Янковський Олександр Вікторович. Особливості формування структури тонких гарячекатаних штаб і розробка технологічних режимів, що запобігають утворенню різнозернистості

Краткое описание

Янковський Олександр Вікторович. Особливості формування структури тонких гарячекатаних штаб і розробка технологічних режимів, що запобігають утворенню різнозернистості: дис... канд. техн. наук: 05.16.01 / Інститут чорної металургії ім. З.І.Некрасова НАН України. - Д., 2005.

Янковський О.В. Особливості формування структури тонких гарячекатаних штаб і розробка технологічних режимів, що запобігають утворенню різнозернистості. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01 «Металознавство і термічна обробка металів». Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, м. Дніпропетровськ, 2005.
Дисертаційна робота присвячена вивченню природи утворення різнозернистості і розробці технологічних параметрів виробництва гарячекатаного тонкоштабового прокату, що дозволяють одержати структурний стан і рівень механічних властивостей сталі, близьких до холоднокатаного стану.
Метою роботи було встановлення закономірностей впливу температурно-деформаційних режимів гарячої прокатки і наступного охолодження на структуро- і текстуроутворення низьковуглецевої сталі в поверхневих і серединних шарах тонких гарячекатаних штаб.
Проведено порівняльний аналіз структури і текстури тонких гарячекатаних і холоднокатаних штаб з низьковуглецевої сталі, виробленої за діючою технологією. Встановлено причини підвищеного рівня міцностних і знижених пластичних властивостей у гарячекатаному прокаті у порівнянні з холоднокатаним.
Досліджено вплив хімічного складу сталі, ступеня гарячої деформації прокату і швидкості його охолодження на положення фазових областей при безперервному охолодженні. Проведено дослідження впливу температури і ступеня деформації низьковуглецевого гарячекатаного тонкоштабового прокату, а також умов наступного охолодження на процеси рекристалізації і текстуроутворення. Встановлено, що утворення різнозернистості є наслідком різниці в текстурі й пружно-напряженому стані поверхні і центра штаби.
Для умов промислового виробництва тонкої гарячекатаної штаби розроблені рекомендації, що дозволяють запобігти утворенню грубозернистої структури в поверхневих шарах штаб.

У дисертації проведені теоретичне узагальнення і запропоновані нові рішення наукових і практичних задач, що полягають у підвищенні структурної однорідності і поліпшенні комплексу механічних властивостей низьковуглецевої гарячекатаної тонкоштабової сталі.

Показано, що одним з основних напрямків розвитку виробництва широкоштабового прокату є нарощування випуску гарячекатаних тонких штаб (0,8 1,8 мм), використовуваних для заміни більш дорогого холоднокатаного металу. Однак тонкі гарячекатані штаби поступаються холоднокатаним по параметрах структури, які визначають здатність металу до штампування і зокрема здебільшого характеризуються різнозернистістю по перерізу. Аналіз літературних даних указує на різноманіття причин її утворення. Однак умови утворення і механізми даного ефекту дотепер однозначно не встановлені.
Уточнено вплив попередньої гарячої деформації на положення фазових областей сталей 08кп і Ст3кп при безперервному охолодженні. Показано, що деформація металу зі ступенем e=10-40 % приводить до підвищення температур Ar3на 10-30 С. Збільшення вмісту вуглецю (з 0,09 до 0,15 %) у низьковуглецевій сталі знижує температуру Ar3на 30-60 С і підвищує стійкість переохолодженого аустеніту, у тому числі на попередньо деформованих зразках.
Встановлено, що після охолодження гарячекатаних штаб на повітрі зеренна структура по перерізу є рівномірною при всіх режимах прокатки. Різнозернистість по перерізу виявляється на штабах прокатаних у двофазній області і тільки лише після проведення ізотермічного відпалу, що імітує змотування в рулон. Це вказує на схильність такого металу до утворення різнозернистості, що є наслідком різниці в текстурі й пружно-напруженому стані поверхні і центра штаби.
За результатами дослідження зеренної структури відпалених зразків зі сталей 08кп і Ст3кп побудовані діаграми рекристалізації. Найбільша різнозернистість по товщині зразків спостерігається при температурах 700 800 С. Після деформації при температурі 750 800 С для сталі Ст3кп і 800 С для сталі 08кп спостерігається на поверхні шар великих зерен навіть при ступенях деформації до 35 40%. Після прокатки при температурі 650 С зеренна структура штаб з обох сталей характеризується рівномірністю по перерізу зразка.
Вперше встановлено, що в надтонкому штабовому гарячекатаному прокаті зі звичайної низьковуглецевої сталі різнозернистість фериту по перерізу, що утворюється при рекристалізаційному відпалі, пов’язана з розходженням текстури поверхневих і серединних шарів. Проведенням серії спеціальних експериментів встановлено, що як вважається, загальновизнані фактори утворення грубозернистого шару на поверхні штаб, а саме підохолодження поверхні металу у валках і нерівномірність деформації по товщині не надають значного впливу на цей процес.
Після прокатки штаб при температурах 650-950 С і охолодження на повітрі текстура є нерівномірною по перерізу. При прокатці в аустенітній і феритній областях текстура утворюється відносно сприятлива для штампування. При температурі деформації 800 С, тобто в двофазній аустенітно-феритній області, в поверхневих шарах формується несприятлива текстура типу {110}і {100}.
Прокатка штаб з низьковуглецевих сталей в аустенітній області й охолодження в рулоні приводить до утворення відносно рівномірної слабовираженої текстури. При охолодженні штаби в рулоні після прокатки в аустенітній і двофазній областях, відбувається загострення вже сформованих переважних орієнтировок. В процесі цього текстура поверхневих шарів штаб, прокатаних у двофазній області, приводить до утворення великих зерен. У металі, прокатаному у феритній області, текстура при охолодженні в рулоні трансформується зі збільшенням частки позитивних компонент.
Причиною підвищення частки компоненти текстури {110}при прокатці низьковуглецевої тонкоштабової сталі в двофазній області є вплив на приповерхневі шари металу сильних зсуваючих складових деформації, величина яких визначається коефіцієнтом зовнішнього тертя. Максимальне значення коефіцієнта тертя спостерігається саме при температурах, що відповідають двофазній аустенітно-феритній області. Застосування змащення при гарячій прокатці приводить до зменшення частки несприятливої компоненти текстури {110}і утворенню вираженої аксіальної напівобмеженої компоненти {111}, сприятливої для штампування, що ще більш підсилюється після охолодження штаби в рулоні.
Для запобігання одержання грубозернистої структури в поверхневих шарах штаб з низьковуглецевої сталі в промислових умовах рекомендувано закінчувати прокатку тонких штаб або в аустенітній, або у феритній областях. У випадку неможливості реалізації цих режимів, тобто при закінченні прокатки в двофазній області, сформувати більш рівномірну і сприятливу текстуру можливо за рахунок застосування технологічного змащення, що зменшує коефіцієнт зовнішнього тертя. При несприятливій текстурі металу після прокатки, запобігти утворенню великих зерен на поверхні можна застосуванням низькотемпературного змотування (не вище 500-550 С), що пригнічує процеси вторинної рекристалізації.