Влияние дополнительной термообработки на структуру и механические свойства феррито-бейнитных высокопрочных трубных сталей
| Вид материала | Доклад |
- Название диссертации, 326.98kb.
- Методика выполнения работы : Вариант Влияние легирующих элементов на структуру конструкционных, 128.12kb.
- Термомеханическая обработка, 1570.91kb.
- Научные основы и технологические решения получения высокопрочных алюминийсодержащих, 586.93kb.
- Влияние ультразвуковой ударной обработки на механические свойства сварных соединений, 41.15kb.
- Повышение механических свойств рулонного проката из низколегированных трубных сталей, 334.13kb.
- Лекция Влияние различных факторов на пластичность металла. Влияние омд на структуру, 126.99kb.
- Влияние свч электромагнитного поля на физико-механические свойства эпоксидного компаунда, 253.95kb.
- Материаловедение и технология конструкционных материалов, 37.46kb.
- Е. И. Рытвин, Н. М. Слотинцев, 223.27kb.
ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОМЕХАНИЗМОВ РАЗРУШЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ
А.Ю. Рашковский – м.н.с. ИМФМ
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В работе рассматриваются механизмы формирования неоднородности феррито-бейнитной структуры по сечению проката высокопрочных классов трубных сталей Х70 и Х80 с различным содержанием легирующих элементов и влияние ликвационных и сегрегационных явлений на механические свойства данных материалов. Методами спектроскопии Оже-электронов (ОЭС) выявлены особенности распределения углерода и марганца по сечению проката. Определено влияние ликвации на микроструктуру данных сталей. Построен ряд термокинетических диаграмм (ТКД) сегрегирования вредных примесей на границах зёрен. Это позволило определить опасные температурно-временные интервалы обработки сталей, где наблюдается преимущественное обогащение границ зерен фосфором и серой, существенно снижающими трещиностойкость стали. Методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) проведено фрактографическое исследование изломов и динамическое наблюдение за развитием трещины в образцах стали класса прочности К70 после термомеханической обработки (ТМО) и закалки с прокатного нагрева (ЗПН). Проведен фрактальный анализ распространения трещины по элементам структуры. Сделан вывод о влиянии формы бейнитных колоний (гранулярная либо реечная) на вязкость разрушения, а также карбидной составляющей микроструктуры на пластическую деформацию различных областей проката. Определена энергоёмкость всех стадий разрушения и сделаны выводы о причинах различий прочностных свойств стали после различных термообработок. Комплексный анализ данных ОЭС и РЭМ для сталей с различным химическим составом, структурой и термообработкой позволил определить ключевые моменты, влияющие на трещиностойкость широкого спектра сталей.
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА И ОСОБЕННОСТЕЙ
ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА НА ВОДОРОДНОЕ ОХРУПЧИВАНИЕ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ
ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ
С.В. Гущина – м.н.с. ЦТСК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
Одной из наиболее важных проблем, ограничивающих эксплуатационный ресурс и повышающих опасность преждевременного разрушения магистральных газопроводов, являются процессы локальной коррозии и водородного охрупчивания.
Водородное охрупчивание все больше привлекает к себе внимание эксплуатационных служб трубопроводов в связи с тем, что во всем мире увеличивается количество аварий на трубопроводах, вызванных водородным охрупчиванием.
Помимо коррозионного растрескивания под напряжением наружной поверхности труб известны еще два вида локального разрушения, связанные с водородным повреждением - это сероводородное растрескивание под напряжением (СКРН) и водородное растрескивание типа расслоения (ВР), которые ограничивают эксплуатацию трубопроводов транспортирующих природный газ, содержащий сероводород.
Когда в силу тех или иных причин возникает контакт поверхности металла с коррозионной средой, возможность появления и распространения стресс-коррозионных трещин в значительной степени зависит от сопротивления металла трубы зарождению и развитию таких трещин.
Поэтому исследование влияния состава, уровня прочности и структурного состояния трубных сталей и трубного передела на склонность к водородному охрупчиванию и сероводородному растрескиванию является важной практической задачей для выбора оптимальных технологических параметров производства, обеспечивающих повышение сопротивления стали этим видам разрушений.
Механизм повышения сопротивления усталостному разрушению высокопрочной
трип-стали
А.А. Буржанов – н.с. ИКС
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В настоящей работе рентгеноструктурным методом исследовали фазовый состав и структурное состояние холоднокатаной ленты толщиной 0,3мм из трип-стали 23Х15Н5СМ3Г (структура после закалки - метастабильный аустенит) после длительных циклических испытаний. Усталостные испытания выявили преждевременное разрушение части образцов при 105 циклов, остальные образцы разрушались при 106 циклов. Задачей исследования являлось установление причин преждевременного разрушения стали в образцах после 105 циклов испытаний. В результате исследований установлено следующее: 1. В области 105 циклов на кривой усталости происходит преждевременное разрушение образцов, содержащих от 12 до 26% фазы. Количество -мартенсита деформации 10-20%, остальное -фаза. В образцах разрушившихся после 106 циклов фаза отсутствует. 2. В результате воздействия циклических нагрузок в упругой области происходит дополнительное фазовое превращение а также -, если в исходном состоянии стали присутствует -мартенсит. Имеет место монотонный рост количества -фазы с увеличением числа циклов. Относительный прирост -фазы по сравнению с исходным состоянием – от 10 до 100% при 106 циклов. Относительный прирост -фазы – от 10 до 70% с максимумом при 105 циклов. 3. С увеличением числа циклов усталостных испытаний возрастает плотность дислокаций в аустените. 4. В области кривой усталости выше 105 циклов (в отсутствии -фазы) с увеличением числа циклов происходит релаксация среднего уровня остаточных микронапряжений (уменьшается ширина интерференционной лини (211) -мартенсита деформации), а также релаксация локальных микронапряжений. 5. Отрицательное влияние -мартенсита обусловлено охрупчиванием в условиях снижения релаксации остаточных микронапряжений, возникающих при образовании мартенсита деформации. 6. Высокое сопротивление усталостному разрушению трип-стали реализуется протеканием 2-х процессов – релаксации микронапряжений путем микропластической деформации в аустените и дополнительного превращения. Присутствие -мартенсита снижает сопротивление усталости трип-стали.
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА КОМПЛЕКС МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СВЕРХНИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
А.Е. Вербицкая – м.н.с. ЦФМК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
Сверхнизкоуглеродистые высокопрочные стали находят все большее применение в области автомобилестроения. Ключевой задачей является понимание процессов и механизмов происходящих в процессе производства данных сталей. В докладе рассмотрено влияние основных технологических параметров горячей и холодной прокатки, а также термической обработки на комплекс механических свойств высокопрочных IF – сталей и сталей с BH – эффектом различных систем легирования.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗБЫТОЧНЫХ КАРБОНИТРИДНЫХ ФАЗ В РУЛОННОМ И ЛИСТОВОМ ПРОКАТЕ ИЗ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ ТИПА Х70 В СОСТОЯНИИ ПОСЛЕ ТМО ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТАХ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
Е.В. Шульга – м.н.с. ЦТСК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
При разработке составов стали и технологии производства современных низколегированных сталей одним из важных аспектов является рациональное использование микролегирования Nb и V. Управление выделением избыточных карбонитридных фаз (Nb,V)(C,N) позволяет использовать эффект дисперсионного упрочнения, если обеспечиваются условия выделения в феррите частиц размером до 10 нм.
Представлен анализ результатов исследования выделения в феррите частиц избыточных карбонитридных фаз Nb(C,N) и (Nb,V)(C,N) в рулонном (со стана 2000) и листовом (со стана 5000) прокате из стали типа Х70, произведенном по технологии термомеханической обработки (ТМО).
С учетом особенностей режимов ТМО применительно к условиям стана 5000 определены условия выделения и тип частиц Nb(C,N) и (Nb,V)(C,N) при контролируемой прокатке с последующим ускоренным охлаждением, а также при последующем отпуске толстолистового проката. Выявлено выделение частиц Nb(C,N) размером до 10 нм в аустените после чистовой стадии контролируемой прокатки.
При производстве рулонного проката температура смотки является эффективным инструментом для управления выделением в прокате дисперсных частиц карбонитридов Nb(C,N) и (Nb,V)(C,N) размерами 2-8 нм, обеспечивающих дисперсионное упрочнение рулонного проката. Определены температурно-временные условия формирования таких частиц.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНО-ДЕФОРМАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ КОНТРОЛИРУЕМОЙ ПРОКАТКИ НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИКРОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ДЛЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА
Е.А. Голи-Оглу – м.н.с. ЦТСК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В лабораторных условиях выполнены исследования по влиянию структурного состояния горячедеформированного аустенита на измельчение конечной микроструктуры и комплекс механических свойств низкоуглеродистой стали типа 05Г2ДНБ. Определено структурное состояние аустенита перед началом γ→α превращения, обеспечивающее наибольшее измельчение конечной структуры и высокий уровень хладостойкости. На основании опытных данных в условиях ОАО «ММК» опробованы температурно-деформационные режимы прокатки, позволившие повысить общий уровень хладостойкости готового проката.
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ФАКТОРЫ ПОВЫШЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ТРУБ ДЛЯ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Г.В. Семернин– зав. лаб. ЦФМК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В докладе рассмотрены основные технологические факторы, в первую очередь – технологические параметры сталеплавильного производства, определяющие коррозионную стойкость и эксплуатационную надежность нефтепромысловых трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях месторождений Западной Сибири. Показаны оптимальные значения рассмотренных технологических параметров, найденные в результате объемных теоретических исследований, лабораторных экспериментов и на основе проведения работ по оптимизации технологии производства коррозионностойких марок низколегированных сталей в условиях отечественных металлургических предприятий.
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
СТАЛИ 20-КТ С ВЫСОКИМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ СТОЙКОСТИ ПРОТИВ ЛОКАЛЬНОЙ КОРРОЗИИ В УСЛОВИЯХ ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО
ЦЕХА ОАО «СТЗ»
А.Ю. Казанков – м.н.с. ЦФМК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В настоящее время, резко ужесточились требования, предъявляемые потребителями к показателям коррозионной стойкости и эксплуатационной надежности металлопродукции, в особенности – трубной, поставляемой для нужд нефтегазодобывающего комплекса. Это связано, прежде всего, с условиями добычи углеводородов на территории Российской Федерации – эксплуатацией труб в суровых природно-климатических условиях, а так же все возрастающей степенью минерализации транспортируемых нефтепромысловых сред, с высоким содержанием агрессивных компонентов, в частности, применительно к месторождениям Западной Сибири – ионов хлора. Взаимодействие сред подобного состава с внутренней поверхностью трубопровода значительно ускоряет коррозионные процессы и, в конечном счете, приводит к резкому сокращению сроков эксплуатации. Таким образом, стойкость к процессам коррозионного разрушения в агрессивных хлорсодержащих средах, наравне с комплексом механических свойств и хладостойкостью является определяющей характеристикой рассматриваемой металлопродукции.
В последнее время, получен ряд убедительных доказательств того, что стойкость низколегированных углеродистых сталей к процессам локальной коррозии в хлорсодержащих средах определяется содержанием в стали определенного вида неметаллических включений, получивших название коррозионно-активные неметаллические включения (КАНВ). Однако многие производители бесшовных труб с гарантированным содержанием коррозионно-активных неметаллических включений (КАНВ) для нефтепромысловых трубопроводов Западной Сибири сталкиваются с проблемой обеспечения их содержания в рамках установленных требований (не более 2 вкл/мм2). В первую очередь, данная проблема связана с появлением новых типов неметаллических включений на основе алюмомагниевой шпинели, в ряде случаев проявляющих коррозионную активность. Данная работа посвящена решению рассмотренной проблемы в условиях электросталеплавильного цеха ОАО «Северский трубный завод».
ОСВОЕНИЕ ШТРИПСОВ КЛАССА ПРОЧНОСТИ К60 (Х70) НА РЕКОНСТРУИРОВАННОМ ОБОРУДОВАНИИ
СТАНА 2800 ОАО «УРАЛЬСКАЯ СТАЛЬ
Д.В. Нижельский – м.н.с. ЦТСК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
Рассмотрены основные технологические особенности производства и требования по различным нормативным документам для штрипсов класса прочности К60(Х70) на ОАО «Уральская сталь». Выявлены основные закономерности структурообразования и изменения механических свойств в зависимости от термодеформационных режимов прокатки на реконструированном стане 2800. Показаны особенности влияния параметров последеформационного ускоренного охлаждения, в том числе температуры начала и окончания охлаждения, интенсивности охлаждения, на соотношение и морфологию феррита, перлита, бейнита в трубных сталях класса прочности К60.
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОСОБОЧИСТЫХ СПЛАВОВ МАРГАНЦА ИЗ РУД РОССИЙСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Р.А. Коноплев– м.н.с. ФПТС
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
Проблема российских месторождений марганца заключается в том, что из-за низкого качества руд их переработка традиционными способами не позволяет получать марганцевую продукцию, конкурентоспособную с импортной.
Таким образом, для обеспечения потребности в марганце существует три пути:
- покупать низкофосфористое сырьё за рубежом и подшихтовывать его к собственному;
- организовать собственное производство малофосфористого передельного марганцевого шлака;
- внедрять в практику получение марганцевых концентратов химические технологии.
Первый путь – наиболее простой, но не перспективный;
Второй – связан с безвозвратными потерями до 20% марганца с попутным сплавом;
Третий – наиболее перспективный, но связан с серьёзными капитальными вложениями в начальный период.
Существует несколько видов марганцевого сырья, получаемого с помощью химических технологий. Это ИПИР (искусственный пиролюзит), ХДМ (химический диоксид марганца), ВМК (высокомарганцевый концентрат), концентрат хлор-кальциевой технологии. Также возможно использование малых российских месторождений (Дурновское, порожинское).
Нестандартное сырье требует нестандартных подходов к его переработке.
В данной работе исследуется возможность получения ферромарганца из некондиционных руд российских месторождений, перерабатываемых с помощью химических технологий.
Исследуется возможность получения стандартного сплава металлотермическим способом (силикотермия и алюмотермия).
Были проведены кампании силикотермических внепечных плавок малого масштаба с использованием химконцетратов, в результате которых был получен металл следующего состава: Mn=65%, Fe=20.5%, Si=12,0%, C=0.05%.
При использовании концентратов марганцевых руд малых месторождений потребовалось заменить часть восстановителя (ферросилиция) алюминием в количестве 10%. В ходе кампании плавок получен металл состава: Mn=65%, Fe=22%, Si=12%, C=0.05%.
Проведенные эксперименты показывают возможность использования некондиционных российских месторождений марганца. Наблюдается высокая степень использования марганца по сравнению со стандартными технологиями.
НАЛОЖЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ НА НЕПРЕРЫВНО ЛИТОЙ СЛИТОК ЧЕРЕЗ СТЕНКИ КРИСТАЛЛИЗАТОРА
П.Ю. Жихарев – м.н.с. ЦНРС
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В докладе говорится о проводимых работах по усовершенствованию технологии непрерывной разливки стали посредством применения ультразвуковых колебаний, вводимых через медные стенки кристаллизатора. Эти планируется достичь снижения трения между разливаемым слитком и плитами, улучшения качества поверхности сляба, снижения тока в приводе механизма качания кристаллизатора. Коротко будет рассказано об уже проведенных работах в этом направлении, а также некоторых перспективах применения данного метода воздействия.
ВЛИЯНИЕ ТЕРМОДЕФОРМАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ И УСКОРЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА КЛАССА ПРОЧНОСТИ Х80
А.А. Науменко – м.н.с. ЦТСК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В работе проведено исследование влияния деформационных режимов и режимов охлаждения на комплекс механических свойств и микроструктуру стали класса прочности Х80. Выявлено влияние режимов обработки на механические свойства и микроструктуру. На основе определенных зависимостей предложен режим термомеханической прокатки и ускоренного охлаждения позволяющий получить оптимальный комплекс свойств (удовлетворяющий требованиям к классу прочности Х80) и микроструктуру.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИСУТСТВИЯ В СТАЛИ НЕКОНТРОЛИРУЕМЫХ ПРИМЕСЕЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ
А.Д. Хорошилов – м.н.с. ЦФМК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
Примеси цветных металлов в больших количествах содержаться в металлоломе, поступающем на сталеплавильные заводы. Попадая в шихту, они полностью переходят в расплав, откуда их дальнейшее удаление практически невозможно. Эти примеси резко отрицательно влияют на качество готовой продукции. Целью проводимой работы является изучения влияния этих примесей на эксплуатационные характеристики стали, выявление источников загрязнения и установление механизмов их поступления в расплав.
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕОЦИНКОВАННОГО ПРОКАТА ДЛЯ АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЯ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ
С.В. Ящук – зам. зав. лаб. ЦФМК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
Высокопрочные низколегированные стали различных классов прочности в настоящее время являются наиболее востребованными в автомобильной промышленности, при высокой прочности и хорошей деформируемости в холодном состоянии. Требуемый комплекс свойств достигается путем подбора оптимальной системы легирования и технологических параметров производства. Получение микролегированных сталей различных классов прочности достигается изменением системы легирования и технологических параметров производства, а именно, введением оптимального количества легирующих элементов и варьированием режимами горячей, холодной прокатки и отжига. В данной работе проведен анализ различных систем легирования и основных технологических параметров производства, оказывающих наибольшее влияние на формирование структуры и свойств горячеоцинкованного проката из микролегированных сталей. И разработаны оптимальные системы легирования и технологические рекомендации для промышленного производства горячеоцинкованного проката из высокопрочных микролегированных сталей.
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА РАЗРУШЕНИЯ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ СО СТРУКТУРОЙ МАРТЕНСИТА И БЕЙНИТА
Н.А. Комков – м.н.с. ИКС
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В последние годы наметилась тенденция использовать мартенсит и нижний бейнит в качестве структурной основы железнодорожных рельсов и колес в частях изделий, которые примыкают к рабочим поверхностям. По требованиям технологии производства колёса после закалки подвергаются отпуску при 480-5200С, а в процессе эксплуатации – и более высокому нагреву, поэтому необходимо знать, какая из структур наименее подвержена разрушению в отпущенном состоянии.
Исследование проводили на стали типа 65Г. Образцы типа KCU обрабатывали на структуры мартенсит и нижний бейнит и отпускали при температуре 330-6800С. Испытаниями на ударный изгиб были получены изломы для исследования характера разрушения.
Методом просвечивающей электронной микроскопии исследовали структуру образцов в закаленном и отпущенном состоянии. Оценивали величину ударной вязкости KCU+100° и характеристики прочности и пластичности при статическом изгибе.
На растровом электронном микроскопе исследован микрорельеф изломом образцов со структурой мартенсита и бейнита после различных температур отпуска.
Показано, что при статическом изгибном нагружении работа разрушения стали с низкоотпущенным мартенситом меньше, чем у бейнитной стали при одинаковой твердости образцов и больше, если обе стали подвергались высокому отпуску.
При динамическом ударном нагружении бейнитная сталь после отпуска при температурах в исследованном интервале обладает большей вязкостью, чем мартенситная.
Установлено различие в механизме хрупкого разрушения мартенситной и бейнитной высокоуглеродистой стали: мартенситная разрушается интеркристаллитно, бейнитная – транскристаллитно. Предположено, что различие обусловлено высоким уровнем локальных внутренних напряжений на границах бывших аустенитных зерен, возникающих из-за нескомпенсированности сдвиговых деформаций при образовании кристаллов мартенсита.
опробование производства проката для высокопрочных труб категории прочности Х100
П.Г. Мартынов – м.н.с. ЦТСК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
Исходя из современных тенденций развития композиций химического состава высокопрочных сталей для газопроводных труб большого диаметра, выбраны 2 композиции для экспериментального лабораторного опробования. Одна композиция на основе легирования Cr, Ni и Cu и одна композиция с меньшим легированием и добавкой бора. Композиции без бора имеют углеродный эквивалент (Сэ) 0,60 и параметр трещинностойкости (Рсм) 0,25, с бором – 0,50 и 0,25 соответственно. Во всех композициях обязательными элементами служат Nb и Mo совместно с повышенным (2%) содержанием марганца.
Опробование произведено в ЦНИИчермет на лабораторном стане «300». Режим изготовления прокатной полосы включал контролируемую прокатку с завершением деформации в γ-области с последующим прерванным ускоренным охлаждением при температурах 310-570ºС. Из полученного проката изготовлены образцы для испытаний механических свойств и анализа микроструктуры металла. Прочностные характеристики металла составили по величине предела текучести на плавках без бора 700-880 Н/мм2, с бором 790-830 Н/мм2, по величине временного сопротивления 910-990 Н/мм2 и 900-925 Н/мм2 соответственно.
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ КОВШОВОЙ ВАКУУМНОЙ ОБРАБОТКИ УВЕЛИЧЕННЫХ ПО ОБЪЕМУ ПЛАВОК СТАЛИ
А.С. Никитенко – вед. инженер
ОАО АХК «ВНИИМЕТМАШ»
Широкое распространение ковшовых вакууматоров объясняется их относительной простотой, хорошей встраиваемостью в существующие производственные условия, широким спектром технологических возможностей.
Создание вакуума над поверхностью расплава и одновременная продувка аргоном вызывают бурное вспенивание и подъём металла и шлака. Еще одним недостатком ковшового вакуумирования является то, что рафинировочные процессы могут хорошо развиваться только в относительно тонкой поверхностной активной зоне ковша, а мощность естественного перемешивания недостаточна для подъёма находящегося ниже металла. Также при обработке стали с принудительным обезуглероживанием возникают проблемы перегрева края ковша и его последующая деформация.
С целью повышения эффективности агрегатов ковшового вакуумного рафинирования предлагается использовать процесс VDF/VODF (Vacuum Oxygen Decarburization Full), который позволяет минимизировать указанные недостатки. Процесс основан на принципе локализации объёма дегазируемого металла, реализуемом путём установки реакционной камеры с разделением пространства вакуумной камеры на две зоны с различной степенью разрежения, что позволяет проводить дегазацию металла исключительно в объёме реакционной камеры, опирающейся на фланец вакуум-камеры. Подъём газо-шлако-металлической эмульсии происходит только внутри реакционной камеры. В реакционной камере появляется интенсивная циркуляция газо-шлако-металлической. Потенциальная энергия, полученная газо-шлако-металлической эмульсией за счёт перепада давления между зонами, переходит в кинетическую энергию потока, которая идёт на увеличение интенсивности дегазации. За счёт колебаний скоростей и давлений происходит интенсивный массообмен между шлаком и металлом. Предварительные расчёты показали, что мощность перемешивания при этом может возрасти до 3 раз, что увеличивает интенсивность процессов рафинирования.
Наличие в устройстве горизонтальной мембраны, разделяющей полости вакуумной камеры, позволяет существенно улучшить удаление шлаковой пыли и посторонних частиц, так как большая их часть оседает на поверхностях мембраны и не попадает обратно в ковш. Явление дополнительной циркуляции расплава между зонами обеспечивает практически полное отсутствие настылей на патрубке реакционной камеры. Перегрев верхнего пояса ковша в случае продувки кислородом при обезуглероживании в процессе VODF существенно уменьшается за счет экранирования высокотемпературной зоны патрубком реакционной камеры и циркулирующим расплавом.
Таким образом, применение технологии VDF/VODF, основанной на принципе локализации объёма дегазируемого металла, позволяет проводить вакуумную обработку полных плавок за меньшее время.
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ КОРРОЗИОННУЮ СТОЙКОСТЬ УГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
А.В. Эндель – м.н.с. ЦФМК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
Коррозионная стойкость углеродистых и низколегированных сталей, предназначенных для изготовления труб нефтепромысловых трубопроводов, тепловых сетей, а также другого оборудования определяется многими факторами, наиболее важными из которых являются: способность материала противостоять коррозионному воздействию среды и характерные особенности условий эксплуатации металлоизделий. Необходимый уровень коррозионной стойкости стали должен обеспечиваться соблюдением определенных регламентов нормативно-технической документации.
В средах с низким содержанием сероводорода (до 30 мг/л) скорость коррозии углеродистых сталей зависит от чистоты стали по КАНВ.
При увеличении концентрации сероводорода скорость коррозии помимо чистоты по КАНВ зависит от содержания серы и марганца в стали, а также от структурного состояния матрицы.
При значении плотности КАНВ >4 вкл/мм2 коррозионные процессы ускоряются.
Учитывая то обстоятельство, что состав транспортируемых водных сред по содержанию сероводорода и других агрессивных компонентов в различное время года может изменяться в широких пределах, обеспечение требуемого уровня коррозионной стойкости углеродистой или низколегированной стали, возможно, при соблюдении следующих условий:
- чистота стали по КАНВ на уровне не более 2 вкл/мм2;
- значение [Mn]x[S] < 0,003-0,004;
микроструктура стали феррит + сфероидизированный цементит.
МЕТАЛЛОВЕДЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОВЫШЕНИЯ КОМПЛЕКСА СВОЙСТВ ХОЛОДНОКАТАНОГО АВТОЛИСТОВОГО ПРОКАТА ИЗ МИКРОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ ОТЖИГА В КОЛПАКОВЫХ ПЕЧАХ
И.Н. Чиркина – м.н.с. ЦФМК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
Исследовано влияние параметров горячей прокатки и колпакового отжига на механические свойства холоднокатаного проката из микролегированных сталей. Показана возможность существенного влияния количества и размеров частиц избыточных фаз и цементита на упрочнение. Разработаны рекомендации для освоения промышленного производства высокопрочного холоднокатаног проката с пределом текучести 360-420 МПа.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОПРОЧНОЙ ТРУБНОЙ СТАЛИ КАТЕГОРИИ ПРОЧНОСТИ Х120
И.А. Симбухов – м.н.с. ЦТСК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В условиях исследовательского комплекса ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина» осуществлена экспериментальная выплавка трубных сталей категории прочности Х120 с бором и без бора. На лабораторном стане была реализована термомеханическая прокатка с различными температурами прерывания прямой закалки с прокатного нагрева для образования разных феррито-бейнитных структур. Смоделирована технология НОР-процесса, заключающаяся в ускоренном нагреве после прямой закалки с прокатного нагрева до температуры 620-640 оС, с целью повышения сопротивления хрупкому разрушению, деформационной способности. Стали микролегированные бором после термомеханической прокатки были закалены с температуры 915 оС и отпущены при 630 оС. Проведены механические испытания и металлографический анализ.
Стендовые доклады
ОБОРУДОВАНИЕ И ПЛАНИРОВКИ ЛИНИЙ ГОРЯЧЕГО ЦИНКОВАНИЯ. ВЛИЯНИЕ ИХ НА ТЕХНОЛОГИЮ (№ С01)
А.С. Адамов – м.н.с. НТПП
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
Приведен анализ современных линий горячего цинкования, основного технологического оборудования, технологии процесса, и развитие цинкованивания в Российской Федерации. Изложены пути модернизаций линий, с помощью внедрения новых схем расположения оборудования, автоматизации и создания новой технологии процесса горячего цинкования. Также описаны преимущества внедрения новых заводов, такие как: экологичность процесса, а также повышение в несколько раз производительности линий.
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОЛУЧЕННЫХ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКОЙ В ПРИСУТСТВИИ ЖИДКОЙ ФАЗЫ (№ С02)
Р.В. Батиенков – н.с. ИПМ
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В последнее время проблема твёрдожидкого формирования материалов привлекает большое внимание исследователей. Положительные результаты достигнуты при использовании тиксотропного формования компактных материалов. Хорошо себя зарекомендовали и стали традиционными технологии жидкофазного спекания и «Osprey-process». В ранее выполненных работах была показана перспективность создания условий, обеспечивающих формирование ограниченного количества жидкой фазы в поверхностном слое при горячей допрессовки порошковой заготовки. Работ по изучению горячей штамповки, когда жидкая фаза присутствует во всём объёме порошкового материала практически не проводилось. В выполненной работе была предпринята попытка осветить вопросы влияния жидкой фазы на процессы уплотнения, деформации и сращивания горячештампованных пористых заготовок. С этой целью изготавливались образцы по различным технологическим схемам. Обязательным условием формирования жидкой фазы в бористых материалах на основе железа, является включение в технологический процесс операции спекания при 12000С. Проведение горячей штамповки в присутствии жидкой эвтектической фазы Fe+Fe2B способствует снижению энергетических затрат на уплотнение, за счёт зернограничного проскальзывания. Проведение предварительного спекания в вакууме будет способствовать рафинированию межчастичных поверхностей борсодержащего горрячедеформированного порошкового материала от оксидов и улучшению качества межчастичного сращивания. Количество бора вводимого в порошковый материал не должно превышать 0,3 мас.%, так как при таком содержании увеличиваются показатели прочности и ударной вязкости по сравнению с образцами свидетелями из нелегированного железного порошка. На следующем этапе исследований необходимо выяснить поведение борсодержащих материалов, полученных горячей штамповкой в присутствии жидкой фазы, в условиях абразивного износа. Так как один из предполагаемых вариантов использования исследуемых материалов – изготовление дисков сошников. Которые в данный момент изготовляются с использованием ковки компактных бористых сталей.
ПОЛУЧЕНИЕ МАРГАНЦЕВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ ИЗ РОССИЙСКИХ МАРГАНЦЕВЫХ РУД ХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ (№ С03)
У.А. Воробьева – инженер ФПТС
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В работе проведен сравнительный анализ существующих технологий получения марганца химическими методами: сернокислотный, аммонийный, азотнокислотный, хлоркальциевый.
Одним из перспективных направлений является получение марганцевого концентрата с использованием хлорида кальция. Достоинством этого метода является регенерация основного реагента, а также возможность получать продукт с минимальным содержанием серы.
Исследования проводили на примере марганцевых руд Усинского, Дурновского месторождений. Были сделаны выводы о возможности получения марганцевых сплавов из полученных концентратов.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТРУКТУРЫ НЕПРЕРЫВНОЛИТОГО СЛЯБА ПУТЕМ ВВОДА ВИБРИРУЮЩИХ РАСХОДУЕМЫХ МАКРОХОЛОДИЛЬНИКОВ В КРИСТАЛЛИЗАТОР МНЛЗ (№ С04)
М.А. Голенков – м.н.с. ЦНРС
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В работе описывается технология непрерывной разливки стали с вводом расходуемых макрохолодильников (тонкой стальной ленты) в жидкую лунку кристаллизатора с одновременным наложением на ленту ультразвуковых и низкочастотных колебаний. Это позволит уменьшить избыточный перегрев стали в кристаллизаторе, а также минимизировать степень осевой ликвации, осевой пористости и развитой столбчатой структуры. Разработана опытно-промышленная установка по вводу вибрирующей ленты, проведены экспериментальные плавки на ОАО «ММК», в ходе которых установлено снижение температуры медных стенок кристаллизатора на 5-100С. В настоящее время производится анализ макроструктуры и химический анализ отобранных темплетов.
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ СВАРНЫХ ТОЛСТОСТЕННЫХ ТРУБ И ПРИШЕЛЬФОВЫХ
СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ (№ С05)
М.А. Ефимов – м.н.с. ЦТСК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
1. Введена в эксплуатацию машина для механических испытаний Instron 8031 и модернизирована техника записи, позволяющая записывать усилие - прецизионную величину расхождения берегов усталостной трещины.
2. Проведены исследования по оценки трещиностойкости строительной стали S3 по договору с датской компанией DanSteel. Результаты подтвердили высокое сопротивление вязкому разрушению. Эти испытания позволили определить параметры δс в локальных зонах сварных соединений, а именно:
- зона крупного зерна (GCHAZ), температура > 1 100 oC, < 1 400 oC
- зона межкритических температур нагрева (ICHAZ), температура > Ac1, < Ac3
- зона субкритических температур (SCHAZ), температура < Ac1
3. По методике ЦНИИчермет с использованием техники имитационных сварочных нагревов выявлена взаимосвязь микроструктуры с параметром CTOD.
4. Параметры CTOD позволяют производить расчеты конструктивной надежности сварных труб и конструкций и определять критические размеры трещины перед началом разрушения конструкции. Параметр CTOD является основой для проведения расчета механики разрушения.
5. Испытания CTOD позволяют оценить взаимосвязь микроструктуры и надежности стали с позиции механики разрушения.
КОМПЛЕКСНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛЕЙ ПОВЫШЕННОЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ (№ С06)
А.В. Завьялов – м.н.с. ЦФМК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
Комплексное исследование структуры и свойств (механических и коррозионных) установочной партии проката из стали 20-КСХ. Совершенствование оптимальных параметров технологии производства стали 20-КСХ для труб нефтепромыслового сортамента
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРОИЗВОДСТВА СВЕРХНИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
С 1 ГРУППОЙ ОТДЕЛКИ ПОВЕРХНОСТИ (№ С07)
Н.А. Карамышева – м.н.с. ЦФМК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В докладе приведены результаты исследования сверхнизкоуглеродистой стали 01ЮТ высокопластичной с высокой штампуемостью, так называемой IF-стали (interstitial free без примесей внедрения), легированной сильными карбидообразующими элементами (Ti, Nb, V, Zr).
Проведено исследование природы поверхностных дефектов на холоднокатаном прокате из стали 01ЮТ. Исследованы механизмы образования дефектов типа «плен» на поверхности холоднокатаного проката.
Установлены технологические параметры, которые на сегодняшний день контролируют уровень отсортировки холоднокатаного проката по дефектам поверхности.
Разработаны технологические рекомендации для снижения отсортировки проката по дефектам поверхности сталеплавильного происхождения (плена, неметаллические включения).
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ ВЫДЕЛЕНИЯ NBC В IF-СТАЛИ (№ С10)
А. Колдаев – м.н.с. ЦФМК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
Создана программа моделирующая изотермическую кинетику выделения карбида ниобия в низкоуглеродистых с талях. Программа использует положения классической теории зарождения и роста и учитывает явления коалесценции. Используя эту модель возможно оценить эффект технологических параметров процесса смотки на полноту стабилизации углерода в IF сталях.
ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОТОПОГРАФИИ ПОВЕРХНОСТИ ОЦИНКОВАННОГО ПРОКАТА ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЛИСТУ ДЛЯ ЛИЦЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ КУЗОВА АВТОМОБИЛЕЙ (№ С11)
А.А. Громова – м.н.с. НТПП
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
Развитие автомобилестроения в России требует организации производства отечественного автолиста, около половины которого, используется для лицевых деталей кузова, для которых необходим особый уровень микротопографии поверхности и полное исключение поверхностных дефектов.
Решающее влияние на микротопографию поверхности горячеоцинкованных полос оказывает дрессировка.
На приборе HOMMEL TESTER W55 была изучена взаимосвязь микротопографии поверхности рабочих валков дрессировочного стана, установленного в линии горячего цинкования на ОАО «ММК» и микротопографии поверхности горячеоцинкованного листа.
В качестве основных характеристик микротопографии поверхности использовались: амплитудный (Ra) и частотный (RPc) параметры профиля шероховатости, значения которых регламентируется ведущими автомобильными фирмами.
Показано, что амплитудный параметр (Ra) поверхности валков и полосы за период компании длительностью 5 тыс.т изменялся достаточно плавно и незначительно (снижение Ra валков составило 25 %, а полосы – 15 %) при некотором увеличении коэффициента отпечатываемости (с 34 до 44 %).
Частотный параметр (RPc – плотность пиков) в поперечном направлении практически не изменялся, а в продольном уменьшался (на 15 %) и, причем более интенсивно во второй половине компании.
Приведенные результаты показывают возможность получения качественной топографии оцинкованного автолиста на рабочей компании длительностью не менее 1 тыс.т.
СИСТЕМА НАРУЖНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
РОЛИКОВ МНЛЗ (№ С12)
И.В. Кушнерев – м.н.с. ЦНРС
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
Ролики работают в тяжелых условиях, контактируя с раскаленной поверхностью слитка. Ресурс роликов невелик и в значительной мере определяется наружным охлаждением за счет попадания на них части воды. Так же с помощью наружного охлаждения дополнительно осуществляется вторичное охлаждение слитка путем контакта его влажными роликами.
Разработаны специальные форсунки и опробованы специальные режимы охлаждения роликов, учитывающие работу системы при переходных режимах разливки (смена стакана и т.д.).
Применение системы наружного охлаждения роликов способствует повышению стойкости роликов при гарантированном обеспечении качества слитка.
АНАЛИЗ РАБОТЫ ШЛАКООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МНЛЗ (№ С13)
И.В. Лебедев – м.н.с. ЦНРС
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В рамках данной работы проведено исследование физико-химических свойств шлакообразующих смесей для кристаллизатора, используемых на литейно-прокатном комплексе ОАО «ОМК-Сталь».
Основными параметрами ШОС, влияющими на разливаемость стали и качество стальной продукции являются вязкость, характерные температуры (температура деформации, температура начала плавления и температура растекания), время плавления и теплопроводность. Для понимания влияния указанных физических характеристик ШОС на разливаемость стали и качество стальной продукции рассмотрен процесс работы ШОС на мениске металла в кристаллизаторе.
Создана математическая модель, позволяющая определить возможность применения ШОС в конкретных условиях непрерывной разливки стали.
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, КОНТРОЛИРУЮЩИХ КОРРОЗИОННУЮ СТОЙКОСТЬ АВТОЛИСТОВЫХ СТАЛЕЙ (№ С14)
М.Е. Марзоева – м.н.с. ЦФМК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
На основе анализа результатов комплексных коррозионных испытаний микролегированных автолистовых сталей установлены факторы, контролирующие их коррозионную стойкость.
Показана целесообразность оптимизации химического состава стали, в частности ограничения верхнего предела содержания кремния. Оптимальное структурное состояние с точки зрения обеспечения наиболее высокой коррозионной стойкости обеспечивается в случае присутствия в стали выделений карбидов, карбонитридов, других избыточных фаз сравнительно больших (0,1-0,5 мкм) размеров, приводящих к упрочнению стали по механизму измельчения зерна, и, по возможности предупреждения выделения большого количества мелкодисперсных (наноразмерных) частиц карбонитридов, вызывающих дисперсионное твердение. Это достигается путем выбора химического состава и температурно-деформационного режима обработки стали.
Обязательным условием обеспечения высокой коррозионной стойкости микролегированных автолистовых сталей является обеспечение низкого содержания коррозионно-активных неметаллических включений (КАНВ), что достигается обоснованным выбором параметров технологии ковшовой обработки, непрерывной разливки стали.
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ТОЛСТОСТЕННЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА
ПРИ НАГРУЖЕНИИ ГИДРОСТАТИЧЕСКИМ
ДАВЛЕНИЕМ (№ С15)
К.Ю. Ментюков – м.н.с. ЦТСК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В работе исследован процесс гидростатического нагружения бесконечных труб из сталей класса прочности К56, К60 и К65 диаметром 1420 мм и 1020 мм, толщиной стенки 23; 27,7 и 33,4 мм. Решение задачи проводилось методом конечных элементов в среде конечно элементного пакета ANSYS 5.6.
По результатам расчета можно сделать следующий выводы:
- трубы из сталей К56 и К60 выдерживают большие деформации перед разрушением, чем трубы из стали К65, несмотря на то, что механические свойства сталей К56 и К60 ниже чем у стали К65.
- расчетные значения прочности оказались близки к значениям, полученным при натурных испытаниях труб.
- расчеты методом конечных элементов и натурные испытания труб показывают, что достигаемая пластичность металла в трубопроводах оказывается гораздо ниже чем пластичность, определяемая при одноосном растяжении.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ ПОСЛЕДЕФОРМАЦИОННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НА СКЛОННОСТЬ К ДЕФОРМАЦИОННОМУ СТАРЕНИЮ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ (№ С16)
А.Р. Мишетьян– м.н.с. ЦТСК
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»
В процессе изготовления электросварных труб металл подвергается деформации. Кроме того, при эксплуатации трубы подвергаются перепадам давления, температур, динамическим и статическим нагрузкам. В данных условиях возникает возможность протекания в металле деформационного старения, которое приводит к повышению сопротивления движению дислокаций и, следовательно, появлению в металле остаточных микронапряжений. Вследствие этого, в ходе эксплуатации труб уменьшается возможность релаксации локальных напряжений в вершине дефектов, которые присутствуют на поверхности листа (трещины), что повышает склонность металла трубы к хрупкому разрушению.
В данной работе представлено исследование влияния условий последеформационного охлаждения на склонность к деформационному старению проката из низколегированных сталей, предназначенного для изготовления труб большого диаметра.