Автореферат магістерської роботи Конарєвої С.В.

магістра фізико-металургійного факультету 

Керівник - д.т.н., професор Горбатенко В.П.

3. Вплив вихідного стану на структуру сталі 20Х після ХТО

Вступ

 Пресформи, які призначені для пресування вогнетривких виробів із шамоту, по праву можна віднести до високотехнологічної і науковомісткої продукції. Приходиться вирішувати дуже складні задачі. Причому не тільки технологічного характеру, а часто і досить суперечливі.

         З розвитком промисловості зростає і попит на вогнетривкі вироби. Потреби на пресформи і, зрозуміло, на сталі для їх виробництва весь час зростає. Тому необхідна дешева і найменш металомістка продукція високопродуктивного масового виробництва. З іншого боку, потрібно забезпечити надійність роботи в умовах тривалої експлуатації.

1 Металургійна якість сталей, що використовуються для пресформ пресування вогнетривких виробів

   В останній час Красногорівський завод вогнетривких виробів з шамоту використовує плити, виготовлені зі сталі 20Х, які піддають хіміко-термічній обробці – цементації у твердому карбюризаторі з подальшою зміцнюючою термічною обробкою. Такою обробкою є гартування переважно з цементаційного нагріву з подальшим низьким відпуском. Плити зі сталі 20Х після такої обробки використовують замість большкоштовної високохромистої сталі Х12.

         В теперішній час постачальниками листа різної товщини зі сталі 20Х є металургійний комбінат “Азовсталь” та Алчевський металургійний комбінат. У зв’язку з цим у роботі виконаний порівнюючий аналіз показників якості металу листів цих двох виробників з використанням зразків металу, відібраних в умовах Красногорівського заводу вогнетривких матеріалів.

         Сталь виробництва АМК характеризується більшою концентрацією сірки, що приводить до більш високої її забрудненості неметалевими включеннями, перш на все сульфідами,а також наявністю зон, забруднених сіркою, на сірчастих відбитках

         У металі виробництва МК “Азовсталь” підвищена концентрація сірки визначалась переважно у вісьовій зоні листа. Результати виконаного металографічного аналізу говорять про те, що листи виробництва МК “Азовсталь” прокатані за технологією контрольованої прокатки з її закінченням при достатньо низькій температурі. Це викликало формування смугастої структури, яка складається з смуг фериту та перліту, які чергуют

         Структура сталі 20Х виробництва АМК у стані постачання, можливо, може враховуватися навіть більш бажаною в порівнянні з металом виробницства МК “Азовсталь”, але в цій сталі присутня дуже велка кількість пор та висока забрудненість неметалевими включеннями. Можна сказати, що підвищена пористість металу і в деякій мірі висока забрудненість сільфідами є основними причинами спостерігаємого несприятливого характеру ізлому зразків-свідків як після одинарного гартування з цементаційного нагріву, так і після їх повторного гартування.

 2. Вплив цементації та режиму термічної обробки 

на структуру властивості сталі 20Х

 Плити пресформ працюють в умовах абразивного зношення під впливом матеріалів вогнетривких виробів, що пресують  без помітних ударних навантажень, тому особливих вимог до структури металу серцевини плити, в перше чергу до отримання дрібнозернистої його структури, не пред’являють. Згідно з діючими вимогами, потрібна висока твердість поверхневого шару плит (не менше НRС59), що повинно забезпечити необхідну зносостійкість матеріалу пресформи.

         Дослідження виконували у напрямі вивчення  впливу температури підстужування після цементації при гартуванні з цементаційного нагріву, а також впливу подвійного гартування (перше – з цементаційного нагріву, друге – з окремого нагріву). При цьому цементацію виконували  за режимом, що використовується на заводі, без суттєвого змінення її парам.

        Глибина цементованого шару плит відповідає вимогам, причому на плитах з листа виробництва МК “Азовсталь” глибина цементованого шару більша, ніж з листа виробницства АМК. Слід відзначити, що отримання різної глибини цементованого шару з різних боків зразків-свідків (цього можна очікувати і безпосередньо на плитах). Так, наприклад, у зразку з листа МК “Азовсталь” товщиною 22 мм загальна глибина цементованого шару з боку однієї із поверхнь листа досягала 3 мм при глибині високовуглецевої зони (за структурою – заевтектоїдна та евтектоїдна зони) 1¼1,1 мм, а з протилежної поверхні листа загальна його глибина  становила 2,2…2,4 мм при глибині високовуглецевої зони 1…1,1 мм.

         У зразку-свідку з листа виробництва АМК загальна глибина цементованого шару зі сторони однієї з поверхнь листа становила усього 1,5…1,6 мм (при глибині високовуглецевого шару 0,6…0,8 мм), а з другого боку листа – перевищила 3,5 мм (глибина високовуглецевої зони більша ніж 2 мм). Причиною неоднорідного насичення зразків може бути нераціональна укладка плит (зразків) у ящику для цементаці

         В приповерхневому шарі формується структура  мартенситного типу, але наскрізної прогартовуваності на мартенсит по перерізу зразків не отримували. Вже на відстані 3…4 мм від поверхні листа виробництва МК “Азовсталь” формувалася структура переважно бейнітного типу, а в середині перерізу виявляли змішану структуру фериту та бейніту чи навіть фериту, бейніту та перліту.

         Для листів виробницства АМК характерні більші значення прогартовуваності на мартенсит, ніж на сталі виробництва МК “Азовсталь”, що може бути пов’язане з впливом вихідної структури сталі. Виконання гартування з окремого нагрівання , а також подвійного гартування приводить до підвищення твердості поверхневого шару, подрібнення структури серцевини .

Результати ренгеноструктурних досліджень дозволяють припустити, що основною причиною зниження твердості сталі, загартованої з цементаційного нагріву може бути підвищена кількість залишкового аустеніту. Так, за результатами розрахунків, кількість залишкового аустеніту в приповерхневому шарі складала 41%. Така кількість залишкового аустеніту вважається завеликою для сталі 20Х після цементації.

         Відомо, що значний вплив на кінцеву структуру сталі має вихідна структура аустеніту, тому в роботі досліджено змінення розміру вихідного зерна аустеніту в залежності від режимів хіміко-термічної обробки та товщини листа.   

 3. Вплив вихідного стану на структуру сталі 20Х після ХТО

 Як було відмічено у попередньому розділі, вихідний стан сталі, обумовлений різницею в технології виробництва листів на комбінатах “Азовсталь” та АМК, впливає на структуру та властивості сталі 20Х після ХТО плит. Для металу виробництва  АМК характерне формування більш дрібного зерна аустеніту, навіть після гартування з цементаційного нагріву. На відміну від металу виробництва МК “Азовсталь” подвійне гартування плит з листів виробництва АМК призводили до подрібнення структури аустеніту. Найбільш дрібнозернистий аустеніт з однорідними за розміром його зернами, як виходить з отриманих даних, отримували після гартування з окремого нагріву у разі повільного охолодження після цементації. Слід відзначити, що сталь виробництва МК “Азовсталь” у вихідному стані характеризується наявністю структурної смугастості характерної для металу контрольованої прокатки. З метою додаткової оцінки впливу вихідного стану на структуру сталі 20Х після ХТО виконали два режими попередньої термічної обробки перед цементацією: попередній відпал та попереднє гартування.        Аналіз мікроструктурних досліджень свдчить про те, що незважаючи на досить тривалий час витримки при цементації, вихідна структура сталі після попередньої термообробки значно впливає на кінцеву її структуру.

Так, в цементованому шарі зразків, після попереднього відпалу формується структура крупноголчастого мартенситу. Після попереднього гартування мартенсит був більш дрібним за будовою, що забезпечувало отримання більш високих значень твердості (61 – 61 HRC у порівнянні з 59 – 60 після попереднього відпалу).

         Попередня термічна обробка сприяла підвищенню прогартовуваності сталі у порівнянні з такою після цементації з вихідного гарячодеформованого стану. Всередині по товщині листа формується структура бейнітного типу з невеликою кількістю структурно вільного фериту. Це забезпечує твердість серцевини на рівні 57 – 58 HRC після попереднього гартування.

         Таким чином , результати виконаних досліджень свідчать про те, що іихідний стан металу, що обумовлений умовами його виробництва те попередньою термічною обробкою, в значній мірі впливає на структуру та властивості сталі після хіміко-термічної обробки виробів. Такий ефект спостерігається незважаючи на те, що плити для пресформ для виробництва вогнетривких виробів піддаються тривалій витримці (10-12 годин при температурі 930-950^оС) під час їх цементації. Таким чином, попередня підготовка структури  сталі може бути додатковим фактором, який впливає на єкстпуатаційні властивості пресформ. І цей нвпрям впливу потребує детальних досліджень.

 Висновки

 Таким чином , результати виконаних досліджень свідчать про те, що іихідний стан металу, що обумовлений умовами його виробництва те попередньою термічною обробкою, в значній мірі впливає на структуру та властивості сталі після хіміко-термічної обробки виробів. Такий ефект спостерігається незважаючи на те, що плити для пресформ для виробництва вогнетривких виробів піддаються тривалій витримці (10-12 годин при температурі 930-950^оС) під час їх цементації. Таким чином, попередня підготовка структури  сталі може бути додатковим фактором, який впливає на єкстпуатаційні властивості пресформ. І цей нвпрям впливу потребує детальних досліджень.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ