Реферат за темою "Дослідження впливу вихідного стану на кінетику зростання зерна аустеніту при нагріванні сталі 10Г2ФБ"
Зміст
- Введення
- 1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД
- 1.1 Загальна характеристика процесів контрольованої прокатки листів.
- 1.2 Вплив умов нагріву на кінетику росту зерна аустеніту в конструкційних сталях.
- 1.3 Висновки та постановка цілей і завдань дослідження.
- 2.МАТЕРІАЛ І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
- 2.1 Матеріали для досліджень (хімічний склад сталі 10Г2ФБ, умови відбору зразків в литому стані і після контрольованої прокатки).
- 2.2Методіка обробки експериментальних даних.
- 3.Полученіе РЕЗУЛЬТАТИ І ЇХ АНАЛІЗ
- 3.1 Вивчення кінетики росту зерна аустеніту при нагріванні безперервнолитої сталі.
- 3.2 Вивчення кінетики росту зерна аустеніту при нагріванні стали контрольованої прокатки.
- 3.3 Порівняльний аналіз структурних змін, що відбуваються при нагріванні сталей різних структурних класів.
- ВИСНОВКИ
- СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
Введення
Сучасний рівень розвитку нафтогазового комплексу зумовлює високі вимоги, які пред'являють споживачі до якості і надійності трубної продукції. Постійне збільшення обсягів виробництва, в тому числі за рахунок освоєння нових регіонів промислового виробництва, суворі кліматичні умови, зниження температури експлуатації до (-40 - (-60)), забезпечення корозійної стійкості і надійності трубопроводів постійно збільшує рівень вимог до якості труб [1] . В якості вихідної заготовки для виробництва труб використовують листи з низьколегованих сталей в гарячекатаному стані, термооброблені після нормалізації, нормалізації з відпусткою або прокатані з контрольованим режимом з прискореним охолодженні або без нього. За способом виготовлення труби підрозділі на безшовні, зварені з поздовжнім швом і зварені зі спіральним швом. Сталь повинна задовольняти вимогам СНиП. Ставлення границі плинності до тимчасового опору розриву не повинно перевищувати 0,8 - для низьколегованих сталей. Метал труби не повинен мати тріщин, розшарувань, заходів та інших дефектів [2]. Для задоволення високих вимог газової промисловості до міцності, в'язкості і опору крихкому руйнуванню сталей, призначених для виготовлення труб великого діаметру, створені малоперлітние низьколеговані сталі, що володіють заданим комплексом властивостей. До таких сталей відносяться сталі 10Г2ФБ, 06Г2ФБ, 09Г2ФБ і інші [2]. Мета і актуальність виконаної роботи полягає в тому, щоб отримати більше даних про вплив параметрів нагрівання на розмір вихідного і дійсного зерна аустеніту сталі 10Г2ФБ.
1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД
1.1 Загальна характеристика процесів контрольованої прокатки листів
Контрольована прокатка - це оптимізований нагрів і прокатний процес, щоб забезпечити отримання дрібного ферритного зерна через дрібні рекрісталлізаціонниеаустенітние зерна, що утворилися під час гарячої прокатки в інтервалі середніх температур, і через деформацію аустеніту нижче температури рекристалізації, що підсилюють зародження феритних зерен [3].
На відміну від звичайних високоміцних сталей, які купують оптимальні властивості після нормалізації слідом за гарячою прокаткою, стали, які піддають термомеханічної прокатки, набувають їх при обробці під час нагрівання, прокатки й охолодження. Так як ці процеси не можна повторювати, їх необхідно строго контролювати, допускається відхилення від заданих параметрів у вузьких межах, щоб не знизити ефект термомеханічної обробки і якість продукції. При цьому прагнуть, щоб в металі відбулося утворення і гомогенізація аустеніту, необхідно розчинення мікролегірующіх елементів і часток, створених цими елементами, і не спостерігалося надмірне укрупнення зерна аустеніту [4].
Деформація при температурі вище 1000оС призводить до утворення великих рекристалізаційних зерен аустеніту, які при полиморфном перетворення утворюють грубу структуру фериту і структуру верхнього бейнита. При деформації в проміжному температурному діапазоні (від 1000оС до 900оС) аустеніт подрібнюється повторної рекристалізацією, в результаті утворюється дрібнозернистий ферит. Деформація нижче температури рекристалізації (нижче 900оС) сприяє отриманню дрібнозернистої структури ферит [5].
При контрольованій прокатці ??? - перетворення відбувається в кінці процесу деформації. Це досягається при певній температурі кінця прокатки. При здійсненні процесу контрольованої прокатки змінними параметрами слід вважати температуру нагрівання, температуру деформації, швидкість прокатки, кількість пропусків і тривалість пауз між ними, режими последеформірующего охолодження [6].
1.2 Вплив умов нагріву на кінетику росту зерна аустеніту в конструкційних сталях
Зародки аустеніту при нагріванні вище температури АС1 утворюються на кордонах розділу ферит - карбід. При такому нагріванні число зародків завжди досить велике і початкове зерно аустеніту дрібне. Чим вище швидкість нагрівання, тим менше зерно аустеніту, так як швидкість утворення зародків вище, ніж швидкість їх росту. При подальшому підвищенні температури або збільшенні тривалості витримки при даній температурі відбувається збірна рекристалізація і зерно збільшується. Зростання зерна аустеніту відбувається спонтанно і викликається прагненням системи до зменшення вільної енергії внаслідок скорочення поверхні зерен. Зерно зростає в результаті збільшення одних зерен за рахунок інших, більш дрібних, а отже, термодинамічно менш стійких.
Розмір зерна, що утворився при нагріванні до заданої температури, природно, не змінюється при подальшому охолодженні.
Здатність зерна аустеніту до зростання неоднакова навіть у сталей одного марочного складу внаслідок впливу умов їх виплавки.
За схильності до зростання зерна розрізняють два граничних типу сталей: спадково дрібнозернисті і спадково-грубозернисті.
У спадково-дрібнозернистої сталі при нагріванні до високих температур (1000-1050 ° С) зерно збільшується незначно, проте при більш високому нагріванні настає бурхливий ріст зерна. У спадково грубозернистої стали, навпаки, сильне зростання зерна спостерігається навіть при незначному перегрів вище АС1.
Різна схильність до зростання зерна визначається умовами розкислення сталі і її складом.1.3 Висновки та постановка цілей і завдань дослідження
Вже згадана в роботі сталь 10Г2ФБ знаходять широке застосування, як трубної сталі. На даний момент в літературі є недостатня кількість даних про вплив параметрів нагрівання на розмір вихідного і дійсного зерна аустеніту багатьох трубних марок сталей, в тому числі і залежно від їх вихідного стану.
Метою виконання кваліфікаційної роботи є виконання порівняльних досліджень зміни структури аустеніту при високотемпературному нагріванні безперервнолитої сталі 10Г2ФБ і цієї стали після контрольованої прокатки.
Завдання дослідження:
1) пошук методів виявлення вихідного зерна аустеніту сталейнепреривнолітих і після котроліруемой прокатки;
2) вивчення зміни структуриаустенітанепреривнолітой стали 10Г2ФБ в разі нагрівання до температур 900-1100оС з витягами 15, 30, 60, 90 хвилин;
3) вивчення зміни структуристалі після контрольованої прокатки 10Г2ФБ в разі нагрівання до температур 900-1100 ° С з витягами 15, 30, 60, 90 хвилин;
2. МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1 Матеріали для досліджень
Дослідження виконані на сталі 10Г2ФБ в литому стані і після контрольованої прокаткі.Хіміческій складу якої наведено в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1 - Хімічний склад сталі 10Г2ФБ, в% [14].
C Si Mn Ni S p Cr V N Nb Ti Al Cu 0,09-
0,120,15
0,351,55-
1,75до
0,3до
0,006до
0,02до
0,30,09-
0,12до
0,0120,02
0,040,01
0,0350,02
0,05до
0,3Перед початком досліджень стали попередньо були порізані за допомогою ножевкі на рівні зразки. Розміри зразків- сталь 10Г2ФБ в литому стані-10× 10× 9; сталь 10Г2ФБ після контрольованої прокатки -16× 13× 2. Всього було досліджено 24 зразки, по 12 для кожного вихідного стану. Кoжний образець нагрівали до температур 900° С 1000° С, 1100 ° С, витримка становила 15, 30, 60 і 90 хвилин. По закінченню нагрівання вони охолоджувалися в воді. В результаті отримали зерно аустеніту різного розміру.
2.2 Методика виявлення та оцінки розміру вихідного аустенітного зерна
Після закінчення термічної обробки мікрошліф виготовляли в кілька етапів: зразки шліфували на абразивному колі для вимірювання твердості. Після вимірювання твердості здійснювали підготовку мікрошліфів шляхом шліфування зразків на абразивних шкурках різної зернистості, послідовно шліфуючи поверхневий шар до моменту видалення слідів від попередньої шкурки зі зміною напрямку шліфування на 90°С. Полірування поверхні зразків виробляли в два етапи: в першу чергу на полірувальний круг з використанням сукна і суспензії оксидом хрому. Далі зразок промивали водою і полірували на сукні з додаванням суспензії окису хрому, зі зміною напрямку полірування на 90°С. Після полірування зразки промивали водою, потім знежирюють тампоном, змоченим в спирті, і сушили фільтрувальної папером
Після перегляду нетравленний шлифа для більш повного вивчення структури сплаву шліф травлять. Існує кілька методів травлення, що розрізняються по впливу на поверхню металу [15].
Для виявлення структури сталей, були випробувані наступні травители:
- травитель №1: насичений водний розчин пікринової кислоти з додаванням поверхнево-активних речовин (рідке мило);
- травитель №2: «царська водка» (3 обсягу hNO3 + 1 обсяг hCl);
- травитель №3: насичений водний розчин пікринової кислоти з додаванням поверхнево-активних речовин (шампунь); - травитель №4: 50% H2O+50%HNO3.
В результаті експерименту було обрано такі травители:
- для безперервнолитої сталі 10Г2ФБ - насичений водний розчин пікринової кислоти з додаванням поверхнево-активних речовин - шампунь.
- для сталі 10Г2ФБ після контрольованої прокатки - насичений водний розчин пікринової кислоти з додаванням поверхнево-активних речовин - рідке мило.
Насичений водний розчин пікринової кислоти з додаванням поверхнево-активних речовин підігрівали, для того, щоб швидше йшла реакція травлення. Розчин, в якому знаходилися зразки зі сталі 10Г2ФБ періодично змінювався, відбувалася реакція окислення поверхневих шарів, він ставав темним.
Час витримки зразків з безперервнолитої сталі 10Г2ФБ в водному розчині пікринової кислоти становить 15 ... 20 хвилин.
Час витримки зразків зі сталі 10Г2ФБ після контрольованої прокатки в водному розчині пікринової кислоти становить 13 ... 18 хвилин.
Дослідження мікроструктури проводили з використанням металографічних мікроскопів «Neophot-21» і МІМ-7. Визначення середнього розміру зерна проводили з використанням фотографій мікроструктур, знятих при збільшенні 500 і 200 крат з використанням методу січних.
Вимірювання проводили в трьох характерних полях зору - в кожному проводили по три січних.
Контроль твердості проводили за допомогою твердоміра Роквелла ТК - 2М за шкалою «С».
Для шкали «С» використовували алмазний конус при навантаженні 150кгс. На кожному зразку робили не менше 3-х вимірів і розрахували середнє значення.
3. ОТРИМАНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ЇХ АНАЛІЗ
3.1 Вивчення кінетики росту зерна аустеніту при нагріванні безперервнолитої стали
Дослідження кінетики зростання зерна аустеніту проводили на 12 зразках з безперервнолитої сталі 10Г2ФБ. Отримані результати зміни інтервалів і середні значення розміру вихідного аустенітного зерна стали 10Г2ФБ занесені в таблицю 3.1
Таблиця 3.1 - Інтервали зміни і середні значення розміру вихідного аустенітного зерна безперервнолитої сталі 10Г2ФБ в залежності від температури нагріву і тривалості витримки
Температура нагріву, °С Тривалість витримки, хв Середній розмір зерна, мкм № зерна 900 15 11,16-17,44/13,9 9 900 30 12,24-17,26/14,67 9 900 60 16,37-20,71/17,27 8 900 90 19,87-23,93/21,67 7 1000 15 15,5-20,08/17,63 8 1000 30 17,55-18,81/18,04 8 1000 60 21,08-24,52/23,1 7 1000 90 16,49-20,86/18,35 8 1100 15 19,37-23,6/21,52 7 1100 30 24,59-29,29/26,85 7 1100 60 27,13-34,87/31,27 6 1100 90 40,52-53,87/49,96 6 3.2 Вивчення кінетики росту зерна аустеніту при нагріванні стали контрольованої прокатки
Дослідження кінетики зростання зерна аустеніту проводили на 12 зразках стали контрольованої прокатки. Отримані результати зміни інтервалів і середні значення розміру вихідного аустенітного зерна стали 10Г2ФБ занесені в таблицю 3.2
Таблиця 3.2 - Інтервали зміни і середні значення розміру вихідного аустенітного зерна стали контрольованої прокатки 10Г2ФБ в залежності від температури нагріву і тривалості витримки
Температура нагріву,°С Тривалість витримки, хв Середній розмір зерна, мкм № зерна 900 15 11,16-17,44 / 13,9 9 900 30 12,24-17,26 / 14,67 9 900 60 16,37-20,71 / 17,27 8 900 90 19,87-23,93 / 21,67 7 1000 15 15,5-20,08 / 17,63 8 1000 30 17,55-18,81 / 18,04 8 1000 60 21,08-24,52 / 23,1 7 1000 90 16,49-20,86 / 18,35 8 1100 15 19,37-23,6 / 21,52 7 1100 30 24,59-29,29 / 26,85 7 1100 60 27,13-34,87 / 31,27 6 1100 90 40,52-53,87 / 49,96 6 3.3 Порівняльний аналіз структурних змін, що відбуваються при нагріванні сталей з різним вихідним станом
Вивчення кінетики росту зерна аустеніту трубних сталей представляє не тільки наукових, але і практичний інтерес. Сталь марки 10Г2ФБ є однією з найбільш використовуваних сталей, що застосовуються для виготовлення труб великого діаметра для магістральних трубопроводів.
Товстий лист для виготовлення труб прокочують з безперервнолитих слябів, нагрітих під прокатку до 1100-1200°С. В процесі нагрівання відбувається зміна структури аустеніту, перш за все зростання його зерна, що впливає на зміну його структури при подальшій прокатці, а також на кінцеву структуру і властивості стали в готових аркушах. Тому становить інтерес вивчення зміни структури аустеніту при нагріванні зразків, вирізаних з безперервнолитого сляба.
Листи з безперервнолитих слябів прокочують по технології контрольованої прокатки, а труби з них виробляють формуванням з подальшим з'єднанням країв електродугової зварюванням. У процесі зварювання відбувається розігрів околошовной зони зварного шва до високих температур з отриманням при цьому аустенитной структури в зоні певної ширини. Температура стали в цій зоні поступово знижується в міру віддалення від зварного шва. Тому отримання інформації про зміну структури аустеніту, отриманого в результаті нагрівання стали контрольованої прокатки, в залежності від умов нагрівання також може представляти практичний інтерес.
З іншого боку, різні з'єднувальні елементи для трубопроводів (Муфти, куточки тощо.) Виготовляють із аркушів цій же стали із використанням зварки і механічної обробки, а потім піддають їх термічній обробці - Нормалізації або загартуванню з високотемпературним відпуском. Такими ж видами термічної обробки піддають і листи контрольованої прокатки, які за результатами механічних випробувань не відповідають умовам поставки. При виконанні такої термічної обробки тривалість нагрівання виробів знаходиться в межах вивчених в даній роботі витягів. Тому вивченні впливу параметрів термічної обробки на зміну структури аустеніту сталей 10Г2ФБ в стані після контрольованої прокатки також становить практичний інтерес.
Порівняльний аналіз результатів зміни розмірів аустенітного зерна в залежності від параметрів нагріву безперервнолитої сталі і стали після контрольованої прокатки дозволяє виявити ряд особливостей.
Першою особливістю є те, що зерно аустеніту стали контрольованої прокатки при всіх досліджених режимах подальшої термічної обробки залишається помітно більш дрібним, ніж в безперервнолитої сталі. З огляду на те, що сталь 10Г2ФБ є спадково-дрібнозернистої завдяки мікролегуванням її ванадієм і ніобієм, можна припустити, що збереження дрібнішого зерна аустеніту в сталі контрольованої прокатки обумовлено наявністю більшої кількості дисперсних частинок карбідів цих елементів (NbC, VC) в порівнянні з непреривнолітойсталью, в которойетікарбідибудуткрупнее, і іхколічество - менше.Карбіди, карбонітриди і нітриди, розташовуючись по граніцамзеренаустеніта, являються бар'єрами, що перешкоджають зростанню його зерна [7].
Гаряча пластична деформація, особливо в режимі контрольованої прокатки, стимулює виділення цих частинок з аустеніту в дефектних місцях, тим самим збільшуючи їх кількість.
Другою особливістю поведінки стали з різним вихідним станом є відмінність в характері зміни середнього розміру вихідного аустенітного зерна в залежності від параметрів нагріву.
У стали контрольованої прокатки спостерігали в основному відомий з літератури характер зміни розміру аустенітного зерна: підвищення температури нагріву і збільшення тривалості витримки призводить до збільшення середнього розміру зерна аустеніту в результаті розвитку збиральної рекристалізації.
При цьому відмінності в розмірах зерна в залежності від тривалості витримки при температурі 900°С і 1000°С можна вважати відносно не великими: середні розміри зерен змінювалися в межах від 13,9 до 18,35 мкм при 900оС і від 18 до 23,1 мкм при 1000оС. При температурі нагріву 1100°С ці відмінності були більш значними: від 21,5 до 51 мкм. У разі вихідної безперервнолитої стали інтенсивне зростання аустенітного зерна з підвищенням температури нагріву спостерігали лише в разі найбільш тривалої витримки - 60 і 90 хвилин.
У разі більш коротких витримок - 15 і 30 хвилин - середній розмір вихідного аустенітного зерна з підвищенням температури нагріву змінювався у відносно невеликих межах: від 30 до 33,4 мкм при витримці тривалістю 15 хвилин і від 28 до 33 мкм при витримці тривалістю 30 хвилин.
Отже при таких витягах можна не побоюватися перегріву сталі 10Г2ФБ.
Таким чином, при призначенні режиму термічної обробки слід враховувати вихідний стан сталі. Нагрівання як литий, так і деформований стали аж до 1000°С в разі тривалості витримки до 30 хвилин забезпечує отримання дрібнозернистої структури аустеніту: середній розмір вихідного аустенітного зерна не перевищує 15-20 мкм для вихідного деформованого стану і 30-35 мкм для вихідного литого стану.ВИСНОВКИ
В роботі вивчено вплив вихідного стану на кінетику росту зерна аустеніту при нагріванні сталі 10Г2ФБ при зміні температури нагріву в межах 900-1100°С і тривалості витримки в межах 15-90 хвилин.
Встановлено, що в безперервнолитої сталі10Г2ФБ зерно аустеніту починає інтенсивно рости при температурі 1000°С, починаючи з 60 хвилин витримки.В сталі 10Г2ФБ після контрольованої прокатки помітне зростання аустенітного зерна спостерігали також при температурі 1100°С, починаючи з витримки тривалістю 60 хвилин. Однак безперервнолита сталь в порівнянні зі сталлю після контрольованої прокатки проявила більш помітну тенденцію до зростання зерна твердого розчину.
Отже, можна вважати, що безперервнолита сталь виявляється більш схильною до зростання зерна аустеніту в порівнянні зі сталлю після контрольованої прокатки.
Виявлено такі особливості в кінетиці зростання зерна аустеніту в залежності від вихідного стану стали:
- менша схильність стали контрольованої прокатки до зростання зерна аустеніту при нагріванні в порівнянні з безперервнолитої сталлю;
- в стали контрольованої прокатки збільшення середнього розміру зерна аустеніту спостерігається закономірно як з підвищенням температури нагріву, так і зі збільшенням тривалості витримки;
- в безперервнолитої стали інтенсивне зростання зерна аустеніту з підвищенням температури нагріву спостерігали лише при тривалій витримці - 60 і 90 хвилин: при тривалості витримки до 30 хвилин середній розмір вихідного зерна аустеніту з підвищенням температури нагріву від 900 до 1100°С змінювався у відносно невеликих межах (3-5 мкм).В роботі були розроблені заходи щодо забезпечення безпечної роботи при використанні обладнання для термічної обробки, а також заходи з охорони навколишнього середовища. Виконано техніко-економічне обґрунтування використання більш ефективної марки стали для виготовлення виробів, що працюють при високих температурах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Смирнов Л.А. Качество толстых листов категории Х60 из стали, микролегированной ванадием / Л.А. Смирнов, Б.З. Беленький, С.К. Носов и др. // Сталь. – 2004. - №2. - С. 44-47.
2. Белосточный В.В. Изменение свойств металла при переделештрипс – электросварная труба/ В.В.Белосточный, И.А. Левтерова, А.В. Мурашник,Т.В.Белосточная // Металл и литье Украины. – 2007. - №1-2. – С. 57-59.
3. Матросов Ю.И., Сталь для магистральных газопроводов./Ю.И.Матросов, Д.А. Литвиненко, С.А. Голованенко- Москва:Металлургия, 1989. - 288 с.
4. Баранов А.А. Проблемы совмещения горячей деформации и термической обработки стали / А.А. Баранов, А.А. Минаев, А.Л. Геллер, В.П. Горбатенко – Москва:Металлургия, 1985. – 130 с.
5. Отана Х. Разработка высокопрочных сталей для труб классов Х70-Х100/ Х.Отана // Стали для газопроводных труб и фитингов. Труды конференции.под ред. Рудченко. – Москва: Металлургия, 1985. – 480 с.
6. Александров С.В.Влияние марганца и ниобия на свойства низколегированных сталей. / С.В.Александров//Металловедение и термическая обработка металлов. – 2005. - №11. – С. 17-21.
7. Исследование карбидов ниобия и ванадия в микролегированной конструкционной стали / В.И. Большаков, Г.Д. Сухомлин, Т.И. Эписьери др. // Сб. научных трудов. Вып 45, ч. 2. – Днепропетровск, ПГАСА, 2008. -204 с.
8. Большаков В.И. Карбидообразование и упрочнение строительных сталей с ванадием./ В.И. Большаков,Х.А. Аскеров // Перспективные задачи инженерной науки. – GAYDEMUS 2001: Днепропетровск.- С.115
9. Аскеров Х.А.Особенности выделения карбидной фазы при термомеханической обработке строительных сталей/ Х.А. Аскеров // Сб. научных научных трудов. Вып 45, ч. 2. – Днепропетровск, ПГАСА, 2008. -204 с.
10. Pickering B. // Microalloying 75. – Union CabideCour. NewYork (NY). 1977. P. 9.
11. Бернштейн М.Л. Структура деформированного металла / М.Л. Бернштейн – Москва: Металлургия, 1977. – 441 с.
12. Погоржельский В.И. Контролируемая прокатка / В.И. Погоржельский, Д.А.Литвиненко, Ю.И. Матросов, А.В. Иваницкий – Москва: Металлургия, 1979. – 184 с.
13. Лахтин Ю. М. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва: Машиностроение, 1990. — 528 с.
14. Браун М.П. Микролегирование стали / М.П. Браун. – Киев: Наук.думка, 1982. – 303 с.
15. Технические условия ТУ 14-3-1573-96: ТРУБЫ СТАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОСВАРНЫЕ ПРЯМОШОВНЫЕ ДИАМЕТРОМ 530 - 1020 ММ С ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ ДО 32 ММ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ, НЕФТЕПРОВОДОВ И НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДОВ
16. Тылкин М.А. Справочник термиста ремонтной службы/ М. А. Тылкин – М.:Металлургия,1981. 648с.
- 1.2 Вплив умов нагріву на кінетику росту зерна аустеніту в конструкційних сталях.