Факторы неоднородности качества листовых сталей и методы их оценки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат технических наук Салихов, Тимур Шарифович

• Салихов, Тимур Шарифович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Салихов, Тимур Шарифович

Введение

1 Структурные и металлургические факторы определяющие качество стали

1.1 Низколегированные конструкционные стали

1.2 Влияние легирующих элементов на свойства стали

1.3 Механизмы упрочнения

1.4 Закономерности диффузионного распада аустенита и влияние параметров охлаждения на структуру стали.

1.4.1 Перлитное превращение 18 1.4.1.1 Влияние легирующих элементов на перлитное превращение

1.4.2 Бейнитное превращение

1.5 Виды аномальных разрушений и причины их появлений

1.6 Факторы пластичности и вязкости 24 1.6.1 Влияние структуры и ее неоднородности

1.7 Технология формирования качества

1.7.1 Непрерывная разливка стали 3 О

1.7.2 Контролируемая прокатка

1.7.3 Нормализация.

1.7.4 Закалка и отпуск.

1.8 Методы анализа и контроля качества.

1.9 Средства автоматического контроля количественных характеристик разномасштабных структур.

1.10 Цифровые методы обработки изображений.

1.11 Выводы по литературному обзору

1.12 Постановка задачи

2. Материал и методика исследования

2.1 Технология получения исследуемых сталей

2.2 Механические испытания

2.3 Оценка структур и изломов

2.4 Анализ неметаллических включений

3. Результаты и их обсуждение 51 3.1 Использование баз данных производственного контроля для выявления причин разброса качества металлопродукции

3.1.2 Многофакторный линейный регрессионный анализ

3.1.3 Корреляционный анализ

3.1.4 Метод контрольных карт.

3.1.5 Приемы когнитивной графики. 67 3.2 Факторы неоднородности пластичности и вязкости листовых сталей.

3.2.1 Исследование микроструктуры и её роли в разрушении.

3.2.2 Оценка неметаллических включений.

3.2.3 Анализ макроструктур. 77 3.3. Разработка автоматических методов количественной оценки разномасштабных структур.

3.3.1 Предварительная обработка изображений.

3.3.2 Удаление статических шумов с изображений.

3.3.3 Поиск включений на бинаризированном изображении.

3.3.4 Составление панорамы расположения включений (общий случай) 97 3.4 Практическое применение компьютеризированных методов измерения загрязненности стали включениями

3.4.1 Анализ загрязненности стали неметаллическими включениями

3.4.2 Анализ серных отпечатков

3.4.3 Используемые программные средства. 109 Заключение 111 Список используемых источников 112 Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Факторы неоднородности качества листовых сталей и методы их оценки»

Для магистральных газопроводов и толстого листа в строительстве и судостроении используют лист из низколегированных сталей, у них сходны многие нормы качества.При их производстве обычно сильно выраженная технологическая наследственность.Варьирование технологических параметров в пределах, как правило, широкого поля допуска технологии приводит к значительному разбросу качественных показателей металлопродукции и даже появлению, внезапных вспышек брака. Причиной этому является различие в эволюции структур и дефектов в ходе технологической цепочки, что приводит к формированию развитой структурной неоднородности, появлению аномалий разрушения и потере качества в итоге.Очевидно, что без оценки геометрии различных структур механизмов, их совместного участия в разрушении невозможна выработка соответствующих приемов управления качеством стали в частности его металлургической составляющей. Роль последней существенно возрастает в связи с увеличение потребности в высокопрочных сталях. Однако все эти вопросы не получили необходимого отражения в исследовательской и технологической практике, в частности в связи с отсутствием объективных методов контроля таких стрзтстур.Это и определило актуальность постановки настоящей работы и ее цели.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Салихов, Тимур Шарифович

Заключение

1. Показано, что в низколегированных сталях (трубных и строительных) эволюция структур в ходе технологического передела играет существенную роль в формировании разномасштабной структурной неоднородности, что в итоге, приводит к разбросу качества металлопродукции.

2. В конструкционных низколегированных сталях (типа 09Г2ФБ, 10Г2ФБЮ), разлитых на MHJI3, асимметричная структура слитка наследуется при последующем переделе, что приводит к неоднородности микроструктуры листа по сечению и появлению дефектов в листе и трубе.

3. Существующие методы производственного контроля качества процесса и продукции листа не всегда выявляют дефекты стали, имеющие металлургическую природу, что повышает риск их появления в конечном изделии.

4. Для выявления структурных причин неоднородности вязкости, предложен способ построения карт распределения неметаллических включений (определяемых морфологически и по серному отпечатку) с использование локальной схемы выбора контраста.

5. Установлено что, причиной снижения ударной вязкости в стали 12Г2СБ послужили кластеры оксидов алюминия ~ 600-1500мкм. (размер включений от 3 до 8 мкм), расположенных параллельно поверхности листа. Появление расслоя в сталях 09Г2ФБ и 10Г2ФБЮ более вероятно когда, загрязненность неметаллическими включениями, в середине листа в 1,25 раза и выше чем на его периферии.

6. Показано, что для сталей 16Г2АФ и 17Г1С-У провалам ударной вязкости соответствует аномалия вязкого разрушения — шиферообразный излом. Его образование обусловлено совместным действием на разрушение ниток (плен) сульфидов и феррито-перлитной полосчатости. Появление разномасштабных структур - дальние последствия ликвации.

7. На основе «раскопок данных» производственного контроля качества показана низкая эффективность сужения поля допуска для стабилизации качества металлопродукции. Развиты приемы когнитивной графики для определения областей с доминирующим типом зависимости.

8. Еще раз подтверждено, что испытания на растяжение в третьем направлении (сталь 09Г2С) весьма эффективны для выявления металлургических факторов, лимитирующих пластичность и вязкость листа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Салихов, Тимур Шарифович, 2009 год

1. Столяров В.И., Тимошенко И.О., Нуриахметов Ф.Д., Коликов А.П. Развитие производства труб большого диаметра // Сталь. 2004. №10. С.52-54.

2. Сталь на рубеже столетий / Колл. авторов. Под научной редакцией Ю.С. Карабасова. М.: МИСИС, 2001, 664 с.

3. Смирнов J1.A., Беленький Б.З., Носов С.К., Ровнушкин В.А., Аршанский М.И., Егоров В.Д. Качество толстого листа категории Х60 из стали, микролегированпой ванадием // Сталь. 2004. №2. С.44-47.

4. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. — Переизд. Окт. 2002 с изм. I, 2. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002.

5. Новые материалы / Колл. авторов. Под научной редакцией Ю.С. Карабасова. М.: МИСИС, 2002, 736 с.

6. Специальные стали: Учебник для вузов / М.И. Гольдштейн, С.В. Грачев, Ю.Г. Векслер — 2-е изд., перераб. и доп. М.: МИСИС, 1999, 408 с.

7. Филиппов Г.А., Ливанова О.В., Дмитриев В.Ф. Деградация свойств металла при длительной эксплуатации магистральных трубопроводов // Сталь. 2003. №2. С.84-87.

8. Остсемин А.А., Дильман B.JI. Трещиностойкость и ударная вязкость прямо- и спиральношовных труб // Сталь. 2001. №10. С.44-49.

9. Бернштсйн M.JL, Займовский В.А. Механические свойства металлов. — М.: Металлургия, 1979,-495 с.

10. Hydrogen Permeability of ЕР-838 and KH12G20V Reactor steels after alloying and thermal treatment / V.V. Fedorov, R.I. Korolyuk, T.M. Zasadnyi, Ya.M. Ivaniv // Materials Science.- 2000,-V.36.-N4.

11. Эфрон Л.И., Ильинский В.И. Голованов А.В., Морозов Ю.Д. Металловедческие основы получения хладостойких трубных сталей путем высокотемпературной контролируемой прокатки // Сталь. 2003. №6. С.69-72.

12. Medina S.F. Hernandez С.А. General expression of the Zener-Hollomon parameter as a function of the chemical composition jf the low alloy and microalloyed staals // Actamater.-1996. V.34.№1. P. 137-148.

13. Glaser J., Morris J.W. -Phil. Mag. Letters, 1990, V.62, №1, p.33

14. Лейкин И.М., Литвиненко Д.А., Рудченко A.B. Производство и свойства низколегированных сталей. -М.: Металлургия, 1972. 256с.

15. Mahgen W., Nembach Е., Acta Met.,1989, V37, №5.р.1451.

16. Золотарсвский B.C. Механические свойства металлов. -М, МИСнС, 1998. С.400.

17. Микляев П.Г., Фридман Л.Б., Анизотропия механических свойств металла, 2-е изд., -М.: Металлургия, 1986, С.224

18. Ren В., Li Z., Morris J.G., -Scripta Met. Mat, 1994, Y.31, №4

19. Adams B.L. Kinderlehrer P., Scripta Met, Y.38, №5, 1998, P.531-536

20. Cho K., CM J.C., Duffy J., -Met. Trans. A, 1990, V.21A,№5, P.l 161-1223

21. Явойский В.И., Рубенчик Ю.И., Окенко А.П., Неметаллические включения и свойства стали, -М.: Металлургия, 1980, С. 176

22. Прайст А., Мей М., Вязкость разрушения опытных высокопрочных сталей //Вязкое раз рушение высокопрочных материалов, -М.:, Металлургия, 1973, С.161-163

23. Коттрелл К.Л.Влияние примесей на вязкость разрушения высокопрочных сталей Вязкое разрушение высокопрочных материалов, -М.:, Металлургия, 1973, С. 194-201.

24. Spitrig W.A.//Electron Microfractography.-Philadelphia. -ASTM, STP 453 -1969, P.90-110

25. Alan A.M., Chieragatti R., Acamatsu M. Scripta Met, Y.37, №10, 1997, P.1559-1567

26. Kolednik O., Albrecht M., Berchthaler M., Acta Met. Mat., Y.44.№8,1996, P.3307-3319

27. Shinozaki K., WanaX., North T.N., Met. Trans A., V.21A,№5,1990, P.1287-1297

28. Екобори Т. Научные основы прочности и разрушения материале, Киев: Наукова думка, 1978, С.352

29. Pcllissier G.//Engineering fracture Mechanics, 1968, №1, P.18-24.

30. Бернштейн М.Л., Займовский B.A. Механические свойства металлов, М."Металлургия, 1979, С.495

31. Nong М., Hwang U., Scripta Mat., V.37, №11 ,1997, P. 1637-1642.

32. Коттрелл A.X., Теоретические аспекты процесса разрушения //Атомный механизм разрушения,-М:, Гос. Научно-техническое изд. по черной и цветной металлургии, 1963, С.30-68.

33. Гольштейн М.И., Грачев СВ., Векслер Ю.Г. Специальные стали -М.: Металлургия, 1985.-408 С.

34. Бернштейн М.Л., Прочность стали, -М:, Металлургия, 1973, С.200.

35. Тушинский Л.И. Теория и технология упрочнения металлических сплавов. Новосибирск: Наука. Сиб. Отд. 1990. С.306.

36. Большаков В.И, Рычагов В.Н. Сопротивление разрушению строительных сталей послетермомеханической обработки. //МиТОМ, 1990, №10, С.85-87.

37. Большаков В.М., Стародубов К.Ф., Кусенко И.В. Электронномикросопическое исследование тонкой структуры низколегированной стали после контролируемой прокатки и прямой закалки.// ДАН УССР. Серия А. 1983. №8. С76-78.

38. Большаков В.И., Монгай И.А., Котова Л.И., Погребная Н.Э. Повышение качества и надежности высокопрочных конструкционных сталей методами субструктурного упрочнения., //МиТОМ, 1985, №8. С.42-48

39. Tither G., Kewel J. Properties of directly quenched and tempered structal steel plate/ J/ Iron and Steel Inst. 1970. V.207,№7. PP. 686-694.

40. Пупынина СМ., Орджоникидзе Н.Ш., Пузачев В.И., Семичева Т.Г., Разработка технологии производства листового проката для крупногабаритных конструкций. Черная металлургия России и стран СНГ в 21 вске.-М.:Металлургия, 1994, С75-77.

41. Бернштейн М.А. Диаграммы горячей деформации, структура и свойства сталей. Москва. Металлургия, 1989. С.543

42. Смагоринский М.Е. Повышение прочности толстолистового проката.// Сталь 1990.№3. С.74-77

43. Сенина Т.В., Фролов В.Ф., Высокопрочные хладостойкие трубы широкого сортамента из технологичных хорошо свариваемых сталей,, Черная металлургия России и стран СНГ в 21 веке,-М:, Металлургия, №4, 1994, С.98-99.

44. Штремель М.А. «Прочность сплавов».Часть 2. Деформация. Учебник для вузов.- М.: «МИСиС», 1997г.

45. Гольдштейн М.И, Грачев С.В, Векслер Ю.Г. Специальные стали. Учебник для в 2-е изд — М.: «МИСиС», 1999г.

46. Бахтиной В.Б. Прокатное производство.,М.: Металлургия, 1987г.

47. Эфрон Л.И., Ильинский В.И., Морозов Ю.Д., Голованов А.В. Разработка и промышленное опробование трубной стали повышенной прочности и хладостойкости с преимущественно бейиитной структурой// Сталь. 2003. - №9.

48. КаптюгИ.С., Голубев А.Я. Шиферный излом и расслоения в стали. М.: Металлургия,1982, 88 с.

49. Глебов А.Г., Штремель М.А., Косырев К.Л. Области влияния примесей на ударную вязкость толстолистовой стали // Сталь.- 2004.- №5.- с. 95-97.

50. Ежов А.А., Герасимова Л.П. Дефекты в металлах. Справочник-атлас. М.:Русский университет, 2002 г.

51. ГОСТ 5950-2000. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия. — Переизд. Сент. 2004 — М.: ИПК Издательство стандартов, 2004.

52. Белый А.П., Исаев О.Б., Матросов Ю.И., Носоченко А.О. "Центральная сегрегационная неоднородность в напрерывнолитых листовых заготовках и толстолистовом прокате" М:.Металлургиздат 2005г. 133с.

53. Дорохин В.М., Горбатенко В.П., Морозов Ю.Д., Филиппов Г.А., Чевская О.Н., Лях С.Ю. Оценка анизотропии механических свойств и трещиностойкости листов и труб большого диаметра// Сталь.- 2001.-№1.- с.65-69.

54. Бернштейн М.Л. Структура деформированных металлов М.: Металлургия, 1977,- 432 с.

55. Шафигин Е.К., Степашин A.M., Александров С.В., Гаврилов А.В. Освоение производства листового проката класса прочности К52 для сварных газонефтепроводных труб из дисперсионно-упрочняемых сталей // Металлург.- 2000,- №2.- с.43-46.

56. Штремель М.А. Инженер в лаборатории (организация труда). — М.: Металлургия, 1983 г.57. http://www.statsoft.ru58. http://www.bio.ru

57. Яковлев А.В., Сидоренко Е.Н. Методы и аппаратура анализа структуры микрошлифов металлов Муром, ин-т Владимир, гос. ун-та - Муром, 2001

58. Садыков С.С. Цифровая обработка и анализ изображений Ташкент: НПО «Кибернетика» АН РУз- 1994- 193 с.

59. Андрианов Д.Е., и др. Обработка УЗИ-снимков. Проблемы передачи и обработки информации в информационно-вычислительных сетях: Тез. докл. 7-го Международного научно-технического семинара / Под ред. И.А. Цветкова. М.: НИЦПрИС, — 1997. с. 50 51

60. Прэтт У. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ. М:Мир, 1982.

61. Голованенко С.А., Фонштейн Н.М. Двухфазные низколегированные стали. М.:Металлургия. 1968г. 165с.

62. ТС 13657842-150-2006 О производстве листовой стали марки 09Г2ФБ

63. Лапотышкин Н.М., Манохин А.И. -«Научные труды» (ЦНИИЧМ), вып. 69. М., «Металлургия», 1969, с. 85-92. с ил.

64. Белый А.П., Исаев О.Б., Матросов Ю.И., Носоченко А.О. "Центральная сегрегационная неоднородность в напрерывнолитых листовых заготовках и толстолистовом прокате" М:.Металлургиздат 2005г. 133с.

65. Технический отчет. Повышение категории прочности высоконагруженных деталей из сталей типа 38ЧНЗМФА путем выплавки её из первородной шихты скрап-процессом в кислой мартеновской печи и совершенствования режима термообработки — МИСИС, 1987.

66. Кудря А.В., Соколовская Э.А., Сухова В.Г., Марков Е.А., Арсенкин A.M., Салихов Т.Ш., "Наблюдение и измерение характеристик структур, пластичности и вязкости в конструкционных сталях" // Металловедение и термическая обработка металлов. 2009. №5.

67. Кудря А.В., Соколовская Э.А., Салихов Т.Ш., Кудрявцев Д.В., Скородумов С.В., "Совместное измерение разномасштабных структур при оценке причин неоднородности вязкости" // Изв. вузов. Черная металлургия 2009.№ 5.

68. Кудря А.В., Соколовская Э.А., Салихов Т.Ш., Пономарёва М.В., Скородумов С.В., Глухов М.Г. Оценка неоднородности качества листовых сталей // Изв. вузов. Черная металлургия. 2008. № 11. С. 30-36.

69. Шабалов И.П., Морозов Ю.Д., Эфрон Л.И. Стали для труб и строительных конструкций с повышенными эксплуатационными свойствами. М.: Металлургиздат 2003г. 519с.

70. Шабалов И.П., Шафигин З.К. Обобщенное исследование по снижению затрат при производстве толстолистовой стали на реверсивном и планетарном стане. М.: Теплоэнергетик. 2003.-304с.

71. Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург 2002г.

72. Гуляев А.П., Фонштейн Н.М., Анашенко В.Н. и др. Механические свойства железа и стали, содержащих дисперсные нитриды ванадия и ниобия // МиТОМ. 1976. № 12. С.51-55.

73. Малиночка Я.П., Ковальчук Г.З. Сульфиды в сталях и чугунах. М.:Металлугрия 1988г.-247с.

74. Смирнов М.А., Счастливцев В.М., Журавлев Л.Г. Основы термической обработки стали — М.: Наука и технологии, 2002г. 519с.

75. Блантер М.Е. Теория термической обработки. — М.гМеталлургия, 1984г. — 328с.

76. Диаграмма горячей деформации, структура и свойства сталей: Справочник / Под.ред. Берштейна М.Л. М.:Металлургия, 1989г. — 544с.

77. Казаков А.А., Ковалев П.В., Рябошук С.В., Малахов Н.В., Милейковский А.Б., Зинченко С.Д., Немтинов А.А. Металлургическая экспертиза как основа определения природы дефектов металлопродукции // Черные металлы, июль-август 2007. С.17 23.

78. Гладштейн Л.И. Статистическая зависимость механических свойств сталей от величины зерна//МиТОМ. 1975 №2. С. 16-22.

79. Виноград М.И., Громова Г.П. Включения в легированных сталях. М.: Металлургия, 1972. -215с.

80. Кудря А.В., Соколовская Э.А., Арсенкин A.M., Салихов Т.Ш. Микрорельеф вязкого разрушения. "Прочность и разрушение материалов и конструкций": Материалы V Международной научной конференции. Т.1. 12-14 марта 2008 г. Оренбург. С. 55.

81. Клевцов Г.В., Ботвина JI.P., Клевцова Н.А., Лимарь Л.В. Фрактодиагносгика разрушения металлических материалов и конструкций. // Уч.пособие для вузов. М.: МИСИС, 2007г. — 264с.

82. Ершов Г.С., Позняк Л.А. Микронеоднородность металлов и сплавов. М.:Металлургия, 1985г.-216с.

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

84. Броек Д. Основы механики разрушения. / Пер. с англ. М.: Высшая школа,1980. - 360с.

85. Ноулер Л.А. Статистические методы контроля качества продукции / М.: Издательство стандартов, 1989. —386с.

86. Богатырев А.А., Филиппов Ю.Д. Стандартизация статистических методов управления качеством. — М.: Издательство стандартов, 1989. — 254с.

87. Нейроинформатика / под ред. Е.А. Новикова. — Новосибирск: Наука, 1998. — 296с.

88. Чистая сталь / Пер.с англ. под ред. Шалимова А.Г. М.: Металлургия 1987г. - 368 с.

89. Ченцов Н.Н. Статистические решающие правила и оптимальные выводы. — М.:Наука, 1972. 520с.

90. Красильников Н.Н. Цифровая обработка изображений. М.: Вузовская книга, 2001г. 320с.

91. Кудря А.В. Металловедение и термическая обработка металлов, 1999г. № 4. - С.49-52.

92. Перспективные материалы т. II под ред. Д.Л. Мерсона. ТГУ, МИСИС, 2007г. 468с.

93. Хулка К. Тенденции разработки сталей для труб большого диаметра . // Сталь. 1997 №10 С.62.

94. Этапы автоматической бинаризации изображений

95. Формирование изображения, в котором интенсивность характеризует контрастность включений с сЬоном

96. Определение пользователем минимального уровня контраста включений с фоном1. Загрузка изображения 1 г1. Перевод в оттенки серого 1 г

97. Выделение на изображении контуров переходных областей1 г

98. Поиск объектов-контуров и запись их параметров в список1

99. Определение порога бинаризации для каждого объекта-контура, запись порога бинаризации и уровня контраста в список-j JbK* «1. Ею