В настоящее время примерно 90% всей выплавляемой стали, а также цветных металлов и сплавов обрабатываются давлением. Прокатка - наиболее распространенный вид обработки металлов давлением. Прокатка наиболее часто делится на горячую и холодную и осуществляется в прокатных цехах. Известно, что современные станы имеют много клетей, которые подразделяются на черновые, промежуточные и чистовые. Каждый из типов клетей характеризуется своими особыми параметрами и, соответственно, их валки должны быть изготовлены из своего материала. Для изготовления валков черновых клетей обычно используют серые чугуны, чистовых - твердые сплавы, а для изготовления валков промежуточных клетей существует много марок сталей, различающихся в зависимости от производимой продукции. Широкое распространение в качестве материала для валков промежуточных клетей получили высокохромистые стали, характеризующиеся высокими износостойкостью и твердостью, достигаемых специальной термической обработкой. Изучению влияния термической обработки на структуру и свойства высокоуглеродистых хромоникелевых сталей посвящена данная магистерская работа.
Актуальность темы: исходя из неспособности чугунных валков работать в качестве материала валков промежуточной клети и нерентабельности установки валков из твердых сплавов из-за их высокой стоимости и быстрого износа, в отрасли существует проблема выбора материала, который бы мог обеспечить необходимые технологические свойства прокатных валков горячей прокатки.
Научная значимость работы: на данный момент свойства высокоуглеродистых хромоникелевых сталей исследованы слабо, точно не установлено совместное влияние никеля и хрома, нет данных относительно условий распада высоколегированного аустенита таких сталей при отпуске.
Практическая ценность результатов работы: при получении необходимых эксплуатационных и технологических свойств на данной стали в ходе термической обработки существует возможность практического применения такого материала в условиях реального прокатного производства.
Обзор исследований по теме в ДонНТУ: изучением свойств хромоникелевых сталей в ДонНТУ занимались проф. Горбатенко В.П., проф. Пашинский В.В., Горбатенко В.В.
Обзор исследований по теме в Украине: в Украине среди профильных ВУЗов данная тема затронута только сотрудниками ДонНТУ.
Обзор исследований по теме в мире: современных данных по исследованиям в данной области материаловедения в мире в свободном доступе не обнаружено, однако общие закономерности влияния хрома и никеля на структуру и свойства инструментальных сталей были затронуты неоднократно.
Исследования проводились на образцах из стали Х12Н4, вырезанных из валка для горячей прокатки арматуры и сортового проката. В качестве термообработки применялась закалка от 1100оС, длительность выдержки - 30мин. С последующим отпуском различной длительности. Охлаждение после отпуска проводилось на воздухе и в печи. Каждый этап термической обработки сопровождался измерением твердости по методу Роквелла по шкале С в соответствии с ГОСТ 9013. Исследование микроструктуры образцов после обработки производилось на микроскопе Neophot 21 при увеличениях х200, х500 и х1000. Для травления образцов применялся 30% водный раствор хлорного железа. Измерение твердости показало, что после закалки происходит некоторое повышение твердости по сравнению с исходными ее значениями. Характер влияния отпуска различной длительности при различных условиях охлаждения показан на рисунках 1 и 2.
Рисунок 1 - Влияние длительности отпуска с охлаждением на воздухе на твердость стали Х12Н4 после закалки
Рисунок 2 - Влияние длительности отпуска с охлаждением в печи на твердость стали Х12Н4 после закалки
Из приведенных данных видно, что однократный отпуск при охлаждении на воздухе приводит к снижению твердости относительно ее значений, полученных после закалки. При охлаждении в печи повышение твердости происходит при длительности отпуска 1 час. При этом структура имеет вид, представленный на рисунке 3.
Рисунок 3 - Структура стали Х12Н4 после закалки от 1100оС в масле и однократного отпуска при 600оС в течение 1 часа с охлаждением в печи, х500
Из рисунка 3 видно, что в ходе отпуска происходит частичный распад остаточного аустенита на мартенсит отпуска, имеющий четко выраженное игольчатое строение, также происходит выделение карбидов.
Проведенные исследования показали, что распад высоколегированного аустенита в хромоникелевой стали типа Х12Н4 происходит при отпуске с охлаждением в печи с длительностью 1 час, также происходит выделение карбидов, что сопровождается повышением твердости. В дальнейшем планируется исследование влияния двукратного отпуска на структуру и свойства такой стали.