CERCETARI PRIVIND INFLUENTA PRINCIPALILOR PARAMETRI TEHNOLOGICI DE

LAMINARE ASUPRA STRUCTURII SI PROPRIETATILOR OTELURILOR MICROALIATE Autori : Prof.dr.ing. Elisabeta Vasilescu, conf.dr.ing. Ana Doniga, sef.lucr.dr.ing. Istrate Miltiade Universtatea “Dunărea de Jos” din Galati 1.REZUMAT Lucrarea prezintă rezultatele cercetărilor de laborator si industriale privind influenta principalilor parametri ai laminării si tratamentelor termomecanice asupra structurii si proprietătilor mecanice ale otelurilor microaliate. S-a studiat influenta temperaturii de laminare, a gradului de deformare si a timpului de mentinere postdeformatională asupra structurii si proprietătilor mecanice pentru diferite oteluri microaliate. In cadrul experimentărilor industriale s-a analizat influenta schemelor de laminare supra poprietătilor finale ale tablelor groase din oteluri microaliate fabricate la Mittal Steel Galati. 2. INTRODUCERE Prin tratament termomecanic se defineşte totalitatea operaţiilor de încălzire, deformare şi răcire, realizate în diferite succesiuni posibile, care au ca rezultat obţinerea unei structuri finale şi a unor proprietăţi corespunzătoare, în condiţiile unei densităţi de dislocaţii mari şi a unei distribuţii specifice a imperfecţiunilor structurale [1]. La tratamentul termomecanic rolul principal îi revine deformării plastice care creează în mod direct imperfecţiuni în reţeaua cristalină şi asigură şi o anumită distribuţie a lor; tratamentele termice completează pe de o parte procesele de durificare ale materialului, iar pe de altă parte realizează o relaxare a reţelei cristaline si introduce faze noi prin procesele de recristalizare şi precipitare, care au ca efect creşterea plasticităţii. Pentru a atinge aceste obiective este necesar să se aleagă o tehnologie specială de deformare plastică, constând într-o anumită schemă de reduceri şi temperaturi de deformare, o combinaţie optimă între deformarea plastică şi tratamentele termice şi o adaptare în mod corespunzător a regimului de tratament termic. Prin aplicarea tratamentelor termomecanice, proprietăţile mecanice ale otelurilor se modifică comparativ cu tratamentele termice clasice, datorită cumulării efectelor de durificare produse prin diferite mecanisme: ecruisaj, formare de soluţii solide, finisarea granulaţiei, formare de precipitate disperse. Rezultatele tratamentelor termomecanice de temperatură înaltă depind în esentă de starea austenitei deformate plastic la cald si de conditiile de răcire care, la rândul lor depind atât de factorii interni - compozitia chimică, cinetica procesului de difuzie - cât si de factorii externi, respectiv parametrii procesului tehnologic: temperatura de laminare, gradul de deformare, timpul de mentinere postdeformatională, viteza de răcire după deformare.[2] 3. REZULTATE EXPERIMENTALE Cercetările efectuate de-a lungul mai multor ani au urmărit influenta tratamentelor de temperatură înaltă asupra structurii si proprietătilor mecanice ale otelurilor, care au avut ca principale elemente de microaliere niobiul, vanadiul, titanul. Experimentările de laborator au urmărit transformările austenitei deformate la cald, structurile formate în timpul tratamentelor termomecanice, comparativ cu regimurile clasice de laminare. Experimentările industriale au urmărit influenta parametrilor tehnologici de laminare asupra structurii si proprietătilor mecanice ale tablelor groase din oteluri microaliate. 3.1 Experimentări de laborator S-a efectuat o serie de experimentări la scară de laborator pe un otel R510-2b având următoarea compozitie chimică si proprietăti mecanice, conform STAS 2883-3/91 (tabelul 1): Caracteristicile otelului R510 Tabel 1

Compozitia chimică [%] Proprietătile mecanice C Mn Si S P V Rm

[MPa] Rc [MPa]

A [%] KV [J]

Max. 0,18

1,10- 1,60

Max 0,50

0,03 0,03 Max 0,05

510-610 Min 350

Min 20 27

S-au aplicat diferite regimuri de laminare, simulând un regimuri de tratamente termomecanice. a) încălzire la temperaturile : 800, 850, 900, 950, 1000, 12000C si laminare în una sau două treceri; b) laminare cu grade de deformare diferite: ε1= 30%; ε2= 50%; c) răcire în medii diferite (apă, aer, ) direct din căldura de laminare; d) mentinere postdeformatională: 0, 20, 40, 50 secunde, apoi răcire în apă.

a) Influenta temperaturii de laminare asupra structurii si proprietătilor mecanice este prezentată în figurile 1 si 2. Răcirea s-a făcut în aer.

a b Fig.1 Influenta temperaturii asupra proprietătilor mecanice la răcirea în aer

a) ε1= 30%; b) ε2= 50%;

a b Fig. 2 Influenta temperaturii de laminare asupra structurii

a) T = 12000C; b) T = 8000C (atac nital 2%, mărire x250) In cazul răcirii în aer, conditiile sunt asemănătoare regimurilor industriale de laminare controlată, când temperatura de sfârsit de laminare se situează în domeniul 850…9000C si gradul de deformare ε = 25…30%. Structura obtinută este ferito-perlitică, iar caracteristicile de rezistentă cresc sensibil cu scăderea temperaturii. Gradul de deformare influentează mai accentuat limita de curgere, în special la temperaturi scăzute (8000C…8500C) b) Influenta conditiilor de răcire asupra structurii si caracteristicilor mecanice.(fig.3 si 4) S-au simulat conditiile de tratament termomecanic prin răcirea rapidă (în apă) imediat după laminare. Se obtin caracteristici mecanice cu valori ridicate (pentru Rm si Rc), în special la temperaturi scăzute de laminare. In aceste conditii de lucru se obtine o gamă foarte variată de structuri: martensită, bainită, ferită, sau structuri complexe cu acesti constituenti, care influentează sensibil proprietătile mecanice.[3]

0

200

400

600

800

800 850 900 950 1000 1100 1200

Temperatura

Rm

R

p 0

,2

0

200

400

600

800

800 850 900 950 1000 1100 1200

Temperatura

Rm

Rp

0,2

Rp Rm

Temperatura de laminare [0C] Temperatura de laminare [0C] Fig. 3 Influenta temperaturii asupra proprietătilor mecanice la răcirea în apă si aer (ε = 30%)

a b

Fig. 4 Influenta temperaturii de laminare asupra structurii a) T = 12000C; b) T = 8000C (atac nital 2%, mărire x250 ) c) Influenta mentinerii postdeformationale asupra structurii si proprietătilor mecanice Mentinerea postdeformatională este o caracteristică a tratamentelor termomecanice. Sunt influentate conditiile de recristalizare si proportia de constituenti obtinută. Caracteristicile mecanice (Rm si Rc) sunt influentate în sensul scăderii odată cu cresterea timpului de mentinere, mentinându-se totusi la valori ridicate (fig.5). In ce priveste structura, se observă că odată cu cresterea timpului de mentinere se obtine o martensită din ce în ce mai grosolană, iar la timpi mari (50 secunde) apare bainita grosolană. Ferita este prezentă în permanentă lângă martensită si bainită.(fig.6) Mentinerea postdeformatională prelungită atenuează efectele TTMTI, în special la grade mari de deformare, obtinându-se structuri asemănătoare celor de la călirea obisnuită. După TTMTI formatiunile de martensită de toate dimensiunile sunt dispuse la întâmplare. In general cresterea duratei de mentinere postdeformatională accentuează efectul de încetinire a transformărilor austenitei deformate la cald.[4]

Rm

, Rp

[MP

a]

Alu

ngir

e [%

]

Rm – racire apa Rp – racire apaRm – aer A – racire apa A – răcire aer

Timpul de mentinere postdeformatională [s] Timpul de mentinere postdeformatională [s] Fig. 5 Influenta timpului de mentinere postdeformatională asupra proprietătilor mecanice pentru un grad de deformare ε2= 50%

a b

Fig. 6 Influenta timpului de mentinere postdeformatională asupra structurii (T= 10500C) a) t =10 secunde ; b) t = 50 secunde (atac nital 2%, mărire x250 )

3.2 Experimentări industriale S-au realizat experimentări în cadrul Mittal Steel Galati, pe un otel X60 utilizat la fabricarea tevilor sudate de mare diametru, pentru transportul produselor petroliere. Compoziia chimică si proprietătile prevăzute de norma API 5L/95, sunt prezentate în tabelul 2. S-au aplicat mai multe scheme de laminare a tablelor groase urmărindu-se influenta temperaturii de sfârsit de laminare asupra structurii si proprietătilor mecanice. (fig.7 si 8 ) Caracteristicile otelului X60 Tabel.2

Compozitia chimică (%) Proprietăti mecanice C Mn Si P S Al Nb V Rm

[MPa] Rp0,2

[MPa] A [%]

KV [J]

0,09-0,12

1,30-1,50

0,20-0,40

Max. 0,02

Max.0,01

0,02-0,05

0,02-0,04

0,02-0,04

525- 700

425- 550

min 30

min 45

După laminare tabla este trecută printr-o instalatie de răcire rapidă aflată după caja finisoare.Temperatura scade cu cca. 1000C, obtinându-se o structură ferito-perlitică foarte fină.

Alu

ngir

e [%

]

Rm

, [M

Pa]

Fig.7 Influenta temperaturii de sfârsit de laminare asupra proprietătilor mecanice

a b

Fig.8 Influenta temperaturii de sfârsit de laminare asupra structurii tablei groase

a) Tsf = 8500C; b) Tf = 8100C (atac nital 2%, mărire x250 )

4. CONCLUZII Otelurile microaliate sunt materiale ce se pretează cel mai bine aplicării tratamentelor termomecanice. Regimurile de laminare au o influentă sensibilă asupra structurii si proprietătilor mecanice; In cazul otelului R510 s-a constatat că răcirea rapidă, direct din căldura de laminare, influentează accentuat structura si caracteristicile mecanice. Structura este mai fină decât în cazul normalizării sau călirii clasice, permitând astfel să se obtină o gamă variată de proprietăti mecanice, în functie de parametrii răcirii si de constructia instalatiei din linia laminorului. In cazul otelului X60 laminat industrial, schema de laminare se corelează cu regimul de răcire final, în scopul obtinerii unei structuri foarte fine si a unor proprietăti de rezistentă si plasticitate ridicate. 5. BIBLIOGRAFIE [1] Popescu N.si col. Tratamente termice neconventionale E.T. Bucuresti 1990 [2] Doniga A. Vasilescu E. Bazele tratamentelor termomecanice E.D.P Bucuresti 2004 [3] Doniga A., Vasilescu E. The influence of the termomechanical treatment condition on the structure and mechanical characteristics of the austenite hot deformation – The Annals of “Dunărea de Jos” of Galati 2002 [4] Vasilescu E., Doniga A. The influence of the termomechanical treatment on the properties of steel plates for welded constructions – Conf. BRAMAT 2009

Rm

, Rp

[MP

a]

Temperatura [˚C]

300

400

500

600

1 2 3 4810 820 840 85030

40

50

60

70

80

1 2 3 4

Rez

ilie

nta,

KV

[J]

810 820 840 850 Temperatura [˚C]