Контролируемая прокатка

Кафедра металлургических технологий

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ ПРОКАТА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНТРОЛИРУЕМОЙ ПРОКАТКИ

В ЧИСТОВОЙ ГРУППЕ НЕПРЕРЫВНЫХ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СТАНОВ

Учебно-методическое пособие

к выполнению курсовой работы по курсу

«Термическая обработка металлов и сплавов»

Специальности: 150101 – металлургия черных металлов;

150106 – обработка металлов давлением

ЧЕРЕПОВЕЦ

УДК 669.017 (076.5)

Прогнозирование структурообразования проката при использовании элементов контролируемой прокатки в чистовой группе непрерывных широкополосных станов: Учеб.-метод. пособие к выполнению курсовой работы по курсу «Термическая обработка металлов и сплавов». Череповец: ЧГУ, 2009. 16 с.

Рассмотрено на заседании кафедры металлургических технологий 2009 г., протокол № . Одобрено редакционно-издательской комиссией Металлургического факультета 2009 г., протокол № .

Рецензенты: А.И. Виноградов – к.т.н., доцент, зав. кафедрой МАМЗ ЧГУ;

С.Н. Сумин – к.т.н., доцент кафедры МТ ЧГУ.

Составители: Г.С. Козлов – к.т.н., доцент

Ó Череповецкий государственный университет, 2009

контролируемая прокатка

В течение длительного периода времени углерод являлся основным химическим элементом для упрочнения стали. Однако он оказывает отрицательное влияние на такие технологические свойства, как свариваемость и пластичность, а также на температуру хрупко-вязкого перехода. Кроме того, для достижения необходимой надежности металлических конструкций нередко требуется применение дорогих способов термической обработки – закалки и отпуска.

Для более широкого применения эффективных по стоимости сталей повышенной прочности, металловедами было рекомендовано заменить упрочнение углеродом другими механизмами. Измельчение зерна (рис. 1) является наиболее эффективным способом улучшения как прочности, так и вязкости. Процесс контролируемой прокатки является практическим инструментом достижения этой цели путем объединения процесса формоизменения с процессом контроля микроструктуры стали [1, 2].

Для облегчения процесса формоизменения традиционно применяли довольно высокие температуры нагрева под прокатку. Процесс кон­тролируемой прокатки начинается с контроля величины зерна при нагреве перед деформацией. Известно, что аустенитное зерно увеличивается по экспонентной кривой от температуры нагрева, поэтому на практике применяют такую температуру нагрева, которая достаточна для перевода микролегирующих элементов в твердый раствор. Для большинства марок стали минимальная температура нагрева определяется содержанием ниобия и углерода. Так для стали, содержащей 0,10 % С; 0,03 % Nb составляет 1150 °С.

Титан образует очень стабильный нитрид TiN, который контролирует величину аустенитного зерна при высоких температурах нагрева, обеспечивает снижение количества азота в соединении Nb (СN) и более легкое растворение карбида ниобия (NbC). Для типичного содержания азота этот оптимум (равный стехиометрическому составу) – меньше 0,02 %.

Во время горячей обработки давлением сталь многократно рекристаллизуется, что приводит к эффективному измельчению зерна. При микролегировании ниобием зерно дополнительно измельчается, что связано с замедлением процессов диффузии и роста зерна между пропусками, так как диаметр атома ниобия на 15,2 % больше, чем диаметр атома g-железа.

В том случае, если температура деформации была слишком низкая для протекания процесса рекристаллизации, аустенитное зерно приобретает удлиненную форму. С увеличением степени легирования задержка рекристаллизации уже может иметь место при более высоких температурах деформации.

В этом отношении карбонитридообразу­ющие элементы всегда очень эффективны даже при малых количествах, причем ниобий является наи­более эф­фектив­ным элементом. Из рис. 2 видно, что сталь, имеющая только 0,03 % Nb, после типичной деформации на пропуске не рекристаллизуется ниже 950 °С, потому что, во-первых, ниобий, находящийся в твердом растворе, задерживает на­чало рекристал­ли­за­ции, а во-вторых, ниобий будет выделяться в виде карбида или карбонитрида на дислокациях, что приводит к полному отсутствию рекристаллизации.

В чистой стали наиболее благоприятным местом образования центров зарождения являются границы зерен. В случае превращения в деформированном аустените дислокационные полосы внутри зерен также действуют как центры зарождения. При постоянной скорости охлаждения ферритное зерно будет мельче, когда превращение идет в удлиненном аустенитном зерне, где отношение его поверхности к объему увеличено.

На рис. 3 схематично показано, какой размер ферритного зерна можно получить, применяя различные процессы прокатки.

Применяя более высокие скорости охлаждения, можно достичь дальнейшего измельчения зерна, поскольку более низкая температура начала превращения обеспечивает большее количество зародышей в переохлажденном аустените.

Контролируемое охлаждение впервые было введено на широкополосных станах непрерывного действия. Этот процесс был принят и оптимизирован также для других типов станов, особенно при прокатке толстых листов по "термомеханическому режиму" (ТМСР).

Применяемый режим охлаждения приведен на рис. 4. В то время как охлаждение конструкционной стали на воздухе обеспечивает получение ферритно-перлитной структуры, ускоренное охлаждение предотвращает превращение в перлит и приводит к образованию микроструктуры, состоящей из феррита и бейнита. ускоренное охлаждение прерывается при температуре около 550 °С, и в дальнейшем охлаждение производится на

При этом, наблюдается измельчение зерна полигонального феррита. Чем больше скорость охлаждения, тем мельче будет ферритное зерно. Из рис. 5 видно, почему на практике предпочтение отдается комбинации термомеханической прокатки с ускоренным охлаждением.

При указанном режиме охлаждения микроструктурная составляющая состоит из 50 % бейнита. Этот бейнит имеет даже более мелкий размер зерна (около 1 мкм), который наряду с более высокой плотностью дислокации обеспечивает достижение большей прочности, нередко в сочетании с определенным улучшением вязкости.

Мелкозернистая структура позволяет применять высокопрочные конструкционные стали при жестких условиях эксплуатации.Измельчение зерна может быть получено путем контроля в течение всего процесса прокатки следующих параметров: времени, температуры и степени деформации. Наиболее эффективным способом измельчения зерна при приемлемой стоимости является процесс ТМСР, который объединяет термомеханическую прокатку, т.е. деформацию без рекристаллизации, и ускоренное охлаждение. Свойства, полученные этими процессами, не могут быть достигнуты или повторены только термической обработкой.

2. КИНЕТИКА РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ АУСТЕНИТА