований показали, что только комплексное рименение, с учетом реального химического состава, различных способов и ежимов термообработки позволит снизить отрицательное влияние концентра-ионно - структурной неоднородности на пластичность проката и гарантиро-анно обеспечить классы прочности 400. 450 и 500 листовой стали для автомо-илестроения.

Освоение промышленного производства листовой

стали повышенной прочности

Выполнен комплекс исследований по освоению промышленного произ-

одства листовых и полосовых сталей повышенной прочности для холодной ггамповки деталей автомобилей, созданных на базе разработанных теоретиче-ких положений и рекомендаций. Работа проводилась на металлургических

комбинатах Магнитогорском, Карагандинском и Новолипецком. На КарМК была создана специализированная линия для производства листовой стали для КамАЗа. В состав ее входит оборудование для нормализации, дробеметной очистки и разделки листов. Дополнительно за печью была построена и совместно с ДМетИ освоена установка ускоренного водовоздушного охлаждения листов. Разработана сквозная технология и освоено производство сталей марок 15ГЮТ и 22Г2ТЮ (а.с.907081) и 20ГЮТ (а.с. 1276685).

Химический состав и свойства разработанных листовых сталей, в соответствии с требованиями техусловий ТУ 14-1-2366-78, ТУ 14-1-2092-77, ТУ 14-13839, показаны в табл.2.

Таблица 2 Содержание химических элементов (%) и механические свойства листового проката

Марка стали С Мп 81 А1 Т1 От, Н/мм2 ов, Н/мм 5 ю,% НВ не более

15ГЮТ 0,110,18 1,001,40 0,150,35 0,020,08 0,080,14 400 500 17 183

22Г2ТЮ 0,190.26 1,301,70 0,300,50 0,020,08 0,120,18 441 539 20Х1> 210

20ГЮТ 0,170,24 1,201,50 0,300,50 0,020,08 0,080,14 441Х2) 539 17 210

490 569 17 210

|Х) для стали 22Г2ТЮ - б5,2Х) - в числителе для 1 группы прочности; в знаменателе для 11 группы.

Использование листовой стали повышенной прочности для холодной штамповки деталей рам грузовых автомобилей КАМАЗ позволило повысить грузоподъемность и экономичность новых моделей, в результате чего получен значительный народнохозяйственный эффект. Кроме этого получен эффект от внедрения па КарМК разработанных в работе рекомендаций по совершенствованию состава и технологии производства сталей для КамАЗА.

Исследования качества полосовой стали 15ПОТ, произведенной в услови-[х ДМК им. Дзержинского (ТУ 322-230-109-95), показали возможность исполь-ювать ее для изготовления грузовых вагонов АО «Днепровагонмаш».

На основании исследований выполненных в работе, были разработаны составы (патенты России 1664863 и 1677084) и технические требования к горячекатаным сталям повышенной прочности для холодной штамповки деталей шгомобилей (ТУ 14-1-4938-90), показанные в табл.3.

Таблица 3 Содержание химнчссннх элементов и механические свойства

горячекатаных сталей марок 06СЮТЧ и 06СЮЦЧХ)

С Б1 Мп А1 Н/мм2 Ов , Н/мм2 б5% 0-1, Н/мм2

0,050,06 0,6-1,0 0,4-0,7 0,020,06 >360 >450 >32 >240

3,05 % 2л.

Технология производства этих сталей на НЛМК предусматривает выплавку стали в конвертерах емкостью 350 т и прокатку на полосы толщиной 3,1 мм та широкополосном стане 2000 по рекомендуемым в работе режимам. Эксплуатационные испытания на ВАЗе показали, что циклическая долговечность аисков колес из рекомендуемых сталей выше, чем серийных (до 20 %). Применение новых сталей взамен 08кп и 08ГСЮТ позволило уменьшить металлоемкость и улучшить технологичность холодной штамповки дисков колес ВАЗа.

На основании результатов проведенных исследований были разработаны и внедрены мероприятия, позволившие освоить на КарМК производство листового проката по ТУ 14-1-3023-80 «Прокат листовой, широкополосный универсальный и фасонный из углеродистой и низколегированной стали с гарантированным уровнем механических свойств, дифференцированным по группам прочности». Производство листового проката, дифференцированного по двум группам прочности е применением статистических методов контроля механических свойств, обеспечило получение экономического эффекта от реализации проката улучшенного качества.

В условиях КарМ^С освоено производство листового проката различных групп прочности в соответствии с требованиями ГОСТ 19281-89 «Прокат из стали повышенной прочности». С целью экономии ферросплавов, содержащих марганец, была разработана технология производства рекомендованной в работе низколегированной стали типа 09ГС1 (патент России 2061780). Результаты производства в условиях Карагандинского меткомбината и «Запорожстали» опытно - промышленных партий этой стали показали возможность использования ее для изготовления листового проката повышенной прочности с ат = 325-355 Н/мм2.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны научные основы и технологические решения производства экономнолегированных листовых сталей гарантируемых классов прочности, реализация которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса, позволяет повысить качество проката и эффективность его применения в металлоконструкциях.

2. Установлено, что комплекс прочностных и пластических характеристик листового проката определяется совокупностью структурно-концентрационных изменений, происходящих в металле на протяжении цикла его изготовления, которые нужно учитывать в зависимости от назначения проката при выборе химического состава и оптимальных параметров горячей прокатки и термообработки стали.

3. Показано, что первичная структура низкоуглеродистых легированных и Мп сталей, в зависимости от химического состава, образуется путем одного из двух основных фазовых механизмов - однофазной доперитектической или многофазной перитектической кристаллизации. В сталях пограничного состава возможно обратимое изменение механизма кристаллизации или кристаллизации по смешанному типу - ферритная в наружной зоне отливки, аустенитная (перитектическая) во внутренней зоне. Соответственно, в результате изменения фазового состава и строения первичной структуры возможны изменения величины усадки, распределения напряжений и образование несплошностей в осевой зоне. При раздельном или совместном легировании малоуглеродистой ста-

ли кремнием и марганцем увеличение кремния, как стабилизатора феррита, способствует расширению концентрационной области сталей первого типа, а увеличение углеродаlí марганца; кате стабилизаторов аустенита - области сталей второго типа. Построена фазово-концентрационная диаграмма, позволяющая определить положение границы между сталями обета типов в зависимости от содержания углерода, кремния и марганца.

4. Установлено, что в статях доперитектического типа при охлаждении после кристаллизации происходит полиморфное превращение 5—>у с образованием пластинчато-зернистой структуры аустенита, которая значительно мельче исходной дендритной. Удельная протяженность границ, образовавшихся в результате полиморфного превращения, на один-два порядка выше, чем у фер-ритных дендритов. Это превращение сопровождается междуфазным ооу перераспределением марганца и кремния по направлениям 5->у (Мл) и у-*5 (Si). Возникающая сегрегация по уровню не ниже, а иногда и выше, чем дендритная ликвация в исходном первичном феррите, протяженность ее участков значительно больше, чем дендритных границ. Поэтому в доперитектических сплавах с первичной ферритной структурой именно наследственная химическая неоднородность от полиморфного превращения 5н»у образует основной концентрационный фон, который влияет на последующие фазовые и структурные превращения. В этом заключается принципиальное отличие доперитектичес-них сплавов от перитектических, которые при охлаждении после кристаллизации в аустенитном состоянии сохраняют только неоднородность, обусловленную дендритной кристаллизацией.

5. Обоснована возмоясность управления эффектами конценграционно-структурной неоднородности двумя основными способами - регулированием первичной структуры и параметрами последующей деформационно-термической обработки. Установлено, что преимущественное легирование стали у -стабилизаторами (Мп) может отрицательно влиять на усюйчивость процесса однофазной кристаллизации феррита, усиливать концентрационно-структурную неоднородность и потенциальную склонность к расслоению.

Можно уменьшить содержание Марганца как упрочнителя феррита, компенсируя его эффективным и недорогим кремнием.

6. Для промышленного производства конструкционного листового проката повышенной прочности разработан ряд новых базовых составов сталей с различными системами фазово-структурных превращений при кристаллизации и в твердом состоянии. Сталь доперитеюгического состава, содержащая до 0,12 % С и до 1,5 % с отношением Мп/Бк 1, рекомендована для производства широкополосного проката с от =320-355 Н/мм2, используемого для изготовления изделий методом холодной штамповки и дуговой сварки. Сталь перитекти-ческого состава, содержащую 0,15—0,25 % С и до 1,6 % Мп с отношением Мп/ЭЫ, целесообразно использовать для производства конструкционной листовой стали с су более 400 Н/мм2.

7. Установлены основные закономерности влияния химического состава углеродистых и низколегированных сталей на сопротивление деформации, а также процесс статического разупрочнения в диапазоне температур 850-1050 °С. Показано, что увеличение в низкоуглеродистой стали содержания каждого из элементов - углерода с 0,03-до 0,17 %, марганца с 0,6 до 1,72 %, кремния с 0,12 до 1,40 % приводит к росту на 20-30 % сопротивления деформации. Процесс последеформационного статического разупрочнения с увеличением легирования замедляется, причем особенно сильно с понижением температуры до 900-850 °С. Марганец и кремний, в исследованных пределах, оказывает примерно равное влияние на характер изменения сопротивления деформации и статического разупрочнения стали. Легирование стали титаном и ниобием значительно (в 1,5-2 раза) увеличивает сопротивление деформации при высокотемпературной обработке и замедляет процесс статического последеформационного разупрочнения.

8. Впервые разработана обобщенная математическая модель изменения сопротивления деформации стали при многократном ее деформировании в условиях неполного завершения процесса статического разупрочнения. Модель позволяет без проведения экспериментальных исследований прогнозировать влияние химического состава углеродистых и низколегированных сталей на

степень остаточного упрочнения аустенита в момент завершения деформации на стане и оптимизировать температурно-скоростные условия горячей прокатки- полос.

9. Выявлены основные закономерности влияния химического состава и технологических параметров обработки на структуру и свойства малоуглеродистых марганцево-кремнистых сталей. Установлено, что в этих сталях изменение баланса Мп/Б! от >! до < 1 способствует ускорению превращений аустенита. Предварительная деформация расширяет температурный интервал образования феррита, стимулирует эвтектоидное превращение, ускоряет окончание промежуточного превращения. Показано, что при производстве горячекатаного тонкого листа рекомендуемая сталь, содержащая (%): С - 0,04...0,08, Мл -0,50—0,80 и 81 -0,8... 1,5 обеспечит необходимую для холодной штамповки структуру (феррит+перлит без ССЦ) при соблюдении следующего режима охлаждения: от температуры конца прокатки до 630-650°С - со скоростью 10-15лС/с, затем на воздухе.

10. Путем математического моделирования оценено влияние внутрима-рочпого колебания содержания химических элементен и изменения технологических режимов горячей прокатки на стабильность уровня прочностных свойств углеродистой и низколегированной широкополосной стали. Показано, что изменение технологических параметров прокатки оказывает более сильное влияние па свойства стали, чем колебания химического состава в пределах марочного. С целью снижения влияния колебания химического состава (в пределах марочного) на механические свойства и обеспечения требуемого уровня прочности, предложено устанавливать параметры горячей прокатки в зависимости от реального содержания химических элементов в стали. Разработаны способы реализации этих предложений, защищенные авторскими свидетельствами.

11. Установлено, что изменения структуры низколегированной стали в результате нормализации определяются характером исходной горячекатаной структуры и проявляется эффект наследственности, выражающийся в зависимости прочностных свойств нормализованного металла от условий горячей

прокатки. Разработаны способы стабилизации уровня прочностных характеристик низколегированной стали, основанные на установлении параметров термообработки в зависимости от режимов горячей прокатки листов.

12. Сформулированы практические рекомендации по режима термической обработки листовых конструкционных сталей 15ГТОТ, 20ГЮТ и 22Г2ТЮ, применяемых для изготовления изделий методом холодной штамповки. Показано, что только комплексное применение, с учетом плавочного химического состава, разработанных способов и режимов термоообработки позволит снизить отрицательное влияние концентрационно - структурной неоднородности на пластичность металла и гарантировано обеспечить требуемые классы прочности (стт 400,450, 500 Н/мм2) листового проката.

13. Разработанные теоретические положения и результаты выполненных исследований реализованы на промышленных предприятиях при опробовании и внедрении новых марок сталей и прогрессивных технологических приемов производства листового конструкционного проката повышенной прочности различного назначения.

Освоены новые экономнолегированные стали повышенной прочности для рам автомобилей КАМАЗ и дисков колес ВАЗа, разработаны и внедрены на металлургических предприятиях способы и технологические режимы их горячей прокатки и термообработки. Это позволило решить важную проблему последних лет - организацию производства листового проката для несущих деталей автомобилей на уровне лучших зарубежных аналогов.

Значительное улучшение качества металла и повышение эффективности его использования в металлоконструкциях было достигнуто в результате внедрения технологических приемов производства листового проката гарантируемых классов прочности в соответствии с требованиями ТУ 14-3023-80 и ГОСТ 19281-89.

Большинство разработанных сталей и технологических решений защищено авторскими свидетельствами. Экономический эффект от внедрения новых сталей и освоения производства листового проката гарантируемых классов

прочности составил более 20 млн. рублей, доля автора более 2,1 млн. рублей (в ценах до 1990 г.).

■ Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Левченко Г.В., Тананин А.Н Двухфазные стали для автомобилестроения за рубежом // Обзорная информация. - М.: НИИНавтопром, 1986. - 37 с.

2. Иванченко В.Г., Левченко Г.В., Колов М.И. и др. Технологические особенности прокатки и термообработки лонжеронных полос // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1976. - № 5.- С.20-21.

3. Левченко Г.В., Ноговицын A.B. Сопротивление деформации стали 15ПОТ//Сталь, - 1977.- №4.-С.336-337.

4. Левченко Г.В., Матюха Л.Г., Колесниченко Б.П. и др. Производство лонжеронных полос из стали 15ПОТ // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1977. - № 3. - С.66.

5. Левченко Г.В. Исследование процесса разупрочнения стали 15ГЮТ// Изв. АН СССР. Металлы, - 1978,-№ 1. - С.158-161.

6. Медведев В.В., Левченко Г.В., Матюха Л.Г. и др. Влияние режима горячей прокатки на свойства нормализованной низколегированной стали // Металлургическая к горнорудная промышленность. - 1979. - № 1. - С.35-36.

7. Колесниченко Б.П., Тищенко О.И., Левченко Г.В. и др. Исследование технологии производства лонжеронных полос из стали 15ГЮТ // Сталь. 1978. -Лз 4. - С.337-339.

8. Левченко Г.В., Медведев В.В., Марков В.Ф. и др. Производство листовой и полосовой стали 22Г2ТЮ // Черная металлургия: Бюл. ин-та «Черметинформация». - 1979. - вып.23. - С.42-43.

9. Левченко Г.В., Усиков И.Т., Медведев В.В. и др. Исследование причин образования трещин при штамповке лонжеронов автомобиля КАМАЗ-5511 // Автомобильная промышленность. - 1980. - №2. - с. 32-33.

10. Зенченко Ф.Й., Медведев В.В., Левченко Г.В. и др. Производство низколегированной полосовой стали повышенной прочности для автомобильных рам И Сталь. - 1980. -№ 6. - С.512-515.

11. Мелешко В,И., Фельдман Б.А., Левченко Г.В. и др. Оптимизация технологии прокатки лонжеронных полос // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1980. - № 2. - С. 16-17.

12. Левченко Г.В., Фельдман Б.А., Михалёв П.М. и др. Термическая обработка горячекатаных листов из стали 22Г2ТЮ // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1980. - № 2. - С.29- 31.

13. Стародубов К.Ф., Лещенко А.Н., Дейнеко Л.Н., Левченко Г.В., Михалёв П.М. Выбор оптимальных режимов упрочняющей термической обработки низколегированных сталей 10ХСНД и 15ПОТ // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1980. - № 3. - С. 23-24.

14. Левченко Г.В. Влияние условий горячей деформации на процесс разупрочнения стали // Теория и практика производства широкополосной стали. -М.: Металлургия, 1981,-№ 5.-С.14-17.

15. Марченко В.Н., Литвиненко Д.А., Левченко Г.В. и др. Сталь для автомобильных лонжеронов//Металлург. - 1981.- №4.-С. 15-17.

16. Стародубов К.В., Лещенко А.Н., Левченко Г.В. Упрочняющая термическая обработка стали для лонжеронов автомобилей КАМАЗ //Сталь. - 1981. -17.-С.66-67.

17. Лещенко А.Н., Колпак В.П., Левченко Г.В. Оптимизация режимов упрочняющей термической обработки лонжеронной стали // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1981. - № 2 - С.24-25.

18. Приходько Э.В., Наугольникова Л.М., Левченко Г.В. Оптимизация температурных параметров прокатки полос в зависимости от состава стали // Технология прокатки и отделки широкополосной стали. - М.: Металлургия. -1981. - С.20-21.

19. Стародубов К.Ф., Лещенко А.Н., Левченко Г.В и др. Особенности охлаждения лонжеронной стали 15ПОТ при ее термическом упрочнении // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1982. - № 5. - С.112-115.

20. Хижняк Д.Д., Левченко Г.В. Сопротивление деформации при контролируемой прокатке низколегированных сталей // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1982. - № 2. - С.23-24.

21. Микирова З.А., Левченко Г.В , Фельдман Б.А. и др. Повышение качества горячекатаной рулонной стали для производства нефтегазопроводных труб /7 Металлургическая и горнорудная промышленность. -1983. - № 1.- С. 1819.--------

22. Лещенко А.Н., Левченко Г.В. Связь структурной неоднородности с усталостной прочностью листового проката // Изв. вузов. Черная металлургия. -1984. -№5. -С.110-113.

23. Левченко Г.В., Чепелян И.И., Моисеев B.C. и др. Поставка листовой углеродистой стали, дифференцированной по группам прочности // Металлург. - 1985. - № 3. - С.29-31.

24. Левченко Г.В., Мирко В.А., Сосковец О.Н. и др. Разработка технологии производства экономнолегированной полосовой стали для автомобилестроения // Сталь. - 1985. - № 2. - С.65-68.

25. Узлов И.Г., Яценко А.И., Доронкин К.Ю., Левченко Г.В. Экономноле-гированные стали повышенной прочности // Черная металлургия: Бюл.ин-та «Черметинформация». - 1885. -№ 12. - С.55-56.

26. Левченко Г.В., Костяков В.В., Моисеев B.C. Организация производства углеродистой полосовой стали с гарантированным уровнем механических свойств // Прокатка широкополосной стали. - М.: Металлургия. - 1985. - С.18-21.

27. Белосточный В.В., Хижняк Д.Д., Левченко Г.В. Оптимизация технологии прокатки листов из стали 13ГС // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1986. - № 1. - С.25-26.

28. Левченко Г.В., Сосулин В.П., Медведев В.В., Ярославцев Л.И. Исследование технологии производства полосовой стали типа 10ГС2 // Повышение качества тонколистовой стали. - М., Металлургия. - 1986. - С.5-7..

29. Лещенко А.Н., Левченко Г.В., Михалев П.М. -Пути повышения прочности листовой стали для автомобильных лонжеронов // Производство термически обработанного проката. - М.: Металлургия. - 1986. - С. 96-98.

3D. Левченко Г.В., Тананин А.Н., Барун В.Н., Лопытько В.И. Сталь для автомобильных рам // Автомобильная промышленность. - 1986. - № 7. - С. 32-33.

31. Левченко Г.В-, Яценко А.Й.-, Грушко П.Д. и др. Оптимизация структуры и свойств полосовой стали 20ГЮТ // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1986. - № 4. - С. 45-46.

32. Левченко Г.В., Яценко А.И., Грушко П.Д., Сосулин В.Н. Опробование технологии производства низкоуглеродистой полосовой стали с повышенным содержанием кремния // Улучшение качества горячекатаной широкополосной стали. - М.: Металлургия. - 1986. - С.28-30.

33. Левченко Г.В., Воробей С.А. О сопротивлении деформации стали при горячей прокатке // Изв.АН СССР. Металлы. - 1987. - № 3.- С.83-87.

34. Нестеренко A.M., Левченко Г.В., Курасов А.Н., Гнатюк Л.Д Особенности распределения легирующих элементов между структурными составляющими двухфазных сталей II Повышение свойств и эксплуатационной надежности термически обработанного проката. - М.: Металлургия. - 1988. - С.17-19.

35. Левченко Г.В., Какушкин Е.С. Разработка технологии производства листового проката повышенной прочности для автомобилестроения // Черная металлургия. Наука -технология-производство. - М.: Металлургия. - 1988. -С.245-257.

36. Яценко А.И., Левченно Г.В., Грушко П.Д. Концентрационно-структурная микронеоднородность низколегированных листовых сталей И Сталь. - 1990. - № 5. - С.78-84.

37. Левченко Г.В , Яценко А.И., Какушкин Е.С. и др. Влияние охлаждения и деформации на превращения аустенита в низкоуглеродистых сталях с марганцем и кремнием // Изв.вузов. Черная металлургия. - 1993. - №1. - С.69-72.

38. Левченко Г.В., Какушкин Е.С., Яценко А.И. и др. Сталь для дисков автомобильных колес // Металургическая и горнорудная промышленность. -1993.-№4.-С.26-29.

39. Левченко Г.В., Шарафутдинов Д.Я., Куликов Б.И., Бурлаков С.А. Освоение производства стали повышенной прочности // Сталь. - 1994. - № 1. -С.58-62.

40. Воробей С.А., Хижняк Д.Д., Левченко Г.В. Зависимость сопротивления реформации стали от химического состава при горячей прокатке // Металл и питье Украины. - 1994. - №'9-10. - С.20-22.

41. Левченко Г.В., Яценко А.И., Блажнов А.Г., Лещенко А.Н. Влияние химического состава на кинетику распада аустенита в малоуглеродистых листовых сталях // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1995. - № 1.

- С.30-32.

42. Яценко А.И., Левченко Г.В., Репина Н.И., Грушко П.Д. Фазовые превращения и ликвация в низкоутлеродистых конструкционных сталях // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. - К.: Наукова думка.

- 1995.-С.191-200.

43. Воробей С.А., Левченко Г.В , Хижняк Д.Д. Onip деформацй' стшп у процесах високотемпературноТ обробки тиском // Металознавство та обробка меташв. - 1996. - № 3. - С.44-49.

44. Левченко Г.В., Ноговицын A.B., Воробей С.А. Исследование возможности повышения и стабилизации прочностных свойств горячекатаной широкополосной стали // Металл и литье Украины. - 1996. - № 1. - С.41-44.

45. Левченко Г.В., Вихлевщук В.А., Демченко 10.В. Свариваемые листовые стали с повышенным содержанием кремния // Черная металлургия. Бюллетень НТК- 1996,- Кч 4 - С. 36-39.

46. Левченко Г.В. Совершенствование режимов термообработки листового проката // Теория и практика металлургии,- 1997.- № I- С.45-47.

47. Левченко Г.В. Листовая сталь повышенной прочности для вагоностроения//Металл и литье Украины - 1997-№ 5-С. 19-21.

4R. Левченко Г.В. Новые кремниймарганцовистые конструкционные листовые стали//Черная металлургия. Бюллетень НТИ - 1997-№ 5-6.-С. 40-44.

49. Левченко Г.В., Яценко А.И., Воробей С.А., Коваль С.Н. Формирование структуры и свойств полосовой стали в условиях прямой прокатки ¡1 Теория и практика металлургии.- 1997,-№ 2.- С. 47-50.

50. Л.с.995925 (СССР) Способ обработки полосы из низкоуглеродистой стали / Левченко Г .В., Килиевич А.Ф., Яценко А.И. и др.- Бюллетень изобрете-

ний. 1983. № 6. - С38,

51. А.С.1093715 (СССР) Способ изготовления листов из высокопрочных низколегированных сталей / Мазур В.Л., Левченко Г.В., Костяков В.В. и др. -Бюллетень изобретений. -1984. № 15.- С. 91.

52. А.с. 1129249 (СССР) Способ термической обработки стальных листов / Левченно Г.В., Мазур В.Л., Мирко В.А. и др. - БИ.-1984. № 46. - С.83.

53. А.с.1263718 (СССР) Способ производства горячекатаных полос из конструкционных сталей, легированных карбидообразующими элементами / Левченко Г.В., Мазур В.Л., Яценко А.И., Костяков В.В.- Бюллетень изобр. - 1986.-№ 38. - С.105.

54. А.с. 1278363 (СССР) Способ производства полос из низколегированной стали / Левченко Г.В., МазурВ.Л., Костяков В.В. и др. Бюллетень изобр. - 1986. -№47 -С.95.

55. А.с.908447 (СССР) Способ регулирования процесса горячей прокатки металлических полос / Приходько Э.В., Мазур В.Л., Наугольникова Л.М., Левченко Г.В. и др. - Бюллетень изобр.- 1982. - № 8. - С.36.

56. А.с.907081 (СССР) Сталь / Марченко В.Н., Литвиненко Д.А., Тищенко О.И., Левченко Г.В. и др. - Бюллетень изобр. -1982.-№ 7. - С.120.

57. А.с.1148889 (СССР) Сталь / Яценко А.И., Доронкин К.Ю., Грушко П.Д., Левченко Г.В. и др. - Бюллетень изобр. - 1985,- № 13. - С.6.

58. А.с.1222706 (СССР) Сталь / Цымбал В.П., Левченко Г.В., Сосковец О.И. и др. - Бюллетень изобр. - 1986. - № 13. - С.101.

59. А.с.1276685 (СССР) Сталь / Левченко Г.В., Яценко А.И., Грушко П.Д. и др. - Бюллетень изобр. - 1986. - N° 46 - С.91.

60. Патент 1677084 (Россия) Сталь / Грушко П.Д., Какушкин Е.С., Левченко Г.В и др. - Бюллетень изобр. -1991. - № 31. -С.97.

61. Патент 1664863 (Россия) Сталь / Грушко П.Д., Какушкин Е.С., Левченко Г.В. и др. - Бюллетень иэобр. -1991. - № 27.-С.110.

62. Патент 2061780 (Россия) Сталь / Левченко Г.В., Яценко А.И., Шара-футдинов Р.Я. и др. - Бюллетень изобр. - 1996. - № 16. - С. 218.

Певченко Г.В. Развитие научных основ и технологических решений производства экономнолегированных листовых статей гарантированных классов прочности.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.16.01 - металловедение и термическая обработка металлов, Государственная металлурптческая академия, Днепропетровск, 1997. Защищается 51 научная работа и 13 авторских свидетельств и патентов, которые содержат результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей формирования структуры и развития ликвации при кристаллизации и фазовых превращениях в малоуглеродистых низколегированных сталях. Выявлены особенности влияния деформации и охлаждения на процессы превращения аустенита в низкоуглеродистых сталях различных систем легирования. Результаты промышленного освоения новых экономнолегирован-ных листовых сталей повышенной прочности для холодной штамповки, а также горячекатаных конструкционных листовых сталей поставляемых по классам и группам прочности.

Ключош слова: структура, мехашчт властивосп, кристамзащя, гаряча прокатка, термообробка, листова стать.

G.V. Levchenko "Development of theoretical foundations and technological improvement of low alloy-consumable process technology for production of alloy steels of ensured strength grades".

The Dissertation for defending the degree of Doctor of Technical Sciences on the speciality 05.16.01 "Metal science and thermomechanical treatment of metals", Mining and Metallurgical Academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 1997.

The subject to defence is 51 scientific publications and 13 author's certificates and patents which contain the results of theoretical and experimental investigations devoted to regularities of structure formation and liquation development under crystallization and phase transformation of low-carbon low-alloy steels. The characteristics and features of effects of deformation and cooling on austenite transformation in low-alloy steels of different alloying systems have been found. The experimental results obtained under industrial conditions in producing new-type low alloy-consumable alloy steels of increased strength for cold forming and also hot-rolled structural steel sheets to be classified by strength classes and groups have been shown.

Keywords : structure, mechanical properties, crystallisation, hot rolling, heat treatment, steel sheets.

ООО фирма «СЕРВИС» пр.Гагарина 21/17 принято к печати 24.06.97г.