Калінін Олександр Васильович. Підвищення механічних властивостей кремніймарганцевистих сталей 17Г1С, 17ГС і 16ГС обробкою комплексними модифікаторами

brief description

Калінін Олександр Васильович. Підвищення механічних властивостей кремніймарганцевистих сталей 17Г1С, 17ГС і 16ГС обробкою комплексними модифікаторами : Дис... канд. наук: 05.02.01 2008

Калінін О.В. Підвищення механічних властивостей кремніймарганцевистих сталей 17Г1С, 17ГС і 16ГС обробкою комплексними модифікаторами. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 матеріалознавство. Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2008.
Дисертаційна робота спрямована на підвищення комплексу та стабільності механічних властивостей, поліпшення якості та структури кремніймарганцевистих будівельних сталей шляхом обробки розплавів комплексними модифікаторами.
Розроблений та опрацьований оптимальний склад комплексного модифікатору. Підвищено якість модифікованих сталей, знижено вміст кисню, азоту та водню на 1050%, що зменшило газову пористість виливків. Вміст сірки та фосфору зменшено на 1020%.
Встановлена комплексна дія модифікатора, яка дозволяє одночасно проводити модифікування, рафінування та розкислення розплавів. Запропонований механізм кристалізації модифікованих Si-Mn-сталей. Досягнено подрібнення аустенітного зерна у 2,53,0 рази, збільшення кількості перліту. Знижено у 22,5 рази кількість неметалевих включень, змінено їх морфологію та фазовий склад. Вперше в модифікованих сталях виявлені дисперсні глобулярні включення зі вмістом Mg, Cu, Si, Ni, P, O2, а також нітриди титану зі вмістом Al та Ca.
Технологічний процес модифікування Si-Mn-сталей впроваджено на машинобудівному підприємстві. Доказано зміцнюючий ефект комплексного модифікування та термічної обробки сталей 17Г1С, 17ГС і 16ГС, що дозволило одержати високий комплекс механічних властивостей деформованих заготівок: sв= 810 МПа; sт= 675 МПа; d = 21%; y = 46%; KCU = 0,8 МДж/м2. Достовірність отриманих результатів підтверджено великим масивом статистичних даних хімічного складу та механічних властивостей Si-Mn-сталей на підприємствах України.

Врезультаті узагальнення теоретичних і експериментальних досліджень в дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-технічну задачу підвищення стабільності та рівня механічних властивостей, вивчення закономірностей формування структури промислових кремніймарганцевистих сталей обробкою їх комплексними модифікаторами.
1. Показано, що з низьколегованних кремніймарганцевистих сталей найбільш поширеними є сталі групи 17Г1С, 17ГС і 16ГС, вживані для виготовлення важливих поковок суднобудування, машинобудування, будівельних конструкцій, газо- і нафтопровідних труб великого діаметру. Для отримання високих якісних показників Si-Mn-сталей актуальним є застосування комплексного модифікування, яке являється ефективним способом дії на структуру і властивості сталі.
2. В результаті експериментальних досліджень розроблений, запатентований та випробуваний склад комплексного модифікатора, який включає некондиційні відходи машинобудівних виробництв. Вивчено дію комплексного модифікатора при оптимальній витраті 0,1...0,2% мас., що дозволяє одночасно проводити процеси модифікування, рафінування і розкислювання розплаву. В Si-Mn-сталях в результаті модифікування їх розплавів новими модифікаторами знижується вміст газів і шкідливих домішок: кисню на 30...50%, азоту на 10...35%, водню на 10...25%, сірки на 12...20%, фосфору на 10...15%.
3. Встановлений механізм кристалізації Si-Mn-сталей, оброблених комплексним модифікатором, що полягає в утворенні додаткових центрів кристалізації та здрібненні аустенітного зерна у 2,53,0 рази в результаті взаємодії компонентів модифікатора із розплавом: титан утворює карбіди і нітриди, алюміній надає рафінуючу та розкислюючу дію, кальцій є поверхнево активною добавкою.
В модифікованих сталях досягнуто збільшення кількості перліту з 29 до 37% та підвищення його мікротвердості на 1113%. Встановлено, що ферит модифікованих сталей додатково містить титан, що підтверджує ефективність дії модифікатору.
4. Встановлено, що в модифікованих сталях у 2,0...2,5 разів зменшились кількість і розміри неметалевих включень. Вперше виявлена зміна морфології та фазового складу неметалевих включень, що полягає в утворенні дрібних глобулярних складних сульфідів, оксидів марганцю з присутністю в них Mg, Cu, Si, Ni, P, O2, а також дисперсних включень нітридів титану з вмістом в них Al і Ca, що сприятиме зміцненню сталей.
5. Вивчений вплив комплексного модифікування на механічні властивості сталей 17Г1С, 17ГС і 16ГС у литому і деформованому станах. Модифіковані стали, в порівнянні з початковими, у литому стані мають вищі міцносні і пластичні властивості: sв підвищився на 18...23%; sт на 13...17%; d на 8...19%; KCU на 32...46%.
Розроблений раціональний режим нормалізації при 880....900 С модифікованих деформованих сталей, що дозволило отримати високий комплекс механічних властивостей:в = 810МПа, d = 21%, y = 46%, KCU = 0,8МДж/м2.
6. Проведена статистична обробка даних хімічного складу і механічних властивостей 42 промислових плавок сталі 17Г1С заводу «Дніпроважмаш». Встановлений вплив елементів хімічного складу на sв, sт, d і KCU, що дозволило оптимізувати склад дослідженої групи сталей. Виявлено, що ударна в'язкість великогабаритних поковок має найбільшу нестабільність властивостей із-за розкиду вмісту сірки і фосфору.
На основі аналізу 103 великих поковок Новокраматорського машинобудівного заводу встановлено, що для sв і sт істотним був вплив C, Mn, Si основних зміцнювачів сталі. Для d значущими були коефіцієнти кореляції з Si, C, S, Mn; на y помітно впливали C і Si. Найбільший вплив на роботу удару здійснювали Al, P, C; при цьому збільшення концентрації Al сприяло підвищенню KCU, а збільшення концентрації P і S її зниженню. Встановлено, що при вмісті Al < 0,005% і несприятливому співвідношенні концентрації легуючих елементів неможливо отримати необхідний рівень ударної вязкості поковок.
7. Вивчення корозійної стійкості Si-Mn-сталей показало, що модифікування зменшує швидкість пітингової корозії: після 720 годин випробувань швидкість корозії зменшилась у 2,0...2,3 рази. Проведеним кореляційно-регресійним аналізом впливу C, Si, Mn, S, P на ударну в'язкість листів сталі 17Г1С при 40С і 60С вперше встановлено, що модифікована сталь має найбільш високі показники ударної вязкості при низьких температурах.
8. Розроблена технологічна інструкція на виплавку і модифікування Si-Mn-ста-лей. Технологічний процес виплавки сталей, оброблених комплексними модифікаторами, був впровадженим на ДП ВО "Південний машинобудівний завод ім.О.М. Макарова".