Аннотация
Постановка задачи: микроструктура металла в основном определяет комплекс механических и эксплуатационных свойств металлопродукции, способность металлических изделий к последующей переработке и конечному применению. В технической и патентной литературе рассмотрено влияние металлургического качества исходной непрерывно-литой заготовки, а также параметров технологии производства и термической обработки на структуру и свойства катанки сварочного назначения. Однако в ряде случаев имеются противоречия в выборе эффективных технологических режимов по формированию однородной ферритной структуры с полным или частичным исключением негативных бейнитно-мартенситных участков в низкоуглеродистой легированной катанке. Повышение пластичности катанки в настоящей статье решается на стадии производства стали и термической обработки катанки, а не переносится традиционно на метизный передел. Целью работы является анализ влияния металлургических факторов и термической обработки на структуру катанки для изготовления сварочных электродов и омедненной проволоки для полу- и автоматической сварки и разработка эффективной сквозной технологии производства стали, ее внепечной обработки, непрерывной разливки, прокатки катанки и ее поточной термической обработки на линии двустадийного охлаждения Stelmor, обеспечивающей высокую технологичность безотжигового волочения катанки в проволоку и получение требуемого комплекса эксплуатационных свойств вышеуказанных сварочных материалов. Используемые методы: химический состав стали определялся на типовых спектрометрах. Металлографические исследования проводились методами оптической и электронной растровой и просвечивающей микроскопии. Микроликвация химических элементов, а также химический состав неметаллических включений определялись на энергодисперсионном и волновом рентгеновских спектрометрах в составе растрового (сканирующего) электронного микроскопа методом микрорентгеноспектрального анализа (МРСА). Измерение микротвёрдости структурных составляющих производили на микротвердомерах при различных нагрузках. Катанка испытывалась на разрывных машинах на растяжение. Термокинетическая диаграмма была построена дилатометрическим методом. Новизна заключается в разработке научно обоснованных решений по рационализации химического состава низкоуглеродистой стали, легированной марганцем, хромом, никелем, молибденом, ванадием в различных составах и концентрациях, определении условий эффективного микролегирования стали бором в соотношении с содержанием в металле азота, выбору эффективного диапазона температуры аустенитизации низкоуглеродистой легированной катанки для обеспечения на воздушной стадии эффективной скорости квазиизотермического охлаждения, значения которой были получены при анализе построенной нами термокинетической диаграммы распада аустенита при непрерывном охлаждении. Результат: установлены следующие научно обоснованные закономерности: сталь микролегируют бором в отношении бора к азоту на уровне 0,8+/–0,15 для исключения вредного действия свободных бора и азота, заключающегося в том, что бор повышает закаливаемость стали, а азот упрочняет феррит и остаривает металл, при этом минимизируют содержание упрочняющих элементов в стали на уровне их минимального значения по марочному составу с использованием в качестве оценочного критерия расчет углеродного и/или марганцевого эквивалентов, значения которых должны быть не более 0,55 и 2,10% соответственно. Термическая обработка (ТО) стали типа Св-08Г2С и Св-08ХГ2СМФ заключается в аустенитизации при 950–980°С и охлаждении металла под теплоизолирующими крышками со скоростью 0,15–0,30°С/с с формированием структуры феррита с минимальным количеством (не более 5 и 15% соответственно) бейнитно-мартенситных участков в сечении катанки. Это обеспечило высокую технологичность катанки при волочении без применения смягчающих термических обработок. Практическая значимость: в итоге обеспечивается требуемый нормативной документацией (НД) и потребителями комплекс наилучших структуры и свойств катанки с высокой технологичностью ее переработки в проволоку. Так, для стали Св-08Г2С временное сопротивление разрыву катанки снизилось с 750 до 500 МПа, относительное сужение выросло с 35 до 75%, количество бейнитно-мартенситных участков уменьшилось в 8 раз (с 40 до 5%), исключены 2 промежуточных рекристаллизационных отжига при волочении катанки диаметром 5,5 мм в проволоку диаметром 0,8 мм.
Ключевые слова
Металлургические факторы, микролегирование, бор, катанка, линия Stelmor, термическая обработка, скорость охлаждения, структура, свойства, бейнитно-мартенситные участки.
1. Колокольцев В.М., Петроченко Е.В., Миронов О.А. Влияние химического состава на формирование структуры и свойств жароизносостойких чугунов // Изв. вузов. Черная металлургия. 2007. № 3. С. 44–47.
2. Комплексно-легированные белые чугуны функционального назначения в литом и термообработанном состояниях / Ри Э.Х, Ри Хосен, Колокольцев В.М., Петроченко Е.В. и др. Владивосток: Дальнаука, 2006. 275 с.
3. Колокольцев В.М., Петроченко Е.В., Молочков П.А. Структура и износостойкость хромованадиевых чугунов // Изв. вузов. Черная металлургия. 2004. № 7. С. 25–28.
4. Колокольцев В.М., Петроченко Е.В., Воронков Б.Н. Комплексно-легированные белые износостойкие чугуны. Челябинск: Печатный салон «Издательство РЕКПОЛ», 2005. 178 с.
5. Специальные чугуны. Литье, термическая обработка, механические свойства: учеб. пособие / Колокольцев В.М., Петроченко Е.В., Соловьев В.П., Цыбров С.В.; под ред. Колокольцева В.М. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. 187 с.
6. Походня И.К. Сварочные материалы: состояние и тенденции развития // Автоматическая сварка. 2003. № 3. С. 9–20.
7. Грачева В.С. Низколегированные проволоки с улучшенными технологическими свойствами для сварки в защитных газах строительных металлоконструкций: дис. … канд. техн. наук: 05.23.01; 05.16.01. Макеевка, 1996. 202 с.
8. Влияние прокатки в двухфазной области на структуру и механические свойства катанки и проволоки из стали 08Г2С / В.А. Кулеша, В.Н. Дегтярев, Д.М. Хабибулин, В.Н. Урцев, Н.А. Клековкина, В.Д. Мирошниченко // БТИ. Черная металлургия. 2000. № 6. С. 69–73.
9. Анализ влияния температуры конца прокатки катанки на структуру и механические свойства проволоки / В.А. Кулеша, В.Н. Дегтярев, Д.М. Хабибулин и др. // БТИ Черметинформация: Черная металлургия, 2000. № 3, 4. С. 64–65.
10. Исследование влияния технологических параметров на кинетику распада аустенита стали 08Г2С / Л.Н. Дейнеко, А.П. Клименко, Ю.П. Гуль, А.И. Карнаух, О.А.Дудкина // Строительство, материаловедение, машиностроение: сб. науч. трудов. Днепропетровск: ПГАСА, 2002. С. 106–111.
11. Сибата К. Поведение бора в стали и его влияние на структуру и свойства. Институт черной металлургии Японии. 2000.
12. Оптимизация прокаливаемости и состава термоулучшаемой борсодержащей стали / М. В. Бобылев, А. М. Ламухин, О. В. Кувшинников и др. // Сталь. 2002. № 7. С. 68–71.
13. Frank A. R., Kirkcaldy A. The effect of boron on the properties of electric arc-sourced plain carbon wiredrawing qualities// Wire Journal International. 1998. № 5. P. 100–113.
14. North Star Steel Texass experience with boron additions to low-carbon steel / B. Yalamanchili, J. Nelson, P. Power, D. Lanham // Wire Journal International. 2001. № 11. P. 90–94.
15. Анализ показателей качества сварочной проволоки методом статистической оценки стабильности ее химического состава / В.А. Медюшко, О.Н. Разоренов, В.И. Криворотов, Ю.В. Медюшко // Индустрия. 2005. № 1(39).
16. О возможности образованиятвердого раствора кремния в железе / В.В. Росихин, В.И. Большаков, Г.М. Воробьев и др. // Строительство, материаловедение, машиностроение: сб. науч. тр. Днепропетровск: ПГАСА, 2003. Вып. 22. С. 129–135.
17. Повышение качества сварочной проволоки из стали марки Св-08Г2С в условиях ОАО «ММК» и ОАО «ММК-МЕТИЗ» / А.С. Гульцин, А.А. Соколов, М.В. Зайцева, Д.Р. Бакаев // Горный журнал. 2012. № 3.
18. Стогний Ю.Д., Стовпченко А.П., Грищенко Ю.Н. Исследование особенностей получения стали с заданным уровнем механических свойств // Вiсник Приазовського державного технiчного унiверсiтету. 2010. С. 10–13.
19. Стовпченко А.П. Проблема микролегирования стали применительно к получению сварочных проволок // Современные проблемы металлургии: сб. науч. тр. Вып. 1. Днепропетровск, 1999. С. 133–141.
20. Таранец М.А. Современные тенденции развития производства сварочной проволоки типа Св-08Г2С // Рынки сортового проката и метизов: сб. материалов 2-й ежегодной НТК. Алушта, 2004 (Металл-курьер). С. 83–85.
21. Проблемы производства сварочных материалов на ОАО «Межгосметиз-Мценск» / В.П. Костюченко, М.А. Таранец, З.А. Дегтяренко, С.А. Шамин, В.Д. Кузяков // Метизы. 2006. № 3 (12). С. 17–20.
22. Особенности производства сварочной омедненной проволоки на ОАО «Межгосметиз-Мценск» / В.П. Костюченко, М.А. Таранец, З.А. Дегтяренко, С.А. Шамин, В.Д. Кузяков // Сварщик в Белоруссии. 2005. № 1 (18). С. 12–15.
23. Емелюшин А.Н., Шекшеев М.А. Исследование влияния термических циклов на структуру основного металла при сварке стали категории прочности К56 // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2011. № 1. С. 150–153.
24. Особенности формирования структуры и свойств сварных соединений стали класса прочности К56 при дуговой сварке / Емелюшин А.Н., Сычков А.Б., Завалищин А.Н., Шекшеев М.А. // Черные металлы. 2013. № 8 (980). С. 18–22.
25. Емелюшин А.Н., Сычков А.Б., Шекшеев М.А. Исследование формирования структуры и свойств металла зоны термического влияния низколегированной трубной стали при различных режимах дуговой сварки // Черная металлургия. 2013. № 9 (1365). С. 50–52.
26. Емелюшин А.Н., Сычков А.Б., Шекшеев М.А. Исследование свариваемости высокопрочной трубной стали класса прочности К56 // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. № 3. С. 26–30.
27. Сычков А.Б., Завалищин А.Н., Перчаткин А.В. Структурообразование в катанке повышенной деформируемости из низкоуглеродистой легированной стали Св-08Г2С с микродобавками бора // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. № 2. С. 50–53.
28. 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.
29. Кинетика фазовых превращений в катанке из непрерывно-литой электростали Св-08Г2С при непрерывном охлаждении / В.В. Парусов, С.Ю. Жукова, М.Ф. Евсюков, А.Б. Сычков и др. // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: сб. науч. тр. Днепропетровск: ДрукарняВизион, 2004. Вып. 9. С. 191–197.
30. V.V. Parusov, A.B. Sychkov, I.V. Derevyanchenko, S.Yu. Zhukova, O.L. Kucherenko, M.A. Zhigarev. High-deformability wire rod made of steel Sv-08G2S // Metallurgist. Januar 2007. Vol. 51. Issue 1–2. P. 121–130.
31. Влияние химического состава и технологических параметров на механические характеристики катанки из стали Св-08Г2С / В.В. Парусов, А.Б. Сычков, С.Ю. Жукова, М.А. Жигарев // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2005. № 4. С. 68–71.
32. Fine microstructure of wire rods manufactured from Sv-08G2S high-plasticity steel / A.M. Nesterenko, A.B. Sychkov, S.Yu. Zhukova, V.I. Sukhomlin // Metallurgist. September 2008. Vol. 52. Iss. 9–10. P. 511–516.
33. Структура катанки из стали Св-08Г2С улучшенного химического состава / А.Б. Сычков, М.А. Шекшеев, С.О. Малашкин, Г.Я. Камалова // Современные проблемы горно-металлургического комплекса. Наука и производство. Т. 1: труды XII ВНПК с международным участием. Старый Оскол: Изд-во филиала МИСиС, 2015. С. 213–219.
34. Development of a producton process for rolled welding wire made from Sv-08KHGSMFA alloy / A.B. Sychkov, V.V. Parusov, M.A. Zhigarev, S.Yu. Zhukova, A.V. Perchatkin, A.V. Peregudov // Metallurgist. July2007. Vol. 51. Issue 7–8. P. 384–393.
35. Special features of rod from steel Sv-08KHG2SMF / A.M. Nesterenko, A.B. Sychkov, V.I. Sukhomlin, S.Yu. Zhukova, A.N. Moroz // Metal Science and Heat Treatment. Vol. 51. № 7–8. P. 372–374.
36. Новое применение бора в металлургии/В.В. Парусов, А.Б. Сычков, И.В. Деревянченко, М.А. Жигарев // Вестник Магнитогорского государственного технического университета. 2005. № 1 (9).С. 15–17.