автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Структурные особенности и деформируемость углеродистой стали при волочении и разработка технологии изготовления высокопрочной нерасслаивающейся проволоки ответственного назначения

уральский ордена трудового красного знакени политехнический институт им. с.м.кирова

структурные особенности и деформируемость углеродистой стали при волочений и разработка технологии изготовления высокопрочной нерасслаивающейся проволок« ответственного назначения

Специальность 05.16.01 - Металловедение и термическая

На правах рукописи Для служебного пользования ^ Экз._1„

соколов александр алексеевич

обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Свердловск - 1991

Работа выполнена в лаборатория высокопрочной проволоки Всесоюзного научно-исследовательского института метизной промышленности, на кафедрах металловедения и ОЗД Уральского политехнического ииста-ту~а им. С.М.Кирова.

Научный руководитель: прсх£ессор, доктор технических наук БАРАЗ В. Р.

Официальные оппоненты: зав, отделои физики прочности и разрушения сталей ИИФ АН УССР, профессор, доктор технических наук МЕШКОВ Ю.Я.

зав. лабораторией металловедения УНИИЧМ, "андидат технических наук СЫРЕЙЩИКОВА В.И.

Ведущее предприятие: Магнитогорский калибровочный завод

Защита диссертации состоится октябгд____1991 г.

в ■ 14 ч 00 м на заседании специализированного Совета К.063.14.02 по присуждению ученой степени кандидата технических наук (третий учебный корпус, аудитория Мт-421).

Ваш отзыв в одной экземпляре, скрепленный печатью организации, просим направить по адресу: 620002, г.Свердловск, К-2, У1И им.С.М.Кирова, ученому секретари Совета института, телефон 44-35-74.

Автореферат разослан "_2£Г ___„ 1991 г.

Ученый секретарь

специализированного Совета К.063.14.02

доцент, кандидгт технических наук ///

МИКИРИЦКИЙ

ЭБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А!!1Х2льнос1;ь_£аботы. Стальная проволока является специфическим изделием в сичу того, что среди иоликристаллических материалов именно на ней удается получать особо высокопрочное состояние с времен-

Р

ным сопротивление« разрыву, равным 3000-4000Н/м>.1 . Такие значения прочности, однако, должны сочетаться с необходимыми показателями вязкости и пластичности. Иоатому проблема создания высокопрочной проволоки, имеющей повышенное сопротивление хрулкм/у разрушению, является актуальной.

В этой связи самостоятельное значение имеет вопрос о характерном разрушении стольной проволоки путем так называемого рь..¡слоения. Расслоение рассматривается как особый вид хрупкого разрушения волокнистых металлических материалов с ОЦК решеткой. Подобное разрушение обычно наблюдается при испытаниях скруч гванием. Поэтому для высококачественной проволоки обязательным регламентируемым показателем является требование отсутствия склоннгсп; к расслоению. О важности проблем производства нерасслаивак™ейся проволоки свидетельствует тот факт, что в настоящее время выход годного при ее изготовлении составляет не более 30%.

С учетом сказанного необходимость и важность разработки рациональной технологии получения высокопрочной нерасслаивающейся проволоки сомнения не вызывает. Это подтверждается такие и рядом директивных документов (Постановлением союзного правительства №115 от 23.01.86г., приказом Минмета СССР №306 от 12.02.88г.), предусматривающих создание и освоение технологий производства подобной продукции, используемой для получения ряда важных изделий - упругих элементов, учадостойких канатов, бронзкабельной проволоки.

У®2ь_Е&боты - изучение структурных л технологических факторов, влиящих на деформационную способность при -.олочении и склонность к расслоению углеродистой стагм, разработка на этой основе слособо? получения высококачественной проволоки.

Научная новизна. Изучены особенности процесса разрушения холод-нодеформированной стальной проволоки, позволившие обосновать корректность истолкования механизма расслоения с позиций модели МешкоВ' -Меттуса. На основе фрактографичес:гого анализа классафииировага виды изломов проволочной заготовки после испытаний на кручение.

Исследовано влияние металлургических факторов (способов выплавки и разливки) на структуру и свойства горячекатаное заготовки (катанки) и сформулированы требования к ее исходному состоянии, обеспечивающие получение качественной проволочной продукши.

Установлено положительное влияние микролегирования углеродистой стали ванадием (в количествеспособствующее снижению склонности к развитию деформационного старения и подавлению эффекта расслоения .

Определена роль остаточных макронапряжений в проявлении хрупкого разрушения расслоением и обоснованы технологические условия, необходимые для нейтрализации их неблагоприятного влияния путем проведения динамического отпуска и специальной рихтовки готовой проволоки.

Разработаны методики и установки для оценки деформационной способности катанки и проволоки в условиях волочения, а такие для проведения испытаний с целью качественного определения склонности к расслоению. С учетом представлений о деформационном поведении исследованных сталей и характере накопления дефектности строения (повреж-денности) при волочении создана система малинного расчета "Прогноз", позволяющая формировать оптимальный технологический режим изготовления качественной стальной проволок;:.

ПЕактическая_^ач™ость_работы. Основные научные результаты получили практическую реализацию при создании технологии производства высокопрочной нерасслаивающейся стальной проволоки ответственного назначения. Эти разработки включают следующие разделы:

Получили практическое использование разработанные методики и установки по оценке пластичности и деформируемости при холодном во-

лочении, а также система машинного расчета - программа "Прогноз" t позволившие оптиотзировать технологический проиесс изготовления высококачественной стальной проволоки.

На основании найденных количественных характеристик исходного материала созданы и утверждены технические усовкл на заготовку (ТУ 14-1-4700-89) и катанку (ТУ I4-I-470I-89), предназначенные для производства стальной проволоки ответственного назначения.

Разработана и внедрена на экспериментальном заводе ВНИЙметиза технология изготовления высокопрочной .нерасслаивающейоя проволоки из углеродистой стали, микролегированной ванадием.

Создан и внедрен в лабораторную практику (Велорепкий металлургический комбинат, ВНИИметиз) нлассификатор причин обрывности - система ранжирования структурных и технологических факторов, определяющих возможность разрушения проволоки при волочении и испытаниях на усталость или кручение.

Разработана и нашли практическсэ применение (экспериментальный завод БНИИметига) оригинальная установка для термической обработки проволоки (A.c. №1543838), а такте способы последеформаиионных операций, направленных на уменьшение и перераспределение остаточных напряжений (Л.с. »1507819).

Результаты исследования были использованы при разработке промышленной технологии производства прукинней проволоки для средстп видео- и оргтехники (ТУ I4-4-I544-59 и ТУ 14-4-1562-89), для бряне-кабельной продукции CD' 14-"-1470-87) и хладостойких канатов (ТУ I4-4-1342-89).

Годовой экономический эффект от реализации практических результатов сос^-авил: от использования пружинной проволоки для изделий видеотехники - 45,9 тыс.руб., для средств оргтехники - 422 тыс.руб.

Ма_эа§иту_вьтносят ся:

I. Результаты исследования особенностей разрушения холодноде-формированной стали, позволившие развить представления о механизме

хрупкого разрушения расслоением высокопрочной проволоки.

2. Экспериментальные данные по изучению роли микролегирования, способствовавшие обоснован!?» целесообразности использования микродо-бсзок ванадия с целью подавления склснности холоднодефорыирсвангоП углеродистой стали к расслоению. •

3. Обоснование и создание системы машинного расчета оптимальной технологии переработки стальной проволоки, учитывакг/зй исходное структурное состояние катанки и формирование поврежденное™ при холодном волочении.

4. Новые технологические режимы и оригинальные установки для производства высокопрочной нераселаивающейся проволоки ответственного назначения.

Апробапияп работу. Основные материалы диссертации доложен«-; и обсуждены на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Совершенствование произведетва латунированных канатов и металлокорда" (г.Магнитогорск, 1985г.), на Всесоюзном семинаре "Современное оборудование и технология термической и химико-термической обработки металлических материалов" (г.Москва, 1986г.), на Всесоюзном семинаре "Современные методы контроля структуры и свойств металлопродукции на предприятиях черной металлургии" (г.Москва, 1986г.), на научно-техническом семинаре "Пластичность и деформируемость при обработке металлов давлен-нем" (г.Миасс, 1986 и 1989г.г.), на научно-технической конференции "Молодые ученые и специалисты черной металлургии Урала - научно-техническому прогрессу" (г.Свердловск, 1987г.), на Всесоюзном научно-техническом совещании "Повышение эффективности использования в народном хозяйстве высококачественной металлопродукции" (г.Старый Оскол, 1987г.), на 8-й научно-технической конференции УПИ им.С.М.Кирова "Повышение эффективности способов получения металлов и сплавов, создание новых материалов, технологий и машин, улучшение качества металлопродукции" (г.Свердловск, 1988г.), на научно-техническом семинаре "Повышение эксплуатационных свойств стальной проволоки" (г.Маг-

нитогорск, 1988г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение качества иетаялопроката путем термической и термомехани-.ческой обработки" (г.Днегцспетровск, 1983г.}, на Всесоюзном научно-техническом совещании "Пути ускорения научно-технического прогресса в метизном производстве" (г.Магнитогорск, 19ъ0г.), на семинаре "Структура, свойства и методы исследования легированных сталей" (г.Киев, 1991 г.!.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 16 научных статьях. По материалам работы подано б заявок на изобретения и получено 2 авторских свидетельства.

Структ^1§_и_объем_2иссергащи. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения и основных выводез, списка литературы, содержащего 129 наименований, и 5 приложений. Работа изложена на 187 страницах машинописного текста, содергкит 54 рисунка и II таблиц.

основное содержание работы

§_Об£вой_главе на оснсае проведенного литературного обзора рассмотрены теоретические модели и технологические аспекты, объяснявшие поведение стали при холодной пластической деформации и явление ее хрупкого разрушения с современных позиций металловедения и обработки металлов давлением. Отмечена роль структурного состояния стали и технологических факторов изготовления проволоки на склонность к разрушению расслоением.

Анализ литературных источников, а также обобщение практического опыта сталепроволочных заводов показывает, что рациональная технология получения высокопрочной нерасслаиваюцейся проволоки включает в себя использование ряда оправданных технических приемов (например, регулирование факторов, способных ослабить развитие динамического деформационного старения, ограничение суммарной деформации на стадии передела, использование стали повышенной чистоты).

Емссте с тем не существует общепризнанного истолкования природа хрупкого разрушения расслоением, хотя наиболее полное исследова-нио в отой области выполнено в работах Пешкова Ю.Я. и Ыеттуса Г,С. Не получила практической проверки целесообразность направленного микролегироэания углеродистой стали. Не имеют доказательного подтверждения ииеющичся высказывании о роли остаточных напряжений. Оправданной можно считать таи. з попытку увязать известные иеталлофизи-ческие положения о механизме процесса расслоения с концепцией формирования ловреадгнносги стали в райках феноменологической теории разрушения при операгтях ОМД.

Выполненный анализ литературных денных и их критическое рассмотрение позволяли сформулировать основное содержание настоящей работы -- изучение особенностей влияния структурных и технологических факторов на деформационную способность при волочении и склонность к расслоению углеродистой стели и разработка на этой основе способов получения высокопрочной нерасслаивагацейся проволоки ответственного назначения.

?2_51£Е2В_ЕМ2£ описаны материал и методы, примененные для исследования .

В качестве исходного материала использовалась катанка (дизд. 6,5мм) из различных марок углеродистых (0,I0-f0,Sa/íC) сталей промышленного и опытно-промышленного производства, в том числе полученных с применением метода непрерывной разливки (сталь типа 70К-ПВ). Исследовались также стали, иикролёгированные ванадием в количестве -0,1% (стали типа 70-М+95-М).

Выбор сталей данного класса бЫл предопределен необходимостью получения комплекса прочностных и пластических характеристик проволоки ответственного назначения "(пружинной и канатной), выработанного практикой проволочного производства.

Для проведения исследований были использованы методики построения кривой упрочнения, диаграшы пластичности и расчета поврежденное-

ти, разработанные на кафедре СМД УПИ им.С.М.Кирова.

Для определения деформационной способности исследованных сталей при волочении была разработана специальная методика, предусматривающая сравнительную сценку пластических свойстз образцов (по коэффициенту пластичности Кп) в исходном (горячекатаном) состоянии, а также после механического удаления наружных слоев (на глубину залегания поверхностных дефектов) и полного отжига. Кроме того, для отих целей была испольг^вана вновь сконструированная установка, имитирующая темперагууные и"деформационные параметры процесса волочения и позволяющая определить возможное влияние динамического деформационного старения на показатели пластичности проволоки.

Испытания проволоки на усталость проводились с использованием знакопеременного изгиба при напряжениях 500, 700 и 900Н/ш^. Усталостные свойства проволоки оценивались числом знакопеременных циклов образцов до разрушения.

Определение плотности >f деформированной и отожженной стали осуществлялось методом гидростатическиго взвешивания на аналитических весах BJ1P-200. Относительная погрешность измерения составляла 0,05?». Эталоном служил никелевый образец.

Распределение остаточных макронапряжений по сечению деформированных и отпущенных образцов проволоки оценивалось рентгенографическим методом на дифрактсметре УРС-50ИМ. Послойное утонение образцов осуществлялось электролитически травлением.

Испытания проволоки на растяжение и скручивание проводились стандартными методами соответственно по ГОСТ 10446-80 и ГОСТ 1545-80. Микроструктура стали анализировалась по ГОСТ 8233-56 с использованием оптического микроскопа Kleotot , макроструктура - по ГОСТ 10243-75. Для выявления тонкой структуры перлита использовалась трансмиссионная электронная микроскопия тонких фольг с помощью микроскопа Testa BS-613. Фрр.ктографьческое изучение изломов проволочных образцов поело кручения и усталостных испытаний проводилось на бинокуляр-

ном микроскопа ИБС, растровых электронных микроскопах 35М-Ш и 35М-35.

Третья_гл£.ва содержит описание проведенных исследований по изучен!!» влияния холодной пластической деформации на интенсивность тре-щинообразования и склонность к разрушению расслоением, изучению фрактографических особенностей строения изломов высокопрочной стальной проволоки.

Для исследований использовалась проволока диам.1,05ш из стали У9А, изготовленная с суммарной степенью деформации 30, 90 и 96?.

Изучение плотности показало, что деформация на 80% приводит к относительно умеренному падению этой характеристики (на~0,15Й), которое удается, однако, полностью устранить поеледеформа-тонным нагревом при 200-400°С. Более интенсивное волочение вызывает прогрессирующий рост дефектности, что выражается в заметном падении плотности на 0,4 и 0,6$ после обжатия соответственно на 90 и 96$. Для образцов, деформированных па 90%, трещины не удаляются низкотемпературным нагревом, полное восстановление плотности происходит в результате слига при 1000°С. В случае деформации на 9СЙ даже высокотемпературный отжиг (при 1С00°С) не полностью "залечивает" дефекты и плотность не восстанавливается до исходного (патенгирозанного) состояния.

Качественный образом классифицировать высокопрочную проволоку по склонности к расслоению можно при испытаниях на скручивание по изменению крутящего момента и длины образцов, а также по внешнему виду излома. Усовершенствованная методика испытаний на скручивание с использованием модифицированной машины модели К-5 разработана во ВНИйметизе при участии автора.

Образцы, деформированные на 80 и 90£, разрушались без признаков расслоения. Однако образцы, волочение которых осуществлялось на максимальную величину деформации (96%), испытывали разрушение с характерными чертами расслоения (после 1,5-2 оборотов снижение величины крутящего момента, а затем его постепенное возрастание в форме -- "пилообразной" кривой, резкое укорочение образца, превышающее 4%,

-н-

после начальных оборотов).

Образцы, подвергнутые умеренней деформации (8С$), имели излом, соответствующий вязкому разрушению путем среза - поверхность разрушения расположена перпендикулярно оси скрученных образцов. Образцы, деформированные на 90%, при скручивании давали другую форму рельефа, характерну» для спирального (винтового) излома - поверхность разрушения расположена под углом 45° г оси проволочного образна. Такой излом принято относить к случаю разрушения материалов, находящихся, в состоянии охрупчивания, а само разрушение квалифицируется как пример хрупкого среза.

Третий вид излома - случай специфического хрупкого разрушения расслоением, когда в результате развития магистральной винтовой трещины образец разделяется на отдел:>ные волокна, закрученные вдоль его оси. Такое разрушение испытывали образны, протянутые с максимальным обжатием (96%).

Выполненные измерения остаточных макронапряжений показали, что их распределение по сечению холоднодеформированной проволоки описывается "пилообразной" кривой, при этом они меняются от периферии к центру не только по величине, но и по знаку (с определенной периодичностью от растягивающих к сжимающим). Повышение концентрации углерода в стали приводит к некоторому увеличению абсолютных значений остаточных макронапряжени:"., но скачкообразный характер их распределения сохраняется.

Последеформационный отпуск проволоки (в интервале 200-500°С) способствует закономерно,лу снижению значений остаточных напряжений, но не изменяет вида кривой распределения. При этом низкотемпературный отпуск на максимум предела упругости (при 200-250°С) усиливает склонность к разрушению расслоением. Такое члияниз деформационного старения - известный экспериментальный факт.

Вместе с тем иной результат оказывается в случае проведения динамического отпуска, включающего кратковременный нагрев (олектрокон-

тактным способом) при 350-400°С в течение 1-2с и одновременное наложение растягивающей нагрузки, вызывающей пластическую деформацию на 1-3$. В этом случае не только достигается заметная релаксация остаточных напряжений, но и наблюдается их существенное перераспределение, вследствие чего кривая, имеет плавный нисходящий ход. В результате такой обработки ослабляется склонность проволоки к расслоении;, но при этом одновременно сохраняется ее высокопрочное состояние.

Данные фрактографического исследования, а также анализ измерения плотности и остаточных напряжений холоднотянутых и отожженных (бразцов позволили золотить, что интерпретация физической картины хрупкого разрушения расслоением может быть дана вполне корректно в рамках модели Мешкова-Меттуса. В ее основе лежат представления о возникновении уже на начальных стадиях волочения "разрыхления" стали, обусловленное образованием упруго-равновесных зародьпцевых трещин (субмиктюгрещин), которые в дальнейшем (с ростом обжатия) последовательно трансформируются в стабильные несплошности (микротрещины), ориентированные вдоль оси проволоки. Такое их расположение, явно выраженная структурная анизотропия способствуют снижению сопротивления поперечным нагрузкам.

С этих позиций отмеченную ранее температурную зависимость плотности сильнодеформированных образцов можно истолковать следующим образом. При низкотемпературном отжиге (до 400-500°С) за счет релаксации микронапряжений наблюдается захлопывание упруго-равновесных суб-микротрещин и восстановление плотности, пониженная величина которой была обусловлена появлением этих дефектов. Последующий переход подрастающих субмикротрещин в свободные полости требует для их удаления уже проведения высокотемпературного диффузионного отжига. Наконец, при особо высоком обжатии возможно достижение такого состояния, когда накопление поврежденности носит необратимый характер и последующей термообработкой восстановить плотность не удается.

Оценка поведения высокопрочной проволоки при испытаниях на кру-

чение позволяет заключить, что остаточные макронапряжения следует рассматривать в качестве фактора,стимулирупцего процесс расслоения. При кручении они суммируются с нормальными напряжениями, возникавшими вследствие приложения нагрузки, и в результате в проволоке создаются условия для катастрофического роста некоторых продольных микротрещин .с переходом в одну-две магистральные винтообразные трещины.

Исходя из обсуждаемой модели Мешкова-Меттуса, можно полагать, что практические рекомендации по разработке технологии получения не-расслаивающейся проволоки должны предусматривать такие приемы, которые могли бы привести к подавлению интенсивного зарождения и распространения субмикротрещин и их последующий переход в закритическув стадию с образованием устойчивых микротрещин.

Поэтому различные технологические способы, позволяющее воспрепятствовать такой эволюции дефектов, целесообразно использовать ком-лексным образом. Этот подход может быть реализован с учетом различных воздействующих факторов:

- подбором рационального химического состава, включая целенаправленное микролегирование;'

- рациональным построением технологического процесса переработки катанки в конечную продукцию, учитывающую возможность регулируемого

накопления дефектов при волочении и ж приемлемого устранения при » • «

термической обработке;

- учетом роли деформационного старения, а также влияния остаточных макронапряжений, созданием условий для нейтрализации их воздействия.

Таким образом, изложенное истолкование обсуждаемого явления расслоения позволяет выделить целесообразные направления в £азработке технологии получения нерасслаивающейся высокопрочной проволоки.

В чвтвдргой_ главе рассматривается один из реализованных вариантов получения высококачественной стальной проволоки - использование целенаправленного микролегирования ванадием.

Эксперименты выполнялись на углеродистой стали состава, близко-

Го к эвтектоидноиу (0,69^0- икавшей добавки ванадш в количестве 0,1% (сталь 70-М), н ставдаргной углеродистой стали 70 (0,68$С). Использовались проволочные образны диаы.1,8ш, полученные путем предварительного патектироЕвнм и холодного волочения с суммарным обжатием 78 и 67?.

Изучение влияния температуры аустенитизации (в интервале 800--Ю00°С) на величину зерна в обеих сталях показало, что микролегирование ванадием позволяет сохранить относительно более мелкое зерно при нагреве до 600-в50°С (18-25мкм в иикрояегированной и 30-32мкм в обычной). Последующая высокотемпературная аустенитизация приводит к укрупнению аустенитного зерна шкролегированной стали, в результате чего в обеих сталях размер зерна становится совпадающим (38-40ыкм при Ю00°С). Вместе с тем микролегирование ванадием практически не повлияло на изменение устойчивости переохлажденного аустенита, следовательно, использование такой стали не создает принципиальных затруднений с осуществлением процесса патентирования на агрегатах непрерывного действия.

Анализ механических свойств и плотности показал, что после па-тентирования проволочные заготовки обеих сталей имели практически одинаковые значения прочности и пластичности, а также близкие значения плотности (7,860.103кг/м3 для стали 70 и 7,855-Ю3кг/м^ для 70-Ш. Последующее холодное волочение приводит к заметному наклепу и после максимального обжатия £ =87$ 6Ь достигает 2150-2180Н/(дл2. При этом наблюдается снижение плотности, однако в микролегированной стали это уменьшение происходит с меньшей интенсивностью по сравнению со стандартной - соответственно V,740*10^ и 7,765-103кг/м2.

При испытании на кручение микролегированная сталь 70-М разрушалась без расслоения, излом сохранял типичные признали разрушения срезом. В то же время проволока из стали 70, деформированная на максимальную величину (67%), разрушалась хрупко путем расслоения.

Испытания на кручение показали, что для изученного диапазона

обжатий после отпуска с получением повышенных значений прочностных свойств образш стали 70 разрушались с признаком расслоения. В то же время для стали 70-М волочение на с последующ!™ упрочняющим отпуском не приводит к о^рупчивакию. Однако з этой стали расслоение фиксируется в случав аналогичного отпуска после более высокой деформации ( & =87%).

Определение влияния последеформационного нагрева на изменение плотности и ширины рентгеновской линии показало, что с ростом температуры наблюдается восстановление плотности Р . Отмечается определенная корреляция методу изменением и повышением f - в температурной области активного уменьшения ширины линии (200-400°С) наблюдается относительно более заметное возрастание плотности. Эти данные позволяют считать, что частичное восстановление ? на начальных стадиях последеформациинного нагрева происходит в условиях, когда развивается релаксация микронапряжений. Наблюдаемое окончательное вое станс -¡лениэ в микролегированной стали 70-М после высокотемпературного отжига(Ю00°С) позволяет считать, что на такой стадии нагрева происходит, видимо, "залечивание" значительной доли стабильных микротрещин, развившихся в ходе деформации. Дм сбычной стали 70 наблюдаете более низкие значения платности после волочения и отсутствие полного восстановления свидетельствуют о более сильном ее "разрыхлении", связанном с образованием устойчивых повреждений.

Таким образом, з стали, микролегированной ванадием, в меньшей степени происходит переход формирующихся при волочении субмикротре-1дин в крупные продольные трещины, способные повлиять на характер разрушения при испытаниях на кручение. Подобное воздействие ванадия можно истолковать тем, что он относится к числу элементов, которые затрудняют частичный распад цементита при пластической деформации и ' тем самым препятствуют развитии деформационного старения, усиливающего склонность к охрутгчиванию.

Эксперименты, проведенные на сконструированной установка для

определения деформационной способности сталей, позволили скорректировать параметры режима волочения. Установлено, что для микролегиро-ваиной стали межег быть принята более высокая величина единичного обжатия при волочении - 20?S, в то время как для стали 70 она не должна превышать 18?. Подобные ограничения обусловлены необходимостью избежать нежелательного развития динамического деформационного старения.

Выполненные усталостные испытания показали, что микролегированная сталь отличается лучшей циклической стойкостью (на 25? выше). При атом по урозкю ылюсливости она соответствует, как установлено, свойствам качественной стали 70К-ПБ, полученной с помощью специальных методов выплавки и разливки - электроыеталлургическим способом (с применением чистых металлизованных окатышей) и непрерывного литья заготовок.

Проведен фрактогр&фический анализ изломов проволоки после проведения усталостных испытаний с помощью растрового электронного микроскопа 35M-U3. Образцы с низким количеством циклов (сталь 70) имели разрушение с частичным или полным расслоением до 60$. Проволочные образцы из сталей 70-ii и 70К-ГБ имели вязкое разрушение в количестве до 80$ от общей массы испытанных образцов, остальные образцы разрушались из-за наличия расслоения и поверхностных дефектов.

Меньшая склонность к трещинообразованию, более умеренное "разрыхление" при деформация - эта факторы препятствуют формированию и распространению усталостных трещин, в результате циклическая стойкость микролегированной стали повышается.

§ЛШ£2Й_££§в§ исследовалось влияние способа производства стали на структурное состояние катанки и деформируемость ее при волочении. Уточнены существующие требования и разработаны основные направления повышения качества исходного сырья для изготовления пшволоки ответственного назначения на основе математической обработки и анализа качества катанки, технологичности переработки и «.ойств готовой проволоки по П" плавкам углеродистой стали. Полученный массив дан-

ных обрабатывался на ЭВМ СМ-4. В основу математической обработки положен дисперсионный анализ статистических данных.

Технические требования легли в основу разработанных технических условий ТУ 14-1-4700-8° на заготовку и ТУ 14-1-4701-89 на катанку для изготовления проволоки ответственного назначения. Эта техническая документация, предусматривала применение стали, мякролегиров&н-ной ванадием в количестве до 0,1%.

С целью промышленной проверки разработанных требований к углеродистой катанке для изготовления проволоки ответственного назначения ВНИИметяз под руководством автора провел совместную работу с ЦНИИЧерметом, Западно-Сибирским (ЗСМК) и Белорецкйм' (БМК) металлургическими комбинатами. Были выполнены опытные плавки сталей ^П-Ш-д^-М. Качество слитков опытных плавок стали изучалось на семи горизонтах з раскатах заготовок размером 150x200км, от которых отбирались иав^о-темплеты тол1^ной 30-50ым. Заготовки затем прокатывались на катанку диам.6,5мм.

Установлено, что для реализации изготовления изделий отзетстзен-ного назначения необходимо использовать среднюю часть слитка во избежании ликвации углерода, приводящей к неоднородным свойствам катыши, изготовленной из прокатанных заготовок.

Для получения норм по неметаллическим включениям (по пластичным - не более 1,5 балла, по труднодефораируемым - нэ более 1,0 балла) необходимо ограничить их содержание в заготовках соответственно не более- 3,0 и 2,0 баллов с учетом последующего измельчим при прокатке з катанку.

Металлургический и прокатный фактора изготовления исходного сырья - катанки анализировались путем оценки склснности стали к деформации волочением по коэффициенту пластичности Кп. Для образцов катанки из сталей 70, 70К-ПВ и 70-М Кп составили соответственно 3,981; 4,405 и 4,626. Катанка из стали 70-М (шкролегированной ванадием) обладает самш высоким значением Кп и позволяет обеспечить

производсгво из нзе высококачественной проволоки ответственного назначают .

В целом оценка влияния металлургического фактора на показатели качества горячекатаной заготовки (каталки) и конечной продукции (проволоки) содержит достаточно извес-ные положения. Однако выполненные исследования позволили не только подтвердить апробированные зависимости, но и выявить их количественные соотноиения, что способствовало обоснованна необходимых уточнений, связанных с регулированием металлургического качества используемого материала.

Шоствя_глава содержит материалы исследований особенностей формирования дефектности структуры при волочении и оптимизации режимов деформации углеродистой стели,

Разработана программа "Прогноз", позволяющая рассчитывать и анализировать на ЭВМ теоретические и применяемые в производственных условиях маршруты волочения углеродистой проволоки. В основу алгоритма положены методики расчета кривой упрочнения, диаграммы пластичности, прогнозирование поврежденное™ стали, разработанные на кафедра 'обработки металлов давлением УПИ им.С.К.Кирова и методика расчета коэффициента текущей пластичности, созданная во ВНИИметизе.

Определены зависимости коэффициента текущей пластичности К„ от степени деформации при волочении , отражающие связь структурного состояния углеродистых сталей (дисперсности феррито-карбидной смеси, морфологии цементитных частиц, объемной доли структурных элементов) с пластичностью и деформируемостью проволоки.

Изучено накопление поврежденноети и в сталях с различным содержанием углерода и структурным состоянием. На основе анализа Кп.и и? определено максимально допустимое значение поврежденности 1*^=0,15-0,20 (для патентированной структуры), как критерия оптимизации прочностных и пластических свойств проволоки из стали с содержанием углерода I/,6*1,0% и меньшей склонностью к расслоению.

Установлено, что микролегированная ванадием сталь характеризу-

егся меньшим темпом накопления поврэжденности иг при деформации в от-Ш'ие от сталей с аналогичным содержанием углерода (70, 70К-ГО).

Выполненные эксперименты показали, что аналитические зависимости деформационной способности и склонности к дефектообразованига исследованных сталей адекватно отражают известные особенности влияния структурных факторов. Таким образом предлагаемые математические модели вполне достоверно могут описывать деформационное поведение углеродистых сталей и поэтому их можно использовать для практической отработки опгикальных технологий получения высококачественной стальной проволоки.

рассмотренные в предыдущих главах основные соображения, -асапщиеся комплексного подхода к решению актуальной проблемы получения высокопрочно нерасслаивающейся проволоки, были реализован! практически в виде разработанных конкретных технологий, включакцих в некоторых случаях и оригинальные способы и устройства для их осуществления.

Разработана установка для термообработки протяжных изделий с применением высокоскоростных способов нагрева под аустенитизацию, автоматизированной заправкой, безизгибным прохождением проволоки г среде защитного газа, нейтральной экологией.

Для реализации последеформационкой обработки проволоки - отпуска под натяжением - в потоке волочильного стана разработана установка, сконструированная на опытно-экспериментальном заводе ВНИИметиза. Разработан с применением данной установки способ последеформацион-ной обработки, заключающийся в калибрующей протяжке в волоке с последующей механической рихтоы-.ой (вместо отпуска) и наложением растягивающей деформации 1-3^.

Результаты анализа поверхностных дефектов, мест разрушений при испытаниях на разрыв, кручение, выносливость, обрывов проволоки при волочении, полученные в работе с помощью бинокулярного и растрового (3511-113) микроскопоч, послужили основой для разра»1/?!си классификатора причин обрывов проволоки и ее разрушения при механических и ус--

талосгных испытаниях. Классификатор, иллюстрированный фотографиями, внедрен в практику работы ЦЗЛ ШК и лабсраг.рии кеталлосадения ВКЩ?-ыетиза.

Результаты проведенных исследований и изысканий явились основой для раяработк»! технологии изготовления высокопрочной проволоки ответственного назначения (для изделий видео- и оргтехники, хладостойких канатов, бронекабельной продукции), внедренной на экспериментальном . заводе ЕЧИймегиза.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Хрупкое разрушение высокопрочной стальной проволоки путем расслоения корректно может быть описано в рамках модели 1'ешкова-Метту-са, учитыЕащей возможность интенсивного разрыхления стали при волочении и образование устойчивых продольных микротрещин. Расслоение предста: ляется крайним случаем хрупкого разрушения сталей с волокнистой структурой.

Качественным образом классифицировать высокопрочную проволоку по склонности к расслоению можно при испытаниях на кручение по внешнему виду излома, а также по изменению кругяшего момента и длины образцов.

2, Остаточные ыакроналрякения, возникающие в холодиодеформи-рованной проволоке, следует рассматривать в качестве фактора, способного усиливать вероятность хрупкого разделения при кручении. Существенным является не только их величина, но и характер распределения по сечению проволоки. Монотонное, плавное изменение от периферийных участков к. споссбстпуст снижению вероятности расслоена- агоприягная форма распределения макронапряжений мо*^-' Зыть Достигнута специальными технологическими приемами на этапе заключительной посдедеформашонной обработки - кратковременным динамическим отпуском или механической рихтовкой.

3. Легированно углеродистых сталей микродобавками ванадия

положительно отражается на деформируемости проволоки и проявлении склонности к разрушению расслоением. Такое его влияние связывается преимущественно с подавлением динамического деформационного старения и торможением процесса накопления несплошностей при волочении. Вместе с тем роль ванадия носит ограниченный характер - после больших обжатий склоньость к расслоению может сохраняться.

4. Дана аналитическая интерпретация влияния структурных факторов и металлургических показателеЯ качества исходного материала на деформационную способность стали при волочении и получаемые свойства, что позволило обосновать и сформулировать уточненные требования и на этой основе разработать новые технические условия на заготовку и катанку для производства проволоки ответственного назначения (ТУ 14-1-4700-89 и ТУ 14-1-4701-Ь9).

Ъ. На основе гатематической модели формирования при холодной деформации структурных несплошностей разработана система машинного расчета оптимальных параметров технологического процесса многопроходного волочения с промежуточными термообрабогкаш (программа "Прогноз").

6. Разработаны и получили практическую апробацию методики и ус-

■ I

тановки для оценки пластичности и деформируемости стали при холодном золочении, позволившие экспериментально обосновать оптимальные технологические режимы изготовления высокопрочной проволоки, не склонной к расслоению.

Созданы оригинальные установки для осуществления высококачественного патентирования, а также для проведения последеформашонной обработки проволоки, направленной на нейтрализацию влияния остаточных напряжений.

7. На основе анал -за показателей деформируемости исследованных сталей и фрактографического изучен"я изломов систематизированы причины обрывности проволоки при волочении в соответствии со структурными признаками и видами поверхностных дефектов. Разработан и внед-¡ен э р?водскую практику классификатор причин обрывности, позволяю-

щий обеспечить совершенствование технологии производства проволоки.

8. Осуществлена промышленная апробация разработанной технологии получения высокопрочной нерасслаиващайся проволоки, предназначенной в качэствз материала для упругих элементов видео- и оргтехники (ТУ I4-4-1544-89 и ТУ 14-4-1562-39), хладостойких канатов (ТУ 14-4-1542-89) и бронекабельной продукции (ТУ 14-4-1470-87).

Годовой экономический оффект от реализации практических результатов составил: от использования пружинной проволоки для изделий видеотехники - 45,9 тыс.руб., для средств оргтехники - 422 тыс.руб.

Основное содержание диссертационной работы отражено в статьях:

I. Перспективы применения высокоуглеродистой катанки из непрерывно-литой стали для изготовления канатов и металлокорда / Соколов A.A., Коломиец Б.А. // Совершенствование производства латунированных канатов и металлокорда: Тез. Всес. науч.-техн. семинара.-- Магнитогорск, 1985.- С.38-40.

Z. Влияние шероховатости поверхности на эксплуатационные характеристики проволокл и технологические факторы ее изготовления / Соколов A.A., Костсгрызов И.Д., Распопова Т.Н. // Всес. н.-и. ин-т метизной пром-ти.- Магнитогорск, 1965.- 22с.: 2ил.- Библкогр. 23 назв.- Рус.- Деп. в Черметинформации 19.02.85,- №6.- С. 166.

3. Применение техмоциклической обработки для изменения структурного состояния проволоки из углеродистой стали / Анешкин A.B., Белов A.B., Соколов A.A. // Материалы семинара: Современное оборудование и технология термической и химико-термической обработки металлических материалов.- Ы.: ЭДДНТЛ, 1986.- С.96-100.

4. Технология изготовления струнной проволоки с учетом-величины внутреннего трения } А.В.Анашкии» З.Л.Гуленкин, А.В.Белов, А.А.Соколов // В сб.: Новые i«Апологические процессы и оборудование в метизном производстве.-- М.: Металлургия, 1986.- С.86.

5. Установка и методика определения внутреннего трения колеблю-Е;ейп" >"гр.уни / А.В.Белов, А.В.Анашкин, А.А.Соколов, Г.И.Исаева // В сб.: Ссвхемсннне методы контроля структуры и свойств металлопродук-

цнй на предприятиях черной металлургии: Тез. докл. Всес. семинара.- ь;., 1986.- С.38.

6. Пластичность и прочность углеродистых сталей при холодном волочении / А.В.Белсв, А.А.Соколов, С.В.Грачев, А.В.Анапкин // В сб.: Теория я практика производства метизов.- Свердловск: Изд. УШ

им.С.М.Кирова, 1966.- с.77-83,

7. Некоторые закономерности формирования структуры и свойств при патентирозании и волочении углеродистой проволоки / Белов A.B., Гладышев З.Ф., Соколов A.A., Кожевникова В.Л. // Всес. н.-и. ин-т метизной проы-ти.- Магнитогорск, 1967,- 15с.: 5ил,- Библиогр. 3 наэв.-- Р/с.- Дел. в Черметинформзции 15.07.87.- .$4059.

8. Промыиленное применение металла Оскольского злектрометаллур-гического комбината в производстве металлокорда / Соколов A.A., Ко-ломиец L.A., Белов a.B., Щербакова Т.Г. // Молодые ученые и специалисты черной металлургии Урала - научно-техническому прогрессу: Тез. науч.-техн. конф.- Свердловск, 1987.- С.12-13.

. 9. Исследование связи структурного состояния углеродистых сталей с пластичностью и деформируемостью при холодном волочении / Соколов A.A., Белой A.B., Кожевникова В.Л. // Всес. н.-и. ин-т метизной пром-ти.-: Магнитогорск, 1988.- Юс.: Зил.- Библиогр. 3 назв.-Рус.- Деп. в Черметинформаци:' 28.07.88.- №4652.

10. Технологические свойства углеродистой катанки различных способов изготовления / Белов A.B., Соколов A.A., Шнайдер М.И. // Повышение эффективности способия получения металлов и сплавов, создание новых материалов, технологий и уошн, улучшение качества металлопродукции: Тез. науч.-техн. конф.- Свердловск, 1988,- С.43.

11. Влияние термической обработки и структурного состояния новых видов углеродистой стали на качество проволочных изделий ответственного назначения / Соколов A.A., Голомазова Т.В., Белов A.B., Ба-раз В.Р. // Повышение качества металлопроката путем термической и термомеханической обработки: Тез.науч-техн. конф.- Днепропетровск,

1908.- С.59.

12. Промышленная проверка стали Оскольского электроыеталлургичес-коро комбината при производстве из нее канатов ответственного назначения / Соколов АД., Воронина B.C., Цемошевич П.Ы., Терских С.А., Горбатов Е.К. // Бюлл. Черметинфорлация.- 1968,- »6,- С.66-57.

13. Прочностные и пластические свойства углеродистой катанки различных способов изготовления / А.А.Соколов, А.В.Белов, А.А.Еога-тов, С.В.Смирнов //В сб.: Теория и практика производства метизов,-

- Магнитогорск: Изд. ШШ, 1989.- С. 13-19.

14. О хрупком разрушении холоднодеформированной стали с волокнистой структурой / Бараз В.Р., Рундквист H.A., Белов A.B., Соколов A.A., Новиков С.Н. // МиТОЫ.- IS90.- »3.- С.34-37.

15. Применение катанки из шкролегированной стали для изготовления проволоки ответственного назначения / Соколов A.A., Белов A.B., Голомазсза Т.В., Бараз В.Р. ff Пути ускорения научно-технического прогресса в метизном производстве: Тез. Всес. науч.-техн. совещания.-

- Магнитогорск, 1990,- С.57-58.

16. Разработка программы анализа режимов многопроходного волочения на основе феноменологической теории разрушения / Соколов A.A., Смирнов C.B., Шнайдер U.U., Чурбаев P.B. ff Всес. н.-и. ин-т метизной прои-ти.- Магнитогорск, 1990,- 9с.: Зил.- Библиогр. 2 назв,- Рус.- Деп. в Черметинформации 30.05.90.- Вб483-чм90.

17. A.c. №1507819 (СССР). Способ изготовления стальной проволоки / Рундквист H.A., Бараз В.Р., Грачев C.B., Белов A.B., Соколов A.A. и др.- Заявл. 10.03,88, №4390004. Опубл. 15,09.89, БИ №34.

18. A.c. №1543838 (СССР). Установка для термообработки протяжных изделий / Белов A.B., Субботин Г.К.,'Соколов A.A. и др.- Заявл. 19.10,87, №4316771 (без права публикации в'открытой печати).

Ротапринт ВНИИметиза Заказ I

Тираж -loo 47 03 it