Контрольная работа: Упрочнение низколегированной стали

Получение комплекса высоких механических свойств, для стали HC420LA связано с целым комплексом условий, которые нужно соблюдать при горячей и холодной прокатке, а так же при отжиге. Механические свойства стали HC420LA согласно DIN EN 10268:2006 приведены в таблице 1.

Таблица 1. Механические свойства высокопрочной низколегированной стали марки HC420LA

На стадии горячей прокатки наиболее важной задачей является не достижение эффективного измельчения зеренной структуры и дисперсионного твердения, а получение необходимых показателей количества и морфологии частиц избыточных фаз, которые вместе с режимами холодной прокатки и отжига определяют структуру и свойства холоднокатаного проката. В отличие от горячекатаного проката, к основным типам частиц, определяющим свойства холоднокатаного проката, помимо карбонитридов микролегирующих элементов (титана, ниобия и ванадия) относятся сульфид марганца, а также выделения цементита. Размер зерна в холоднокатаном прокате определяется общим количеством частиц со средним размером 0,1-0,3 мкм, которые являются центрами зарождения новых зерен при рекристаллизационном отжиге. К основным типам таких частиц относятся карбонитрид ниобия, содержание которого помимо химического состава, зависит от температурных параметров горячей прокатки, а также сульфид марганца, содержание которого определяется содержанием серы. Суммарное содержание указанных частиц не менее 0,05 % (вес.) достаточно для получения в холоднокатаном прокате размера зерна не более 5-7 мкм. Параметром, определяющим степень развития дисперсионного твердения при выделении наноразмерных (в среднем 10 нм) частиц карбонитрида ниобия в процессе охлаждения смотанного рулона, является температура конца прокатки: ее увеличение от 820 до 860−880 °С приводит, при соблюдении определенных условий, в частности, при температурах смотки более 550 °С, к повышению предела текучести и прочности, в среднем, на 10−15 МПа, что связано с повышением степени пересыщения твердого раствора.

Из параметров колпакового отжига (рис. 1) в колпаковых печах наибольшее влияние на свойства оказали температура окончания первой стадии нагрева (или начала второй высокотемпературной стадии нагрева Т1), продолжительность первой (низкотемпературной) и второй (высокотемпературной) стадии нагрева τ1 и τ2, соответственно, максимальная температура отжига Тmax и продолжительность выдержки при этой температуре τmax, а также фактическая температура металла по окончании замедленного охлаждения после отжига Тфакт (когда металл еще выдерживали под колпаком, но без подачи газа) и продолжительность этого замедленного охлаждения τог. [6]

На высокотемпературной стадии нагрева и в процессе выдержки при максимальной температуре происходит растворение цементита, образовавшегося в процессе охлаждения смотанного рулона, и довыделение карбонитрида ниобия на его частицах, присутствующих в прокате до начала отжига, что приводит к их укрупнению, снижению прочности и повышению пластичности. Положительное влияние на пластичность замедленного охлаждения после отжига в течение 3−4 ч связано с осаждением цементита на частицах карбонитрида ниобия, что несколько укрупняет их (в среднем от 10 до 50 нм) и тем самым уменьшает их охрупчивающее.

Анализ выпуска партий холоднокатаного проката из стали HС380LA (химический состав табл.1) , проведенный в работе [6], позволяет говорить о возможности получения из стали того же химического состава проката более высокого класса прочности (с пределом текучести не менее 420 МПа).[5]

Таблица 2. Рекомендованный химический состав для стали HС380LA

Технологические параметры производства и полученные механические свойства приведены в таблице 2.[5]

Таблица 3. Технологические параметры и свойства стали HС380LA

Пример типичного режима рекристаллизационного отжига в колпаковых печах разработанный для стали HCЗ80LA представлен на рис.7.

Рис.7 Режим рекристаллизационного отжига в колпаковых печах

К рекомендациям по обеспечению наиболее высокого комплекса свойств холоднокатаного проката класса прочности 420 целесообразно добавить ограничения по температуре смотки - 530-550 °С. Кроме того, показано, что можно добиться уровня механических свойств проката класса прочности 420 (по EN 10268-06) из стали того же химического состава, что и для класса прочности 380, ограничив продолжительность второй стадии нагрева τ2 - 16 часов, оставив остальные параметры такими же, как для класса 380. Это предупредит укрупнение в процессе отжига наноразмерных частиц карбонитрида ниобия и обеспечит требуемый вклад в упрочнение дисперсионного твердения. Указанные рекомендации подтверждены анализом выпуска промышленных партий проката.

Исследования микроструктуры полученного металлопроката свидетельствуют о значительном вкладе в упрочнение измельчения зерна: средний размер зерна составил для разных партий от 4 до 6 мкм.

Таким образом, содержание частиц сульфида марганца и карбонитрида ниобия размерами 0,1-0,3 мкм не менее 0,05 % достаточно для эффективного измельчения зерна при данной технологической схеме. Дополнительный вклад в упрочнение вносят наноразмерные частицы карбонитрида ниобия (по механизму дисперсионного твердения), а также комплексные выделения цементита на частицах сульфида марганца и карбонитрида ниобия.[5]

Библиографический список

1.      Механические свойства металлов: учебное пособие/ М. Л. Берштейн, В. А. Займовский. - М., 1979. - 495 с.

2.      Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. - М.: МИСИС, 2005. - 432 с.

3.      Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия н материаловедение. Справ, изд. Пер. с нем. М.1 Металлургия, 1982. 480 с., (С.19-24, 90-108).

4.      Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. - М.: Металлургия, 1985. - 408 с., (С. 107-117, 218-240).

5.      Родионова И.Г., Чиркина И.Н., Ефимова Т.М., Скоморохова Н.В., Шапошников Н.Г., Мельниченко А.С. Металловедческие аспекты повышения комплекса свойств холоднокатаного автолистового проката из микролегированных сталей. // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2011. - №1. - С. 85-92.

6.      Рыбкин Н.А., Родионова И.Г., Шапошников Н.Г., Ефимова Т.М., Чиркина И.Н., Кузнецов В.В., Мишнев П.А. Разработка подходов к выбору оптимальных систем легирования и технологических параметров производства горячекатаных высокопрочных низколегированных сталей для автомобилестроения. // Металлург. 2009. - № 8. - С. 50-56.