Автореферат магистерской работы Конаревой С.В.

магистра физико-металлургического факультета 

Руководитель - д.т.н., профессор Горбатенко В.П.

ВВЕДЕНИЕ

3. Влияние исходного состояния на структуру стали 20Х после ХТО

Введение

 Прессформи, которые предназначены для прессования огнеупорных изделий из шамота, по праву можно отнести к высокотехнологичной и наукоёмкой продукции. Приходится решать очень сложные задачи. Причем не только технологического характера, а часто и достаточно противоречивые.

         С развитием промышленности растет и спрос на огнеупорные изделия. Потребности на прессформи и, понятно, на стали для их производства все время растет. Поэтому необходима дешевая и менее металлоёмкая продукция. С другой стороны, нужно обеспечить надежность работы в условиях длительной эксплуатации.

1.  Металлургическое качество сталей, используемых для прессформ при прессования огнеупорных изделий

   В последнее время Красногоровский завод огнеупорных изделий из шамота использует плиты, изготовленные из стали 20Х, которые подвергают химико-термической обработке – цементации в твердом карбюризаторе с последующей упрочняющей термической обработкой. Такой обработкой является закалка преимущественно с цементационного нагрева с последующим низким отпуском. Плиты из стали 20Х после такой обработки используют вместо более дорогой высокохромистой стали Х12.

         В настоящее время поставщиками листа разной толщины из стали 20Х является металлургический комбинат “Азовсталь" и "Алчевский металлургический комбинат”. В связи с этим в работе выполнен сравнительный анализ качества листов этих двух производителей с использованием образцов металла, отобранных в условиях Красногоровского завода огнеупорных материалов.

         Сталь производства АМК характеризуется большей концентрацией серы, что приводит к более высокой ее загрязненности неметаллическими включениями, прежде всего сульфидами, а также наличием зон, загрязненных серой, на сернистых отпечатках

         В металле производства МК “Азовсталь” повышенная концентрация серы определялась преимущественно в осевой зоне листа. Результаты выполненного металлографического анализа говорят о том, что листы производства МК “Азовсталь” были подвергнуты контролируемой прокатку с ее окончанием при достаточно низкой температуре. Это вызвало формирование полосчатой структуры, которая состоит из чередующихся полос феррита и перлита.

         Структура стали 20Х производства АМК в состоянии поставки, может считаться даже более желаемой по сравнению с металлом производства МК “Азовсталь”, но в этой стали присутствует очень большое количество пор и высокая загрязненность неметаллическими включениями. Можно сказать, что повышенная пористость металла и в некоторой степени высокая загрязненность сульфидами является основными причинами неблагоприятного характера излома образцов-свидетелей как после одинарной закалки с цементационного нагрева, так и после их повторной закалки.

  2.  Влияние цементации и режима термической обработки 

на структуру и свойства стали 20Х

 Плиты прессформ работают в условиях абразивного износа под воздействием материалов огнеупорных изделий, которые прессуют  без заметных ударных нагрузок, поэтому особенных требований к структуре металла сердцевины плиты, и в первую очередь к получению мелкозернистой структуры, не предъявляют. Согласно действующим требованиям, необходима высокая твердость поверхностного слоя плит (не менее 59НRС), которая должна обеспечить необходимую износостойкость материала прессформ.

         Исследование выполняли в направлении изучения влияния температуры подстуживания после цементации при закалке с цементационного нагрева, а также влияния двойной закалки (первая – с цементационного нагрева, вторая – с отдельного нагрева). При этом цементацию выполняли  по режиму, используемому на заводе, без существенного изменения ее параметров.

        Глубина цементованного слоя плит отвечает требованиям, причем на плитах из листа производства МК "Азовсталь" глубина цементованного слоя больше, чем из листа производства АМК. Следует отметить о получение разной глубины цементованного слоя с разных сторон образцов-свидетелей (этого можно ожидать и непосредственно на плитах). Так, например, в образце из листа МК "Азовсталь" толщиной 22 мм общая глубина цементованного слоя с одной стороны листа достигала 3 мм при глубине высокоуглеродистой зоны (заэвтектоидная и эвтектоидная зоны) 1¼1,1 мм, а с противоположной стороны листа общая его глубина  составляла 2,2-2,4 мм при глубине высокоуглеродистой зоны 1-1,1 мм

         В образце-свидетеле из листа производства АМК общая глубина цементованного слоя с одной стороны листа составляла всего 1,5-1,6 мм (при глубине высокоуглеродистого слоя 0,6-0,8 мм), а с другой стороны листа – превысила 3,5 мм (глубина высокоуглеродистой зоны больше 2 мм). Причиной неоднородного насыщения образцов может быть нерациональная укладка плит (образцов) в ящике для цементации.

         В приповерхностном слое формируется структура  мартенситного типа, но сквозной прокаливаемости на мартенсит по сечению образцов не наблюдается. Уже на расстоянии 3-4 мм от поверхности листа производства МК “Азовсталь” формировалась структура преимущественно бейнитного типа, а в середине сечения выявляли смешанную структуру феррита и бейнита или даже феррита, бейнита и перлита.

         Для листов производства АМК характерные большие значения прокаливаемости на мартенсит, чем для стали производства МК “Азовсталь”, что может быть связано с влиянием исходной структуры стали. Выполнение закалки с отдельного нагрева, а также двойной закалки приводит к повышению твердости поверхностного слоя, измельчению структуры сердцевины .

Результаты рентгеноструктурних исследований позволяют допустить, что основной причиной снижения твердости стали, закаленной с цементационного нагрева может быть повышенное количество остаточного аустенита. Так, по результатами расчетов, количество остаточного аустенита в приповерхностном слое составляло 41%. Такое количество остаточного аустенита считается великоватым для стали 20Х после цементации.

         Известно, что значительное влияние на конечную структуру стали имеет исходная структура аустенита, поэтому в работе исследовано изменение размера исходного зерна аустенита в зависимости от режимов химико-термической обработки и толщины листа.  

  3. Влияние исходного состояния на структуру стали 20Х после ХТО

 Как было отмечено в предыдущем разделе, исходное состояние стали, обусловленное разницей в технологии производства листов на комбинатах “Азовсталь” и АМК, влияет на структуру и свойства стали 20Х после ХТО плит. Для металла производства  АМК характерно формирование более мелкого зерна аустенита, даже после закалки с цементационного нагрева. В отличие от металла производства МК “Азовсталь" двойная закалка плит из листов производства АМК приводила к измельчению структуры аустенита. Наиболее мелкозернистый аустенит с однородными по размеру зернами, как выходит из полученных данных, получали после закалки с отдельного нагрева в случае медленного охлаждения после цементации. Следует отметить, что сталь производства МК “Азовсталь” в исходном состоянии характеризуется наличием структурной полосчатости характерной для металла после контролируемой прокатки. С целью дополнительной оценки влияния исходного состояния на структуру стали 20Х после ХТО выполнили два режима предварительной термической обработки перед цементацией: предварительный отжиг и предварительная закалка. Анализ микроструктурных исследований свидетельствует о том , что невзирая на достаточно длительное время выдержки при цементации, исходная структура стали после предварительной термообработки значительно влияет на конечную ее структуру.

Так, в цементованном слое образцов, после предварительного отжига формируется структура крупноигольчатого мартенсита. После предварительной закалки мартенсит был более мелким, что обеспечивало получение более высоких значений твердости (61 – 61 HRC по сравнению с 59 – 60 после предварительного отжига).

         Предварительная термическая обработка способствовала повышению прокаливаемости стали. Внутри по толщине листа формируется структура бейнитного типа с небольшим количеством структурно свободного феррита. Это обеспечивает твердость сердцевины на уровне 57 – 58 HRC после предварительной закалки.

         Таким образом, результаты выполненных исследований свидетельствуют о том, что исходное состояние металла, которое  обусловлено условиями его производства и предварительной термической обработкой, в значительной степени влияет на структуру и свойства стали после химико-термической обработки изделий. Такой эффект наблюдается невзирая на то, что плиты для прессформ для производства огнеупорных изделий поддаются длительной выдержке (10-12 часов при температуре 930-950^оС) во время цементации. Таким образом, предварительная подготовка структуры  стали может быть дополнительным фактором, который влияет на эксплуатационные свойства прессформ.

 Выводы

 Таким образом, результаты выполненных исследований свидетельствуют о том, что исходное состояние металла, обусловленное условиями его производства и предварительной термической обработкой, в значительной степени влияет на структуру и свойства стали после химико-термической обработки изделий. Такой эффект наблюдается невзирая на то, что плиты для прессформ для производства огнеупорных изделий поддаются длительной выдержке (10-12 часов при температуре 930-950^оС) во время их цементации. Таким образом, предыдущая подготовка структуры  стали может быть дополнительным фактором, который влияет на эксплуатационные свойства прессформ.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК