Измельчение зерна при охлаждении горячекатаной низколегированной стали тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат технических наук Нгуен Суан Фыонг

• Нгуен Суан Фыонг
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нгуен Суан Фыонг

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Качество металлопроката.

1.2. Упрочнение стали при горячей деформации.

1.3. Закономерности у-а превращения низколегированных сталей.

1.4. Влияние деформации на кинетику у-а превращения.

1.5. Влияние микролегирования на процессы структурообразования при горячей прокатке.

1.6. Модели управления структурой и свойствами проката.

1.7. Технология прокатки на НШС.

1.8. Постановка задачи исследования.

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Состав и термическая обработка исследованных сталей.

2.2. Методы выявления и исследования структуры.

2.3. Электронно-микроскопический анализ структуры.

2.4. Рентгеноструктурный анализ образцов.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1. Исследование закономерности формирования зерна при у-а превращении низколегированной стали.

3.2. Влияния предварительной пластической деформации на измельчение структуры при у-а превращении стали.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Измельчение зерна при охлаждении горячекатаной низколегированной стали»

Актуальность темы

Форсированное охлаждение полосы на отводящем рольганге в заключительной стадии горячей прокатки стали на непрерывном широкополосном стане существенно измельчает зеренную структуру: зерно феррита на 1-2 балла мельче зерна рекристаллизованного аустенита. Точная оценка кратности измельчения реализована лишь для отдельных марок сталей и является проблемой, для решения которой необходимы математические модели, описывающие закономерности структурообразования не только при у-а превращении, но и в результате предварительной многократной горячей деформации и завершающего медленного охлаждения стали с учетом деформационно-скоростных параметров обработки и химического состава. Разработка таких моделей и их программная реализация в составе систем оперативного прогноза структуры и механических свойств проката актуальны для современного металлургического производства, оснащенного мощными техническими средствами сбора и обработки информации, и, в конечном счете нацелены на выпуск металлопродукции стабильно высокого качества и повышение эффективности его управления.

Цель работы

Изучение закономерностей формирования структуры при охлаждении (у-а превращении) горячекатаной низколегированной стали различного химического состава и аналитическое описание этих закономерностей в виде, пригодном для использования в производстве.

Научная новизна

1. На основании физических моделей зарождения новой фазы при распаде аустенита низколегированной стали предложены обобщенные параметры кинетики этого процесса и рассчитаны регрессионные соотношения в соответствующем пространстве параметров для использования в системах управления прокатным станом (АСУ HIT ТИС).

2. Для широкого спектра низколегированных сталей предложена универсальная зависимость коэффициента измельчения зерна от исходного структурного состояния, технологических параметров обработки и химического состава. Введен параметр, отвечающий за химических состав, и получена зависимость, обобщенная на широкий спектр экономнолегированных сталей с содержанием 0,006-0,16%С, углеродный эквивалент которых изменяется в диапазоне 0,03-0,41.

Практическая ценность Получены соотношения для использования в алгоритмах оперативного прогноза структуры и системах управления качеством проката по реальным технологическим параметрам охлаждения горячекатаных экономнолегированных сталей. Эти соотношения охватывают практически весь марочный сортамент проката, изготавливаемого на НШПС из малоуглеродистых, микро- и низколегированных (автолистовых и трубных) сталей.

Апробация работы Основное содержание работы было представлено и обсуждено на следующих научных конференциях: III-я Евразийская научно-практическая конференция "Прочность неоднородных структур", Москва, 2006 г.; П-я Международная школа "Физическое материаловедение" и XVIII-я Уральская школа металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов", Тольятти, 2006 г.; 62-я научная конференция студентов и молодых учёных МИСиС, Москва, 2007 г.; 63-я научная конференция студентов и молодых учёных МИСиС, Москва, 2008г.; IV-я Евразийская научно-практическая конференция «Прочность неоднородных структур», Москва, 2008 г.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Заключение диссертации по теме «Металловедение и термическая обработка металлов», Нгуен Суан Фыонг

выводы

1. Изучены закономерности преобразования зеренной структуры при у-а превращении со скоростями охлаждения 0,06-50 К/с низколегированных сталей с 0,05-0,16%С, в том числе микролегированных Ti, Nb и V, свидетельствующие о линейной в логарифмических координатах зависимости измельчения структуры от размера исходного зерна и скорости охлаждения стали и не противоречащие модели зарождения феррита на границах зерна аустенита, размером Dy = 8-105 мкм.

2. Для этих же сталей установлено, что измельчение зеренной структуры при у-а превращении описывается единым уравнением, учитывающим углеродный эквивалент. Уравнение обобщено на широкий спектр экономнолегированных сталей, углеродный эквивалент которых изменяется в интервале Сэкв=0,03-0,41.

3. Предложенные соотношения охватывают марочный сортамент автолистовых и трубных сталей с содержанием 0,006-0,16 %С, в том числе микролегированных Al, Ti, Nb, V, и предназначены для прогноза измельчения зеренной структуры и управления качеством проката с помощью автоматизированных систем.

4. Установлено, что в стали 06Г1Б предварительный горячий наклеп (0,12-0,62), увеличивая поверхность исходного зерна и внутренние структурные неоднородности аустенита, обеспечивает рост коэффициента измельчения структуры при у-а превращении обратно пропорционально o-sf3.

5. Полученное для стали 06Г1Б уравнение позволяет сопоставлять технологические режимы и рекомендовать деформационно-скоростные параметры, реализующие заданную структуру и свойства проката: в отличие от традиционной технологии, режим контролируемой прокатки с наклепом аустенита 50% и скоростью охлаждения проката 20-30 К/с обеспечивает вдвое меньший размер зерна da=3,8-4,3 мкм и прирост в 1,41,5 раза зернограничной составляющей прочности стали.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нгуен Суан Фыонг, 2008 год

1. Сталь на рубеже столетий. Под научной редакцией Ю.С. Карабасова. М: МИСиС. 2001.664с.

2. Шабалов И.П., Морозов Ю.А., Эфрон Л.И. Стали для труб и строительных конструкций с повышенными эксплуатационными свойствами. М.: ЗАО "Металлугиздат". 2003. 520 с.

3. Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. М.: Металлургия. 1985. 408 с.

4. Эфрон Л.И. Структурообразование при контролируемой прокатке и формирование комплекса повышенной прочности и хладостойкости экономно легированных конструкционных сталей. Диссертация докт. тех. наук. 1996. 434 с.

5. Голованенко С.А., Фонштейн Н.М. Двухфазные низколегированные стали. М.: Металлургия. 1986. 207 с.

6. Тылкин М.А., Большаков В.И., Одесский П.Д. Структура и свойства строительной стали. М.: Металлургия. 1983. 287 с.

7. Арзамасов Б.Н., Брострем В.А., Буше Н.А., и др. Конструкционные материалы. Справочник. 1990. 448 с.

8. Гладштейн Л.И., Литвиненко Д.И., Онучин Л.Г. Структура аустенита и свойства горячекатаной стали. М.: Металлургия. 1983. 112 с.

9. Волченко В.Н. Сварка и свариваемые материалы. Справочник. М.: Металлургия. 1991.

10. ГОСТ 19281-89. Прокат стальной повышенной прочности.

11. Бернштейн М.Л. Структура деформированных металлов. М.: Металлургия. 1977.431с.

12. Горелик И.С. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: Металлургия. 1978. 568 с.

13. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия. 1978. 392 с.

14. Мерсона Д.JI. Перспективные Материалы. Том I. Структура и методы исследования. МИСиС. 2006. 536 с.

15. Штремель М.А. Прочность сплавов. Часть 1. М.: МИСиС. 1999. 384 с.

16. Бернштейн М.Л. Прочность стали. М.: Металлургия. 1974. 200 с.

17. Штремель М.А. Прочность сплавов. Деформация. Часть 2. М.: МИСиС. 1997. 526 с.

18. Гольдштейн М.И., Фарбер В.М. Дисперсионное упрочнение стали. М.: Металлургия. 1979. 208 с.

19. Хайстеркамп Ф., Хулка К., Эфрон Л.И., и др. Ниобийсодержащие низколегированные стали. М.: СПИнтермет инжиниринг. 1999. 94 с.

20. Ланская Л. А. Микролегирующие и примесные элеметы в низколегированной Cr-Mo-V стали 1989.

21. Бернштейн М.Л., Добаткин С.В., Капуткина Л.М., Прокошкин С.Д. Диаграммы горячей деформации, структура и свойства сталей. М.: Металлургия. 1989. 544 с.

22. Бобров М.А. Исследование влияние режимов прокатки на структуру и механические свойства полос из литых слябов. Автореферат диссертация канд. техн. наук. 1979. 29 с.

23. Курдюмов Г.В., Утевский М.Л., Этин Р.И. Превращения в железе и стали. М.: Наука. 1977. 238 с. и ил.

24. Эфрон Л.И., Литвиненко Д.А., Ефимов А.А. Фазовые превращения в сталях повышенной высокой прочности для сварных конструкции при термодеформационной обработке. Металлы. № 6. 1993. с. 99-106.

25. Матросов Ю.И., Филимонов В.Н. Изучение влияния условий аустенитизации и горячей пластической деформации на процессы превращения в низколегированных строительных сталях. Изв. АН СССР. Металлы. 1981. № 3. с 93-100.

26. Накасуги X., Матсуда X., Тамехиро X. Сверхнизкоуглеродистые бейнитные стали для трубпроводов. В кн. Стали для газопроводных труб и фитингов. Пер. с Англ. М.: Металлургия. 1985. с. 108-116.

27. Массип А., Мейер JI. Тольстый лист и горячекатаная полоса из бейнитных сталей с очень низким содержанием углерода. Черные металлы. 1978. № 19. с. 12-18.

28. Garcia СЛ., Lis А.К., Deardo А.Т. Ultra Low Carbon Bainitic Plate Steels: Processing, Microstmcture and Properties. 31 -sr Mech. Work and Steel Process Conf. Proc. V.27. Chicago. 1990. P.505-516.

29. Филиппова Т.Ф., Рудюк С.И., Добрускина C.P и др. Термическая обработка металлов. М. Металлургия. 1973. Сб. № 2. с 130-133.

30. Капуткина JI.M. Структурообразование при горячей деформации. Материалы семинара. Москва. 1991. 154 с.

31. Шкатов В.В. Исследование процессов формирования структуры при непрерывной горячей прокатке. Диссертация канд. техн. наук. 1981. 210 с.

32. Шкатов В.В. Моделирование фазовых и структурных превращений при термической обработки проката из раскисленных алюминием низкоуглеродистых сталей. Диссертация канд. техн. наук. 2007. 152 с.

33. Umemoto М., Zing Hai Guo, Tamura I. Effect of cooling rate on grain size of ferrite in a carbon steel. Materials science and technology. April. 1987. vol. 3. p. 249-254.

34. Коновалов Ю.В., Остапенко A.JT. Температурный режим широкополосных станов горячей прокатки. М.: Металлургия. 1974. 176 с.

35. Полухин П.И., Зауглоьников Д.Н., Тылкин М.А. и др. Качество листа и режимы непрерывной прокатки. Алма-Ата: наука. 1974. 399с.

36. Филимонов В.Н. Изучение влияния горячей деформации в режиме контролируемой прокатки на процессе структурообразования в низколегированных сталях. Диссертация канд. техн. наук. 1983. 156 с.

37. Хлестов В.М., Энтин Р.И., Бетин Г.Я., Коноплева Е.В., Гуревич Я.Б. Повышение бейнитной прокаливаемости стали при терыомеханической обработке. Доклада АН СССР. 1972. т.207. №5. с.1101-1110.

38. Бернштейн М.Л., Гуревич Я.Б., Займовский В.А. и др. Влияние выдержки после горячей деформации на изотермическое превращение аустенита стали 36Г2С. Бюлл. ЦНИИТЭИЧерМет. 1974. №4. с.54-55.

39. Колупаева T.JI. Влияние горячей деформации на структуру аустенита и его превращения в высокоуглеродистых сталях. Диссертация канд. техн. наук. Москва. 1979. 147 с.

40. Займовский В.А. Превращения в сталях при термомеханической обработке. Дисс. докт. техн. наук. Москва. 1978. 315 с.

41. Шур Е.А., Зонов Н.П. Прокаливаемость при термомеханической обработке стали. МиТОМ. 1974. № 7. с. 26-30.

42. Дубров В. А. Высокотемпературное металлографическое исследование влияния напряжения на кинетику бейнитного превращения. ФММ. 1969. т28. № 2. с. 126-131.

43. Штейнберг М.М., Филатова В.И., Шилкова Т.С., Смирнов М.А., Гончар В.Н. Влияние высокотемпературной пластической деформации на кинетику распада переохлажденного аустенита. Известия ВУЗов. ЧМ. 1973. № 10. С.117-119.

44. Хлестов В.М., Энтин Р.И., Бетин Г.Я. и др. Повышение бейнитнон прокаливаемости стали при термомеханической обработке. Доклада АН СССР. 1972. т.207. № 5. с. 1101-1104;

45. Хлестов В.М., Энтин Р.И., Соколов К.Н. и др. Влияние пластической деформации на кинетику изотермического превращения аустенита. ФММ. 1972. т.33. № 4. с.873-876.

46. Погоржельский В.И., Литвиненко Д. А., Матросов Ю.И. Контролируемая прокатка. М.: Металлургия. 1979. 184 с.

47. Кушнаренко Н.М., Фабер В.М., Мезенин Г.Ф., Фрейдензон Ю.Е., Страженская О.Н. О влиянии состояния аустенита на параметры превращения и формирования структуры малоуглеродистых сталей. Известия ВУЗов. ЧМ. 1976. № Ю. с. 119-122.

48. Лаупрехт В., Имгрунд X., Колдрен А. Высокопрочные строительные стали со структурой малоуглеродистого бейнита, подвергаемые термомеханической обработке. МиТОМ. 1975. №12. с. 11-18.

49. Филимонов В.Н. Изучение влияния горячей деформации в режиме контролируемой прокатки на процессе структурообразования в низколегированных строительных сталях. Диссертация канд. техн. наук. 1980. 157 с.

50. Fukuda М., Hashimoto Т., Kunishigo К. The Sumimoto Search. 1973. № 9. May. p.8-23.

51. Хлестов B.M., Дорожко Г.К., Подгайский М.С. и др. Изменение кинетики превращений аустенита и структуры стали 17Г1С под действием деформации. 1979. т.47. в.5. с.998-1004.

52. Хлестов В.М., Плеханов Г.П., Дорожко Г.К. и др. Влияние режимов обработки на структуру и свойства стали 09Г2. Реферативный сборник. Применение новых материалов и сплавов. Экономия материалов. 14-7713. 1977. с. 3-6.

53. Третьяков А.И., Полякова Н.П., Мухин Ю.А. Освоение технологии производства проката для судостроения из стали 09Г2. Теория и практика тонколистовой прокатки. Сб. науч. тр. ВПИ. Воронеж. 1986. с. 45-52.

54. Дорожко Г.К. Исследование влияния условий деформации при ВТМО на кинетику превращений аустенита, структуру и свойства малоуглеродистых низколегированных сталей. Диссертация кан. техн. наук. 1979. 188 с.

55. Smith Y.E., Siebert I.A. Continuous cooling transformation kinetic of thermomechanically Worked-Low Carbon Austenite. Met. Trans. 1971. Vol.2, p. 1711-1725.

56. Моляров В.Г. Оптимизация процесса структурообразования высокопрочных автолистовых сталей при горячей прокатке. Диссертация кан. техн. наук. 1986. 184 с.

57. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей. М.: Металлургия. 1982. 182 с.

58. Меденков А.А. Исследование и разработка технологии горячей прокатки толстых листов из стали 16Г2АФ. Диссертация кан. техн. наук. 1980. 175 с.

59. Моляров В.Г. Геометрическая модель измельчения зеренной структуры в результате рекристаллизации горячекатаной стали. МиТОМ. 2005. №.9. с. 17-20.

60. Голдштейн Я.Е., Мизин В.Г. Инокулирование железоуглеродистых сплавов. М.: Металлургия. 1993. 416 с.

61. Гусева С.С., Гуренко В.Д., Зварковский Ю.Д. Непрерывная термическая обработка автолистовой стали. М.: Металлургия. 1979. 224 с.

62. Матросов Ю.И., Литвиненко Д.А., Голованенко С.А. Сталь для магистральных трубопроводов. М.: Металлургия. 1989. 288 с.

63. Бобров М.А., Мухин Ю.А., Бобылев И.Л. Оценка • возможности контролируемой прокатки малоперлитных сталей на НШС 2000 НЛМЗ. Тонколистовая прокатка. Сб. науч. тр. ВПИ. Воронеж. 1981. с. 8-12.

64. Штремель М.А. Перспективы качества стали. В сб. Трудов международной конференции "Черная Металлургия России и СНГ в XXI веке". Т.5. М: Металлургия. 1994. с 159-162.

65. Sellars С.М. Modeling micro structural development during hot rolling. Materials science and technology. November 1990. V. 6. P. 1072-1081.

66. Эфрон Л.И., Литвиненко Д.А., Мельник Н.П., Сторожев С.Б. Особенности формирования структуры низколегированной V-Ti-N содержащей стали при рекристаллизационной контролируемой прокатке. Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1993. № 7. С. 50-53.

67. Cheque P., Le Bon A., Perdrix С. Mathematical model for prediction, of angenlte and ferrite microstructures in hot rolling St. Germain en Laye Cedex. France. Now with USINOR. BR 2-508.59381 Durkerque Cedex. France. 1989.

68. Pussegoda L.N., Jonas J.J. Comparison of dynamic recrystallization and conventional controlled rolling schedules by laboratory simulation. ISIJ International. 1991. Vol. 31. N. 3. P. 278-287.

69. Лизунов В.И., Моляров В.Г., Шкатов B.B., Дубовенко М.Ю. Особенности формирования структуры при горячей прокатке стали 09Г2С. Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1985. № 7. с. 129-132.

70. Sellars C.M. Modeling microstructure development during hot rolling. Materials science and technology. November. 1990.

71. F. Siciliano and J.J. Jonas. Mathematical modeling of the hot strip rolling of microalloyed Nb, multiply-alloyed Cr-Mo, and plain C-Mn steels. Metallurgical and materials transaction. 2000. 31 A. (2). p.511-529.

72. A.Yooshie, H. Morikawa, Y. Onoe. Formulation of static recrystallization of austenite in hot rolling process of steel plate. Transactions Iron Steel Institute. Japan Int. 27. (6). 1987. с 425-431.

73. Штремель M.A., Лизунов В.И., Медведев В.И., Мищенков Ю.И. Отчет о научно-исследовательской работе «Исследование формирования структуры при прокатке углеродистых высокопрочных сталей на НШС 2500». Москва. 1985.

74. Лизунов В.И. Разработка метода описания закономерностей формирования структуры в горячекатаной малоуглеродистой и низколегированной стали для прогнозирования и управления структурой с помощью АСУ ТП. Диссертация докт. техн. наук. 1986. 294 с.

75. Храмушин Н.И. Оптимизация параметров горячей прокатки высокопрочных углеродистых сталей. Диссертация кан. техн. наук. 1987. 143 с.

76. Лизунов В.И., Храмушин Н.И., Мухиин А.К. Рекристаллизация аустенита при горячей прокатке углеродистых сталей. М.: МИСиС. 1986. 15с. (Рукопись деп. В Черметинформации. 1986. № 3533. чм.)

77. Suehiro М., Sato К., Tsukano Y., Yada R, Senuma Т., Matsumura Y. Computer modeling of microstructural change and strength of low carbon steel in hot strip rolling. Transactions ISU. 1987. Vol. 27. p.439-445.

78. Pussegoda L.N., Jonas J.J. Comparison of Dynamic recrystallization and conventional controlled rolling schedules by laboratory simulation. ISU International. 1991. vol. 31. N. 3. p.278-288.

79. Лизунов В.И., Моляров В.Г., Шкатов B.B., Дубовенко М.Ю. Особенности формирования структуры при горячей прокатке стали 09Г2С. Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1985. № 7. с 129-132.

80. Моляров В.Г., Майорова Е.Б. Моделирование измельчения зерна аустенита при горячей прокатке конструкционной стали. Технология металлов. № 5. 2003. с 11-15.

81. Моляров В.Г. Геометрическая модель измельчения зеренной структуры в результате рекристаллизации горячекатаной стали. МиТОМ. №9. 2005. с 17-20.

82. Моляров В.Г., Майорова Б.Б., Корочкий Е.А. Прогноз структуры листового проката коррозионно-стойкой стали. Электрометаллургия. 2001. № 12. С. 37-41.

83. Матросов Ю.И. Структура и свойства низколегированных сталей после контролируемой прокатки. МиТОМ. 1975. № 12. с. 2-12.

84. Сафьян М.М. Прокатка широкополосной стали. М.: Металлургия. 1969. 460 с.

85. Чернышев А.П. Формирование структуры и свойств при охлаждении рулонов горячекатаных полос. Диссертация кан. техн. наук. 1991. 181 с.

86. Полухин П.И., Федосов Н.М., Королев А.А., Матвеев Ю.М. Прокатное производство. М.: Металлургия. 1982. 696 с.

87. Остапенко A.JI., Неустоева Л.Н., Коновалов Ю.В. Влияние температуры конца прокатки и смотки на механические свойства малоуглеродистой конструкционной стали. В кн.: Листопрокатное производство. 1974. № 3. с. 32-33.

88. Радюкевич Л.В., Мельцер В.В., Стариков А.И., Салганик В.М., Поляков М.Г., Челеко В.Ф. Интенсификация производства листовой стали на широкополосных станах. М: Металлургия. 1991. 176 с.

89. Лизунов В.И., Шкатов В.В., Моляров В.Г., Канев В.П. Управление по структуре качеством стали при горячей прокатке. МиТОМ. № 4. 1999. с 52-56.

90. Диомидов Б.Б., Литовченко Н.В. Технология прокатного производства. М: Металлургия. 1979. 488 с.

91. Hulka К. et al. Microalloying '95. ISS. Warrendale (PA). 1995. p. 235-248.

92. Оратовский E.A., Сафонова M.K. Прокати горячекатаной полосы при регламентированных температурных режимах: Обзор.информ. (Черная металлургия. Сер. Прокатное производство). Ин-т "Черметинформация". 1986. Вып. 3. 27 с.

93. Погоржельский В.И., Франценюк И.В., Дегтяренко В.К. и др. Контролируемая прокатка малоперлитных сталей на НШС 2000. Сталь. 1981. № 3. с. 39-43.

94. Гсева С.С., Гуренко В.Д., Зарковский Ю.Д. Непрерывная ТОМ автолистовой стали. М: Металлургия 1979. 224 с.

95. ГОСТ 5639-82. Методы выявления и определения величины зерна.

96. ГОСТ 5640-82. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты.

97. Штремель М.А., Карабасова Л.В. О выборе характеристик зеренного строения заводская лаборатория. 1984. №4. с. 37-41.

98. Гмурмал В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие для ВУЗов. Изд. 7-е. стер. М.: Выш. ШК. 1999.I