Особенности формирования однородной структуры и свойств катанки двустадийного охлаждения

разрушаются по резьбовому участку без разрушения головки.

2. В случае применения безоблойной штамповки за счет формирования в головке болта лунки рекомендованной формы и размеров можно улучшить качество формирования ребер шестигранника и снизить расход металла на 2^4 %.

Список литературы

1. Мокринский В.И. Производство болтов холодной объемной штамповкой. - М.: Металлургия, 1978. С. 78.

2. Мокринский В.И., Железков О.С. Новые прогрессивные виды и технологические процессы изготовления крепежных изделий / Сер. Метизное производство. Вып. 2. - М.: Ин-т Черметинформа-ция, 1990. С. 22.

3. Железков О.С., Морозов Н.П., Семашко В.В. Малоотходные технологии изготовления крепежных изделий с головками / Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением.

Сб. науч. тр. под ред. В.М.Салганика.- Магнитогорск, Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та. им. Г.И.Носова.2011. С.135-139.

4. Железков О.С., Семашко В.В., Морозов Н.П. Перспективные способы снижения расхода металла при изготовлении стержневых крепежных изделий / Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. Материалы 69 -ой на-уч.-техн. конф. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та. им. Г.И.Носова, 2011. -С.173-177.

5. Железков О.С., Семашко В.В. Совершенствование конструкции инструмента для обрезки граней головок клеммных болтов / Вестник МГТУ им. Г.И.Носова. 2010. № 4. С. 41-43.

6. Железков О.С., Семашко В.В., Морозов Н.П. Разработка малоотходных способов изготовления стержневых крепежных изделий / Тезисы доклада Международного форума «Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении» - Челябинск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та. им. Г.И.Носова, 2011. С.54-56.

с N

УДК 621.771.25:669.017:669.15

Сычков А.Б., Малашкин С.О.

V У

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КАТАНКИ ДВУСТАДИЙНОГО

ОХЛАЖДЕНИЯ

Аннотация. Проведено математическое моделирование режимов охлаждения катанки из стали марок 80Р и Св-08ГНМ, производимые на линии Stelmor. Получены структуры однородного сорбитообразного перлита для стали 80Р и крупного ферритного зерна без закалочных структур для стали Св-08ГНМ, выданы рекомендации по коррекции технологии двустадийного охлаждения катанки.

Ключевые слова: сталь, модифицирование, микролегирование, катанка, проволока, структура, свойства, математическое моделирование, Deform 3D, кинетика охлаждения, Stelmor.

В данной статье рассматривается выбор эффективной технологии термической обработки катанки диаметром 16 мм из стали 80Р и 5,5 мм из стали Св-08ГНМ на линии Stelmor, основываясь на математическом моделировании процессов охлаждения металла в программной среде Deform 3D - Heat Treatment [1]. Математическое моделирование фазовых превращений, формирования микроструктуры, распределения температур по сечению в течение всего периода охлаждения позволяет подобрать научно-обоснованную технологию

термической обработки, исключая эмпирические ошибки.

Применяемая в настоящее время технология термической обработки (ТО) катанки из стали 80Р диаметром 16 мм на линии Stelmor представляет собой использование тепла прокатного нагрева металла с окончанием деформации после водяного охлаждения в аустенит-ном состоянии при температуре 840-880оС с дальнейшим охлаждением 15-тью вентиляторами мощностью по 110 кВт со скоростью роликового транспортера 0,15 м/с. Данный вари-

ант технологии ТО не обеспечивает получение однородной структуры сорбитообразного перлита 1 балла по ГОСТ 8233-56, в связи с низкими мощностью и КПД вентиляторных систем. Для решения производственной задачи были представлены рекомендации, заключающиеся в увеличении температуры аустенити-зации до 950-980оС, скорости роликового транспортера до 0,5-0,8 м/с и заменой вентиляторов на новые мощностью до 200 - 220 кВт с КПД 90-95 % вместо 30-35 % [2-5].

При производстве катанки 5,5 мм из стали СВ-08ГНМ не обеспечивается полная герметизация квазиизотермического туннеля под теплоизолирующими крышками с целью длительной выдержки витков катанки для получения эффективной относительно крупнозернистой ферритной структуры без мартенситно-бейнитных участков (БМУ). Нами [6-8] реко-

мендуется технология термической обработки в виде охлаждения катанки с температуры ау-стенитизации 950-980оС путем транспортирования витков по роликовому транспортеру с низкой скоростью 0,08-0,12 м/с (скорость охлаждения - не более 0,3оС/с) и полной герметизацией витков под теплоизолирующими крышками, с целью достижения квазиизотермической выдержки при 650 -700оС. Данный процесс обеспечивает получение крупного ферритного зерна, минимизирует или исключает наличие БМУ.

Для подтверждения вышеуказанных предположения провели математическое моделирование термо-временных процессов охлаждения катанки в программной среде DEFORM 3D-HEAT TREATMENT. Результаты моделирования представлены на рис. 1.

а) б)

Рис. 1. График диффузионного превращения

Согласно графику на рис. 1, а, диффузионное превращение по сечению катанки 80Р диаметром 16 мм заканчивается после 33 секунды, что подтверждается рекалесценцией с 20-ой по 33-ю секунду на рис.1, б. В целом, теоретически этот режим термической обработки удовлетворяет условию получения структуры сорбитообразного перлита. Однако, при скорости роликового транспортера 0,15 м/с существует проблема наложения боковых витков друг на друга на линии Stelmor, что приводит к значительно неоднородным условиям охлаждения металла по длине витка и бунта и требует либо увеличения скорости транспортера, либо более интенсивного и дифференцированного по ширине роликового

транспортера воздушного охлаждения. Эта проблема препятствует образованию требуемой структуры однородного сорбитообразного перлита и свойств металла по длине витка бунтового проката.

На рис. 2, а представлена кривая структурного превращения по сечению бунтового проката по рекомендуемому режиму воздушного охлаждения на линии Stelmor. Увеличение мощности вентиляторной системы от 50 до 200 кВт уменьшает время полного диффузионного превращения до 23 секунд, что создает условия для увеличения скорости роликового транспортера и снимает влияние наложения витков о чем свидетельствует и рекалесценция с 17-ой по 23-ю секунду на рис. 2, б.

а)

б)

Рис. 2. График диффузионного превращения

Структура сорбитизированного перлита или перлита 1 балла обеспечивает сочетание высоких значений прочности и пластичности, а также высокую деформируемость катанки и проволоки при волочении. В прокате из стали 80Р не допускается наличие неравномерной структуры по сечению и ликвационного структурно-свободного цементита, что приводит к охрупчиванию проката.

Опробование предложенных режимов и металлографический анализ (рис. 3) показал, что по сравнению с резко неоднородной структурой проката диаметром 15,5-16,0 мм, произведенной по схеме 1 обработки на линии Stelmor ^/у = 840-880оС, VTр = 0,15 м/с, в работе 14 вентиляторов) и улучшенной технологи-

ческой схемой 2 ^в/у = 840-880оС, Vтр = 0,15 м/с, все вентиляторы отключены - фактически это режим прокатной нормализации), опытный режим ^в/у = 900-940оС, Vтр = 0,5-0,8 м/с, в работе 14 вентиляторов с максимальной нагрузкой) характеризуется максимальной однородностью структуры, высокой дисперсностью перлита: межпластинчатое расстояние в перлите по режимам соответственно составило 0,28 мкм при прокатной нормализации, 0,23 мкм при скорости транспортера 0,5 м/с и повышенной температурой виткообразования и охлаждении вентиляторами, 0,15 мкм при скорости транспортера 0,8 м/с и повышенной температурой виткообразования и охлаждении вентиляторами.

а) б

Рис. 3 - Микроструктура стали 80Р: а) микроструктура по действующему режиму охлаждения

Получение в катанке из стали Св-08ГНМ крупного ферритного зерна без бейнитно-мартенситных участков, достигаемое путем длительной квази- и изотермической выдержки под теплоизолирующими крышками, обеспечивает последующее волочение катанки без начальной или промежуточной разупрочняю-щей термической обработки.

Математическое моделирование (рис. 4) показывает, что возможно появление троости-та после 136-ой секунды, но в целом процесс изотермической выдержки сводится к сохранению крупного ферритного зерна.

а) б)

Рис. 4. График диффузионного превращения (а) и распределения температур по сечению (б) стали Св-08ГНМ диаметров 5,5 мм по рекомендованной технологии ТО на стане

170

Результаты исследований микроструктуры представлены на рис. 5, которые показывают, что предложенные рекомендации обеспечиваются по мере увеличения температуры аустенитизации и замедления скорости роликового транспортера. Наличие в структуре стали (рис. 5, б) БМУ и трооститных участков возможно снижением скорости охлаждения или обеспечением изотермической выдержки металла под крышками, чему будет способствовать полная герметизация теплоизолирующего тоннеля.

к . Г. Г-,1

шяшяшш

а б

Рис. 5. Микроструктура стали Св-08ГНМ: а) Ь в.у. =1000°С - № 9-8, б) Ьву. = 850°С - №10-11 (ГОСТ 5639-82). Увеличение: х1000

Результаты математического моделирования кинетики охлаждения катанки из стали Св-08ГНМ показывают, что самые высокие

показатели пластических характеристик соответствуют изотермической выдержке в интервале температур 600-700°С в течение 20-30 мин, причем выдержка в течение 30 мин влияет в большей степени. Такие температурно-временные параметры обработки в максимальной мере способствуют превращению аустени-та в феррит и перлит.

Исходя из вышеизложенных теоретических представлений, математического моделирования процессов термической обработки в среде Deform 3D проката из низкоуглеродистой легированной стали сварочного назначения Св-08ГНМ и высокоуглеродистой стали ответственного назначения 80Р, можно прийти к выводу, что предложенные рекомендации по коррекции режимов термической обработки эффективны, что доказывается промышленным экспериментом на линии Stelmor.

Список литературы:

1. Лицензия: Machine 38808. «DEFORM» [Электронный ресурс].-Режим доступа.-http://www. «DEFORM».com/products/ «DEFORM»-3d/.

2. Сычков А.Б., Малашкин С.О. Выбор технологии термомеханической обработки арматурного проката. - Теория и технология металлургиче-

ского производства. Сб. научн. трудов. - Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2013. С. 53-54.

3. Сычков А.Б., Малашкин С.О., Макаруши-на О.Б. Влияние качественных параметров непрерывно-литой заготовки и технологии термической обработки на структуру и свойства бунтового проката. - Литейные процессы. Сб. научн. трудов. -Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2013. С. 175-178.

4. Высокоуглеродистая катанка для производства высокопрочных арматурных канатов/А.Б. Сычков, М.А. Жигарев, А.М. Нестеренко, С.Ю. Жукова, А.В. Перегудов. - Бендеры: Полиграфист, 2010. 280 с.

5. Повышение качества высокоуглеродистой катанки на базе совершенствования сквозной технологии выплавки стали, ее внепечной обработки, непрерывной разливки, производства сортового

проката и метизного производства. - Отчет о НИР по договору между ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова» и ОАО «ММК» № 201534 от 28.05.2012 (тема 2012-19), рук-ль Сычков А.Б. - Магнитогорск, 2013. 117 с.

6. Тонкая микроструктура катанки из стали Св-08Г2С повышенной деформируемости/А.М. Нестеренко, А.Б. Сычков, С.Ю. Жукова, В.И. Су-хомлин. - Металлург. 2008. № 9. С. 48-51.

7. Нестеренко А.М., Сычков А.Б., С.Ю. Жукова. Исследование причин разрушения при волочении катанки-проволоки из стали Св-08Г2С. - Металлургическая и горнорудная промышленность. 2006. № 6. С. 60-63.

8. Структура и свойства катанки для изготовления электродов и сварочной проволоки/ А.Б. Сычков, В.В. Парусов, А.М. Нестеренко, С.Ю. Жукова, М.А. Жигарев, А.В. Перчаткин, А.В. Перегудов, И.Н. Чуйко. - Бендеры: Полиграфист, 2009. 608 с.

УДК 658.562.012.7: 66.046.516 Саранча С.Ю., Зайцев Д.А.

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ

СТАЛЕЙ

Аннотация. Задача получения конструкционных сталей высокого качества на сегодняшний день является актуальной, так как существует тенденция снижения металлоемкости конструкций с ужесточением требований к прочности, свариваемости и коррозионной стойкости. Для решения данной задачи необходима не только разработка новых марок сталей, но и прогнозирование их качества. При этом задача оценки качества металлопродукции требует разработки универсальной методики, позволяющей на основе различных критериев спрогнозировать и оценить качество требуемой марки стали. Поскольку для осуществления комплексного анализа эксплуатационных характеристик стали необходимо произвести значительный объем расчетов, то встает вопрос об информатизации процесса - разработка программного обеспечения для ЭВМ позволит не только автоматизировать и ускорить процесс анализа, но и собирать статистическую информацию для дальнейших исследований.

Ключевые слова: свариваемость, коррозионная стойкость, углеродный эквивалент, трещинообразова-ние, информационные технологии, качество, оценка качества, прогнозирование эксплуатационных свойств.

На сегодняшний день вопросы качества металлопродукции имеют высокий приоритет, а в свете сложной экономической ситуации данная тенденция лишь усиливается. При этом для обеспечения высокой конкурентоспособности необходимо не только повышать качество готовой продукции, но и расширять ее эксплуатационные свойства. Одновременно с этим существует тенденция снижения металлоемкости конструкций, деталей и узлов, что требует в свою очередь повышения прочностных характеристик проката [1-5]. Необходимо

также понимать, что для расширения рынка сбыта предприятие должно не только осваивать новые регионы, в том числе и малоосвоенные регионы с экстремальными климатическими условиями, но и новые направления, например, эксплуатация металлоконструкций в агрессивных средах. Данная задача накладывает жесткие требования на эксплуатационные характеристики и качество стали [6,7].

Таким образом, к современным сталям для сварных конструкций предъявляются следующие требования: прочность, пластичность,