Józef GAWOR, Dariusz WOŹNIAK, Władysław ZALECKI. Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica



Podobne dokumenty
OPRACOWANIE PODSTAW PRZEMYSŁOWEJ TECHNOLOGII WYTWARZANIA BLACH ZE STALI KONSTRUKCYJNEJ WIELOFAZOWEJ Z ZASTOSOWANIEM METODY PÓŁPRZEMYSŁOWEJ SYMULACJI

STABILNOŚĆ STRUKTURALNA STALI P92 W KSZTAŁTOWANYCH PLASTYCZNIE ELEMENTACH RUROCIĄGÓW KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH ANDRZEJ TOKARZ, WŁADYSŁAW ZALECKI

WPŁYW PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ TAŚM ZE STALI X6CR17 NA ICH WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I STRUKTURĘ

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ

Dariusz WOŹNIAK, Marek BURDEK, Józef GAWOR, Mariusz ADAMCZYK, Rafał PALUS. Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica

WPŁYW TEMPERATURY HARTOWANIA NA MIKROSTRUKTURĘ I WŁASNOŚCI MECHANICZNE STALI DP

Nowoczesne stale bainityczne

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. I. Wyżarzanie

FIZYCZNE SYMULACJE WALCOWANIA BLACH ZE STALI KONSTRUKCYJNEJ ULTRADROBNOZIARNISTEJ Z ZASTOSOWANIEM URZĄDZENIA GLEEBLE 3800

Fizyczne modelowanie walcowania normalizującego blach grubych ze stali S355J2G3

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA NA ZIMNO I OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I STRUKTURĘ TAŚM PRZEZNACZONYCH NA PIŁY TAŚMOWE

BADANIE WPŁYWU PARAMETRÓW PROFILU TEMPERATUROWEGO DLA PROCESU WYŻARZANIA CIĄGŁEGO NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE BLACH CIENKICH ZE STALI DP

ANALIZA WPŁYWU SZYBKOŚCI CHŁODZENIA NA STRUKTURĘ I WŁASNOŚCI STALIWA L21HMF PO REGENERUJĄCEJ OBRÓBCE CIEPLNEJ

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ STOPÓW ŻELAZA WYŻARZANIE 1. POJĘCIA PODSTAWOWE 2. PRZEMIANY PRZY NAGRZEWANIU I POWOLNYM CHŁODZENIU STALI 3.

Adam PŁACHTA, Dariusz KUC, Grzegorz NIEWIELSKI. Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katowice

OBRÓBKA CIEPLNO-PLASTYCZNA ŻELIWA SFEROIDALNEGO

6. OBRÓBKA CIEPLNO - PLASTYCZNA

Jarosław MARCISZ, Bogdan GARBARZ, Mariusz ADAMCZYK. Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. II. Przemiany austenitu przechłodzonego

WPŁYW MIKROSTRUKTURY NA WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI NOWOCZESNYCH STALI KONSTRUKCYJNYCH AHSS

FIZYCZNE SYMULACJE PROCESU KONTROLOWANEGO WALCOWANIA PRĘTÓW Z EKSPERYMENTALNEJ SUPERDROBNOZIARNISTEJ STALI KONSTRUKCYJNEJ

Obróbka cieplna stali

Wykład 8. Przemiany zachodzące w stopach żelaza z węglem. Przemiany zachodzące podczas nagrzewania

NOWY GATUNEK STALI KONSTRUKCYJNEJ Z DODATKIEM STOPOWYM 3% Al WYKAZUJĄCY ZWIĘKSZONĄ ODPORNOŚĆ MECHANICZNĄ NA ODDZIAŁYWANIE CIEPLNE W WARUNKACH POŻARU

OPRACOWANIE ZALECEŃ TECHNOLOGICZNYCH DO WALCOWANIA BLACH W LPS NA PODSTAWIE WYNIKÓW Z SYMULACJI NUMERYCZNYCH I FIZYCZNYCH

Obróbka cieplna stali

ĆWICZENIE Nr 7. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

Badanie wytwarzania korpusów granatów kumulacyjno-odłamkowych metodą wyciskania na gorąco

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

OPRACOWANIE TECHNOLOGICZNYCH PODSTAW WYTWARZANIA BLACH GRUBYCH WYSOKOWYTRZYMAŁYCH DO ZASTOSOWAŃ W NISKICH TEMPERATURACH

Wpływ kierunku walcowania blach ze stali obrobionej termomechanicznie na jakość złączy spawanych

NAPRĘŻENIA ŚCISKAJĄCE PRZY 10% ODKSZTAŁCENIU WZGLĘDNYM PRÓBEK NORMOWYCH POBRANYCH Z PŁYT EPS O RÓŻNEJ GRUBOŚCI

Technologia obróbki cieplnej. Grzanie i ośrodki grzejne

WPŁYW ALUMINIUM NA NIEKTÓRE WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURĘ STALIWA

Spawanie stali konstrukcyjnej Weldox 700

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

Heavy plates. Blachy grube gorącowalcowane

Projekty badawcze sfi nansowane z dotacji na działalność statutową

ZAPYTANIE OFERTOWE. Alchemia S.A. Oddział Walcownia Rur Andrzej, ul. Lubliniecka 12, Zawadzkie

BADANIA STRUKTURALNE MECHANIZMU ODKSZTAŁCENIA NA ZIMNO STALI PRZEZ ZGNIATANIE OBROTOWE

Temat 1 (2 godziny): Próba statyczna rozciągania metali

Stal - definicja Stal

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PLASTYCZNOŚĆ. Zmiany makroskopowe. Zmiany makroskopowe

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

Akademia Morska w Szczecinie Instytut InŜynierii Transportu Zakład Techniki Transportu. Materiałoznawstwo i Nauka o materiałach

Krzepnięcie Metali i Stopów, Nr 26, 1996 P Ai'l - Oddział Katowice PL ISSN POCICA-FILIPOWICZ Anna, NOWAK Andrzej

Technologie Materiałowe II Wykład 2 Technologia wyżarzania stali

Nauka o Materiałach. Wykład IX. Odkształcenie materiałów właściwości plastyczne. Jerzy Lis

STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE SUPER CIENKICH TAŚM ZE STALI ODPORNYCH NA KOROZJĘ WYTWARZANYCH W PROCESIE WALCOWANIA NA ZIMNO

PL B1 (13) B1. (51) IntCl6: C23C 8/26. (54) Sposób obróbki cieplno-chemicznej części ze stali nierdzewnej

Taśma amunicyjna do 30 mm naboju podstawy technologii produkcji

STALE STOPOWE KONSTRUKCYJNE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Wykresy CTPi ułamek Na podstawie krzywych kinetycznych tworzy się wykresy CTP

Inżynieria materiałowa : stal / Marek Blicharski. wyd. 2 zm. i rozsz. - 1 dodr. (PWN). Warszawa, Spis treści. Wstęp 11

HUTNICTWO I ODLEWNICTWO

Wpływ odkształcenia plastycznego na postać krzywych CTPc nowo opracowanej stali mikrostopowej

KRÓTKOTRWAŁE HARTOWANIE WYROBÓW STALOWYCH BEZPOŚREDNIO PO PRZERÓBCE PLASTYCZNEJ NA GORĄCO

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNO-PLASTYCZNEJ NA TEMPERATURĘ POCZĄTKU PRZEMIANY MARTENZYTYCZNEJ W STOPIE Fe-30Ni

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

Korpusy startowych silników rakietowych ze stali o podwyższonej wytrzymałości

WPŁYW METODY WYTWARZANIA NAROŻY KSZTAŁTOWYCH NA TAŚMACH WALCOWANYCH NA ZIMNO ZE STALI KONSTRUKCYJNEJ NA ICH JAKOŚĆ

Wykład IX: Odkształcenie materiałów - właściwości plastyczne

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

Normalizacja i ocena jakości metali. Stale spawalne o podwyższonej wytrzymałości

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 08/13

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 08/13

MIKROSTRUKTURA I WŁASNOŚCI NOWEGO STALIWA BAINITYCZNEGO NA KRZYŻOWNICE KOLEJOWE

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

SPRAWOZDANIE Z MATERIAŁOZNAWSTWA - LABORATORIUM OBRÓBKA CIEPLNA STALI

Kinetyka przemian fazowych przechłodzonego austenitu stali podeutektoidalnej 37MnCo6-4

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ

KINETYKA WYDZIELANIA ORAZ WŁAŚCIWOŚCI STALI MARAGING PO KRÓTKOTRWAŁYM STARZENIU

ĆWICZENIE Nr 5. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

SPRAWOZDANIE LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW B Badanie własności mechanicznych materiałów konstrukcyjnych

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

MIKROSKOPIA METALOGRAFICZNA

BADANIA URZĄDZEŃ TECHNICZNYCH ELEMENTEM SYSTEMU BIEŻĄCEJ OCENY ICH STANU TECHNICZNEGO I PROGNOZOWANIA TRWAŁOŚCI

Rys. 1. Próbka do pomiaru odporności na pękanie

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

Hartowność jako kryterium doboru stali

Badania zużycia ściernego nanostrukturalnej stali bainitycznej

Bogdan GARBARZ, Dariusz WOŹNIAK, Wojciech BURIAN, Barbara NIŻNIK, Rafał PALUS. Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica

MODELOWANIE PROCESÓW ROZWOJU MIKROSTRUKTURY PODCZAS OBRÓBKI CIEPLNO PLASTYCZNEJ PRĘTÓW OKRĄGŁYCH ZE STALI S355J0

Ćwiczenie 6 HARTOWNOŚĆ STALI. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wprowadzenie

Definicja OC

PRELIMINARY BROCHURE CORRAX. A stainless precipitation hardening steel

... Definicja procesu spawania gazowego:... Definicja procesu napawania:... C D

Jarosław MARCISZ, Artur MAZUR, Mariusz ADAMCZYK. Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica

BADANIA WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH 1. Próba rozciągania metali w temperaturze otoczenia (zg. z PN-EN :2002)

The project "TEMPUS - MMATENG"

OBRÓBKA CIEPLNA WYSOKOWYTRZYMAŁYCH STALI KONSTRUKCYJNYCH Z WYKORZYSTANIEM PRZEMIANY IZOTERMICZNEJ PONIŻEJ TEMPERATURY M S

STAL DO PRZETWÓRSTWA TWORZYW SZTUCZNYCH

OBRÓBKA CIEPLNA. opracował dr inż. Stanisław Rymkiewicz

Henryk DYJA, Sebastian MRÓZ, Anna KAWAŁEK, Piotr SZOTA, Andrzej STEFANIK

SPAWANIE RUR W GATUNKU GR. C/6/X52 DRUTEM PROSZKOWYM M. STANKIEWICZ 1, H. JONDERKO 2, D. KIJOWSKI 3, W. PSONKA 4

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

ĆWICZENIE Nr 8. Laboratorium InŜynierii Materiałowej. Opracowali: dr inŝ. Krzysztof Pałka dr Hanna Stupnicka

Transkrypt:

168 Prace IMŻ 1 (2010) ózef GAWOR, Dariusz WOŹNIAK, Władysław ZALECKI Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica KSZTAŁTOWANIE MIKROSTRUKTURY I WŁAŚCIWOŚCI BLACH GRUBYCH ZE STALI KONSTRUKCYNE Z ZASTOSOWANIEM KOMPLEKSOWE OBRÓBKI CIEPLNO-PLASTYCZNE I REGULOWANEGO CHŁODZENIA PO WALCOWANIU W Polsce metoda wytwarzania blach z obróbką cieplno-plastyczną nie mogła być w pełnym zakresie stosowana ze względu na brak w walcowniach blach grubych odpowiedniego oprzyrządowania. Dopiero niedawno zrealizowane w tym zakresie inwestycje pozwolą na pełne uruchomienie technologii produkcji blach grubych walcowanych z obróbką cieplno-plastyczną i chłodzonych w sposób regulowany. W celu uzyskania danych do optymalizacji przemysłowej technologii, w Instytucie Metalurgii Żelaza przeprowadzono laboratoryjne próby chłodzenia natryskowego blach za pomocą dysz wodno-powietrznych, dylatometryczne badania przemian fazowych stali na próbkach odkształcanych oraz badania mikrostruktury i właściwości mechanicznych blach. Stwierdzono m.in., że odkształcanie niskowęglowej stali S355N i S500MC w temperaturze poniżej 800 realizowane jest już w zakresie austenityczno-ferrytycznym. Natomiast chłodzenie natryskowe blach powoduje silne rozdrobnienie i zmianę morfologiczną mikrostruktury, a w efekcie przyrost granicy plastyczności i wytrzymałości oraz udarności blach. Słowa kluczowe: blacha, obróbka cieplno-plastyczna, chłodzenie natryskowe, S355N, S500MC SHAPING OF THE MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF MODERN STRUCTURAL STEEL PLATES BY MEANS OF THERMO-MECHANICAL TREATMENT AND CONTROLLED COOLING AFTER HOT ROLLING The method of steel plates manufacturing with thermo-mechanical treatment could not have been fully utilized in Poland, because of lack of proper instrumentation in plate mills. The investments, that have been realized in this range only recently, will allow the full start-up of technology for production of rolled steel plates by thermo-mechanical treatment and controlled cooling. In order to obtain data for optimisation of the industrial technology, the laboratory tests of spray cooling of steel plates using water and air jets, investigations of phase transformations on samples deformed by means of quenching and deformation dilatometer, and investigations of microstructure and mechanical properties of steel plates, have been carried out at the Institute for Ferrous Metallurgy. It was found, that deformation of low-carbon S355N and S500MC steel at temperatures below 800 C was already realised within the austeniteferrite region. Spray cooling of the plates resulted in strong refinement and morphological change of microstructure, and caused an increase in yield point, enhancement of strength and impact resistance of low-carbon steel plates. Keywords: steel plate, thermo-mechanical treatment, spray cooling, S355N, S500MC 1. WSTĘP Za pomocą kombinacji procesów walcowania z kontrolowanym wyżarzaniem i chłodzeniem, składających się na proces walcowania z obróbką cieplno-plastyczną, można docelowo kształtować względnie wpływać na mikrostrukturę i właściwości stali. Pierwsze zastosowanie blachy grube, walcowane z obróbką cieplno-plastyczną znalazły w latach 60. ub. wieku do produkcji rur o dużych średnicach na magistrale przesyłowe ropy naftowej i gazu ziemnego [1]. Dzięki drobnoziarnistości, lepszej spawalności i podatności do dalszej przeróbki blachy te w coraz większym stopniu znajdują zastosowanie w innych dziedzinach: w budowie mostów i wysokojakościowych konstrukcji stalowych, cystern i zbiorników ciśnieniowych, w budownictwie okrętowym i w konstrukcjach morskich do wydobywania surowców spod dna morskiego. W ostatnich latach na różnego rodzaju konstrukcje morskie instalowane w rejonie szelfu Morza Arktycznego (przystanie nabrzeżne, pontony i platformy wydobywcze) opracowano szereg niskowęglowych stali, które po walcowaniu i przyspieszonym chłodzeniu charakteryzują się granicą plastyczności od 235 do 460 i podwyższoną udarnością w temperaturach obniżonych oraz polepszoną spawalnością (C E = 0,28 max.) [2]. W Polsce metoda wytwarzania blach z wykorzystaniem obróbki cieplno-plastycznej nie mogła być w pełnym zakresie stosowana ze względu na brak w walcowniach blach grubych odpowiedniego oprzyrządowania: samotoku

Prace IMŻ 1 (2010) Kształtowanie mikrostruktury i właściwości blach grubych... 169 odstawczego do międzyoperacyjnego podchładzania walcowanych blach i chłodni do kontrolowanego chłodzenia po walcowaniu. Dopiero niedawno zrealizowane w tym zakresie inwestycje [3, 4], pozwolą na pełne uruchomienie technologii produkcji blach grubych walcowanych z obróbką cieplno-plastyczną i chłodzonych w sposób regulowany za pomocą instalacji przyśpieszonego chłodzenia MULPIC. W celu uzyskania danych do optymalizacji przemysłowej technologii, W Instytucie Metalurgii Żelaza przeprowadzono laboratoryjne próby chłodzenia natryskowego blach za pomocą dysz wodno-powietrznych, badania przemian fazowych stali z wykorzystaniem dylatometru odkształceniowego oraz badania mikrostruktury i właściwości mechanicznych blach. 2. PODSTAWY PROCESU WALCOWANIA BLACH GRUBYCH Z OBRÓBKĄ CIEPLNO- PLASTYCZNĄ I REGULOWANYM CHŁODZENIEM Walcowanie z zastosowaniem obróbki cieplno-plastycznej realizowane jest w temperaturach obniżonych do około 850 880, w których odkształcony austenit nie ulega rekrystalizacji lub rekrystalizuje niezupełnie. Przesunięcie temperatury końca walcowania do jeszcze niższych temperatur pomiędzy Ar 1 i Ar 3, umożliwia odkształcanie stali w zakresie austenityczno-ferrytycznym, w wyniku czego w strukturze powstają pasma odkształcenia o dużej gęstości dyslokacji. Obniżona temperatura końca walcowania uzyskiwana jest przez międzyoperacyjne podchładzanie pasma. Walcowanie przebiega według następującego schematu: walcarka wstępna: walcowanie wstępne wyrównujące, poszerzające i wydłużające aż do osiągnięcia wymaganej grubości pasma pośredniego, samotok transportowy / ruszt odstawczy by pass : schładzanie międzyoperacyjne walcowanego pasma do wymaganej temperatury, walcarka wykończająca: walcowanie wykańczające realizowane jest aż do osiągnięcia wymaganej grubości. Kolejne odmiany obróbki cieplno-plastycznej związane są z przebiegiem szybkości chłodzenia po walcowaniu. eżeli po walcowaniu zostanie zastosowane przyspieszone chłodzenie wodą, to zachodzi przemiana w wyniku, której obok ferrytu powstaje bainit lub martenzyt. Udział poszczególnych składników mikrostruktury zależy od momentu rozpoczęcia chłodzenia i jego intensywności. 3. MATERIAŁ BADAŃ Do badań wytypowano niskowęglową stal konstrukcyjną o zróżnicowanej zawartości węgla wynoszącej 0,04 i 0,18 C. Materiałem do badań była blacha walcowana z obróbką cieplno-plastyczną ze stali S500MC o grubości 30 mm i blachy walcowane normalizująco ze stali w gatunku S355N o grubości 20 i 30 mm. Do badań pobrano odcinki blach o wymiarach 20 300 400 mm i 30 300 400 mm. Próby chłodzenia natryskowego przeprowadzono na próbkach o wymiarach 20 100 400 i 30 100 400 mm, dostosowanych do wymiarów urządzenia laboratoryjnego. 4. ZAKRES I METODYKA BADAŃ Zakres badań obejmował: określenie temperatur krytycznych stali i wykonanie wykresów przemian fazowych przy chłodzeniu ciągłym CTP c, symulacje obróbki cieplno-plastycznej i regulowanego chłodzenia w dylatometrze odkształceniowym DIL 805 A/D, laboratoryjne próby chłodzenia natryskowego odcinków blach za pomocą dysz wodno-powietrznych i wykonanie pomiarów szybkości chłodzenia od temperatury austenityzowania, badania mikrostruktury i właściwości mechanicznych blach w stanie walcowanym z obróbką cieplnoplastyczną, normalizowanym i po chłodzeniu natryskowym. Badania dylatometryczne wyznaczanie temperatur krytycznych oraz zakresów przemian fazowych wykonano w Laboratorium Symulacji Procesów Technologicznych IMŻ zgodnie z zaleceniami Standard Practice [5]. Badania przemian fazowych na próbkach odkształcanych symulujących obróbkę cieplno-plastyczną przeprowadzono w dylatometrze, stosując próbki pełne Ø 4 mm 7 mm. Nagrzewanie próbek prowadzono w próżni (<10-4 mbar) z szybkością 5 C/s do temperatury 1180 C. Próbki wytrzymywano w ciągu 600 sek., a następnie chłodzono z szybkością 10 C/s do temperatury pierwszego odkształcenia, tj. 1050 C. Przy tej temperaturze zadawano odkształcenie ϕ 1 = 0,40 z prędkością 1,0 s -1 po czym próbki chłodzono z szybkością 10 C/s do temperatury drugiego odkształcenia (ϕ 2 = 0,15 z prędkością 2,0 s -1 ). Zastosowano różne temperatury drugiego (końcowego) odkształcenia: 850, 800, 750, 700, 675, 650, 625 i 600 C. Po odkształceniu próbki chłodzono do temperatury otoczenia z szybkością: 10, 20, 30 lub 40 C/s. Laboratoryjne próby chłodzenia natryskowego odcinków blach wykonano na zbudowanej w ramach pracy [6] instalacji do dwustronnego natryskowego chłodzenia próbek płaskich za pomocą dysz wodnych lub wodno-powietrznych. Badania mikrostruktury blach przeprowadzono metodą mikroskopii świetlnej na zgładach metalograficznych wzdłużnych trawionych nitalem. Próbę rozciągania wykonano na próbkach płaskich o grubości odpowiadającej grubości blach zgodnie z wymaganiami normy PN-EN-10002-1. Próbę udarności przeprowadzono na standardowych próbkach o wymiarach 10 10 55 mm z karbem V w temperaturze otoczenia i w niskich temperaturach zgodnie z wymaganiami norm PN-EN-10045-1 i PN- 79/H-04371. 5. WYNIKI BADAŃ I ICH DYSKUSA 5.1. TEMPERATURY KRYTYCZNE I WYKRESY PRZEMIAN FAZOWYCH STALI PRZY CHŁODZENIU CIAGŁYM Wyznaczone metodą dylatometryczną temperatury krytyczne, temperatura początku przemiany martenzytycznej M s i przyjęte temperatury austenityzowania próbek dylatometrcznych przy wykonywaniu wykresów CTP c dla badanych stali podano w tablicy 1.

170 ózef Gawor, Dariusz Woźniak, Władysław Zalecki Prace IMŻ 1 (2010) Tablica 1. Temperatury krytyczne A c1 i A c3, temperatura M s i przyjęte temperatury austenityzowania próbek dylatometrycznych Table 1. Critical points A c1 and A c3, M s temperature and austenitizig temperatures of dilatometer specimens Gatunek stali A c1 A c3 M s Temperatura austenityzowania, S500MC 770 904 484 940 S355N 714 857 432 890 Z uwagi na bardzo niską zawartość węgla (0,035 C) temperatury krytyczne A c1 i A c3 oraz temperatura M s stali S500MC są o około 50 wyższe niż dla stali S355N. Wykres CTP c dla stali S500MC przedstawiono na rys. 1. Wykres CTP c dla stali S355N, poza zróżnicowanym położeniem temperatur Ac 1, Ac 3 i Ms oraz wartościami twardości produktów przemian austenitu jest podobny. Twardość próbek ze stali S500MC w zakresie zastosowanych szybkości chłodzenia od 1 do 396 /s wynosi odpowiednio od 129 HV do 183 HV (rys. 1), natomiast twardość próbek ze stali S355N w zakresie szybkości chłodzenia od 10 do 642 /s wynosi od 164 HV do 486 HV. W całym zakresie zastosowanych szybkości chłodzenia, przemiany: perlityczna, bainityczna i martenzytyczna dla obu stali poprzedzone są przemianą ferrytyczną. 5.2. WPŁYW ODKSZTAŁCANIA NA PRZEMIANY FAZOWE W STALI SYMULACA OBRÓBKI CIEPLNO-PLASTYCZNE Dla opracowania technologii walcowania z obróbką cieplno-plastyczną istotna jest znajomość wpływu warunków odkształcania austenitu (temperatury, prędkości i wartości odkształceń) na przebieg przemian fazowych przy chłodzeniu ciągłym. W związku z tym, dla badanych stali S500MC i S355N przeprowadzono symulacje obróbki cieplno plastycznej za pomocą dylatometru odkształceniowego na próbkach odkształcanych w zadanych temperaturach i chłodzonych z różnymi prędkościami po odkształceniu. Przykładowy przebieg doświadczeń z nagrzewaniem próbek do 1180, podchładzaniem do temperatury wstępnego (1050 ) i drugiego odkształcania 850 (a także 800 i poniżej) oraz chłodzeniem po odkształcaniu z szybkością 10, 20, 30 lub 40 przedstawiono na rys. 2. W czasie odkształcania próbek rejestrowano zmianę długości i siłę nacisku. Na podstawie analizy dylatogramów stwierdzono, że mimo stosowanego niewielkiego odkształcenia próbek w dylatometrze (ϕ 2 = ok. 0,15 z prędkością 2,0 s -1 ), pod wpływem odkształcenia następuje wzrost temperatury początku wydzielania ferrytu (F s ). Przykładowo dla odkształcenia w temperaturze 850 i szybkości chłodzenia 20 /s wynosi on około 30. Odkształcenie próbek prowadzone poniżej temperatury 800 realizowane jest już nie w jednorodnym austenicie, lecz w zakresie dwufazowym, przy czym ze spadkiem temperatury odkształcenia wzrasta jednostkowy nacisk (rzeczywiste naprężenie), konieczny do odkształcenia próbek o zadaną wartość. 5.3. MIKROSTRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE BLACHY ZE STALI W GATUNKU 500MC WALCOWANE Z OBRÓBKĄ CIEPLNO-PLASTYCZNĄ W WARUNKACH PRZEMYSŁOWYCH Blachy ze stali S500MC przeznaczone są do obróbki plastycznej na zimno. Przykład mikrostruktury blachy o grubości 30 mm ze stali S500MC walcowanej z obróbką cieplno-plastyczną przedstawiono na rys. 3. Mikrostrukturę blachy stanowi ferryt z niewielką ilością perlitu, która jest bardzo zróżnicowana na grubości. Strefy przypowierzchniowe do głębokości około 6 mm z każdej strony są silnie zgniecione o ziarnach wydłużonych, natomiast obszar środkowy obejmujący pozostałe 18 mm grubości ma mikrostrukturę drobnoziarnistą o zrekrystalizowanych ziarnach równoosiowych. Zasięg stref zgniecionych na grubości blachy uwidoczniono na makrofotografii rys. 4. Próbki do próby rozciągania, Rys. 1. Wykres CTP c dla stali w gatunku S500MC Fig. 1. CCT diagram for S500MC grade steel

Prace IMŻ 1 (2010) Kształtowanie mikrostruktury i właściwości blach grubych... 171 Rys. 2. Przykładowy przebieg badań za pomocą dylatometru Fig. 2. Example of the course of dilatometer examinations a) b) Rys. 3. Mikrostruktura blachy o grubości 30 mm ze stali S500 MC: a) przy powierzchni, b) w środku grubości Fig. 3. Microstructure of S500MC steel plate of 30 mm thickness: a) at the surface, b) in the middle of thickness które pobrano w 1/4 grubości blachy, obejmowały obszar częściowo odkształcony i częściowo nie odkształcony o ziarnach równoosiowych. Wykonane standardowe próbki Ø 10 120 mm odkształcały się podczas próby rozciągania niesymetrycznie, a utworzone przełomy miały eliptyczny kształt (rys. 5). Krzywe rozciągania wykazały bardzo wysoką górną granicę plastyczności przewyższającą, w niektórych przypadkach wartość Rm i znacznie niższą dolną granicę plastyczności Re L (tablica 2). Wartości Re H, Re L i Rp 0,2 wykazują duży rozrzut. Próbę rozciągania wykonano powtórnie na próbkach płaskich, obejmujących całą grubość blachy, której wyniki podano w tablicy 3. Rys. 4. Makrostruktura na przekroju blachy ze stali S500MC Fig. 4. Macrostructure of cross-section of S500MC steel plate Rys. 5. Makrofotografie przełomów próbek wytrzymałościowych Ø 10 mm ze stali S500MC Fig. 5. Macrophotographs of specimen fractures Ø 10 mm of S500MC steel after tensile test

172 ózef Gawor, Dariusz Woźniak, Władysław Zalecki Prace IMŻ 1 (2010) Tablica 2. Wyniki próby rozciągania blachy ze stali S500MC określone na próbkach okrągłych Table 2. Results of tensile test of S500MC steel performed on round specimens Oznaczenie próbki Re H Re L 1 poprzeczna 493 436 449 485 29,6 84 2 poprzeczna 470 448 458 486 29,6 83 3 wzdłużna 478 432 446 472 32,5 84 4 wzdłużna 430 418 424 469 32,6 84 Rp 0,2 Rm Z Blacha ze stali S500MC charakteryzuje się bardzo wysoką udarnością. Wartości pracy łamania (KCV) próbek zarówno w temperaturze otoczenia jak i w obniżonych temperaturach 0, 20, -30 i -50 przekroczyły wartość 294. Dlatego próbki, które łamano na młocie udarowym o maksymalnej energii 294 pękały tylko częściowo do odległości ½ grubości, tworząc przełom w 100 ciągliwy, a dalej ulegały zginaniu bez pękania. Tablica 3. Wyniki próby rozciągania blachy ze stali S500MC określone na próbkach płaskich Table 3. Results of tensile test of S500MC steel performed on flat specimens Oznaczenie próbki Re H R m 1 wzdłużna 464 478 32,2 2 wzdłużna 460 477 30,6 5.4. PORÓWNANIE MIKROSTRUKTURY I WŁAŚCIWOŚCI BLACH ZE STALI S355N WALCOWANYCH NORMALIZUĄCO I PRÓBEK BLACH CHŁODZONYCH NATRYSKOWO W URZĄDZENIU LABORATORYNYM Odcinki blach ze stali S355N chłodzono w urządzeniu laboratoryjnym za pomocą dysz wodno-powietrznych z kontrolowaną szybkością chłodzenia od temperatury austenityzowania 920. Zmiany temperatury podczas nagrzewania i schładzania kontrolowano za pomocą termopar umieszczonych w wywierconych otworach 5 mm pod powierzchnią i w środku grubości. Badaniom poddano odcinki blach o grubości 20 i 30 mm, których średnia szybkość chłodzenia w środku do temperatury 100 wynosiła odpowiednio 16 i 10 /s. W obu przypadkach chłodzenie natryskowe spowodowało silne rozdrobnienie i zmiany morfologiczne mikrostruktury oraz przyrost granicy plastyczności i wytrzymałości, przy dość znacznym spadku i porównywalnej lub nieco wyższej udarności w stosunku do stanu normalizowanego (tablica 4 i 5). Dla blach o grubości 20 mm uzyskano po chłodzeniu właściwości odpowiadające kategorii S620Q, a dla blach o grubości 30 mm kategorię S500Q według normy PN-EN 10025-6. Przykładowe mikrofotografie struktury w środku blachy o grubości 20 mm w stanie normalizowanym i w stanie po chłodzeniu natryskowym przedstawiono na rys. 6 i 7. Mikrostruktura blachy w stanie normalizowanym jest ferrytyczno-perlityczna pasmowa, natomiast po nagrzaniu do temperatury 920 i następnym chłodzeniu natryskowym jest jednorodna ferrytyczno-bainityczna. Tablica 4. Wyniki próby rozciągania blach walcowanych normalizująco ze stali S355N Table 4. Results of tensile test of S355N subject to normalizing rolling steel plates Gatunek/ grubość blach w mm Re H Rm +20-20 S355N/20 367 541 29,5 185 118 S355N/30 391 543 30,4 150 102 Tablica 5. Wyniki próby rozciągania próbek blach w stanie po chłodzeniu natryskowym Table 5. Results of tensile test of S500MC steel plates after spray cooling Gatunek/ grubość blach w mm Rp 0,2 Rm +20-20 S355N/20 620 810 16,4 218 120 S355N/30 502 688 17,1 148 105 a) b) Rys. 6. Mikrostruktura w środku blachy o grubości 20 mm ze stali S355N: (a) w stanie normalizowanym, (b) w stanie po chłodzeniu natryskowym Fig. 6. Microstructure in the middle of S355N steel plate of 20 mm thickness: (a) after normalizing rolling, (b) after spray cooling

Prace IMŻ 1 (2010) Kształtowanie mikrostruktury i właściwości blach grubych... 173 Rys. 7. Bainityczno-ferrytyczna mikrostruktura w środku blachy o grubości 20 mm ze stali S355N w stanie po chłodzeniu natryskowym Fig. 7. Bainitic-ferritic microstructure in the middle of S355N steel plate of 20 mm thickness after spray cooling 4. PODSUMOWANIE I WNIOSKI Wykonano badania wpływu warunków odkształcania austenitu (temperatury, prędkości i wartości odkształceń) na przebieg przemian fazowych przy chłodzeniu ciągłym oraz próby chłodzenia natryskowego blach w warunkach laboratoryjnych, których wyniki będą wykorzystane do opracowania technologii walcowania z obróbką cieplno-plastyczną i przyspieszonym chłodzeniem w warunkach przemysłowych. Scharakteryzowano mikrostrukturę i właściwości blachy ze stali S500MC walcowanej z obróbką cieplno-plastyczną w warunkach przemysłowych oraz blach walcowanych normalizująco ze stali S355N. Z przeprowadzonych badań wynikają następujące wnioski: 1. Przemiany fazowe w stali S500MC i S355N przy chłodzeniu ciągłym: przemiana perlityczna, bainityczna i martenzytyczna poprzedzone są wydzielaniem ferrytu w całym zakresie zastosowanych szybkości chłodzenia, co ma istotne znaczenie dla procesu walcowania z obróbką cieplno-plastyczną i regulowania wymaganych właściwości wyrobów wytwarzanych tą technologią walcowania i przyspieszonego chłodzenia po walcowaniu. 2. Badania przemian fazowych na próbkach odkształcanych w zakresie temperatur obróbki cieplno-plastycznej wykazały, że odkształcanie stali S500MC i S355N powoduje wzrost temperatury początku wydzielania ferrytu o około 30 w stosunku do rozpoczęcia przemiany w stali nieodkształconej. Odkształcanie próbek w temperaturach poniżej 800 zachodzi już nie w jednorodnym austenicie lecz w zakresie dwufazowym. 3. Z obniżeniem temperatury odkształcania wzrasta nacisk jednostkowy (rzeczywiste naprężenie), konieczny do odkształcenia próbek o zadaną wartość. 4. Chłodzenie natryskowe stali niskowęglowej od temperatury austenityzacji 920 za pomocą dysz wodno-powietrznych powoduje silne rozdrobnienie i zmianę morfologii mikrostruktury od ferrytycznoperlitycznej pasmowej do jednorodnej bainitycznoferrytycznej, a w efekcie przyrost granicy plastyczności i wytrzymałości przy zbliżonej wartości udarności w stosunku do stanu normalizowanego. Dla blach kategorii S355N o grubości 20 mm uzyskano po chłodzeniu właściwości odpowiadające kategorii S620Q. Wyniki badań zostaną zweryfikowane za pomocą półprzemysłowej symulacji walcowania blach z kompleksową obróbką cieplno-plastyczną i regulowanym chłodzeniem po walcowaniu w linii LPS zbudowanej w IMŻ. LITERATURA 1. Streisselberger A., Hanus F. i in.: Erweiterte Nutzungsmöglichkeiten der thermomechanischen Behandlung von Grobblechen, Stahl u.eisen, 1997, t.117, nr 4, s. 49-57 2. Gorynin I.V., Rybin V.V., Malyševskij V.A., Hlusova E.I.: Principy legirovania, fazowye prevrasenia i svojstva hladostojkih svarivaemyh sudostroitelnyh stalej, Metallovedenie i termičeská obrabotka metallov, 2007, nr 1, s. 9-15 3. Ujma., Kawecki R., Cierniak H.: Blachy konstrukcyjne ze stali niskowęglowych wytwarzane według technologii TMRP + MULPIC, materiały konferencyjne: Stal tworzywem XXI wieku, Expo Silesia, 22 październik 2008, s. 32-39 4. Woźniak D., Kucharzewski., Gawor.: Walcowanie z zastosowaniem obróbki cieplno-plastycznej i regulowane chłodzenie 5. 6. 7. 8. blach grubych ze stali o strukturze drobnoziarnistej, Hutnik Wiadomości Hutnicze, 2008, nr 8, s. 448-450 Standard Practice for Quantitative Measurement and Reporting of Hypoeutectoid Carbon and Low-Alloy Steel Phase Transformations. ASTM Committee A01 on Steel, Stainless Steel and Related Alloys. Published March 2004 Marcisz., Mazur A., Żak A.: Sprawozdanie IMŻ z pracy badawczej nr PR-0004, kwiecień 2007 Gawor., Marcisz., Burian W. i in: Sprawozdanie IMŻ z pracy badawczej nr S0-0667, wrzesień 2008 Gawor., Marcisz., Burian W. i in: Sprawozdanie IMŻ z pracy badawczej nr S0-0711, listopad 2009 Recenzent: Prof. dr hab. inż. Maciej Pietrzyk