Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия

В. М. Колокольцев, советник при ректорате, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: kwm@magtu.ru
Н. А. Феоктистов, заведующий кафедрой литейных процессов и материаловедения, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: fna87@mail.ru
А. С. Савинов, директор Института металлургии, машиностроения и материалообработки, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: savinov_nis@mail.ru
Е. В. Скрипкин, аспирант кафедры литейных процессов и материаловедения, эл. почта: skripkin.ev@mzpv.mmk.ru

Представлены результаты исследований применения экспериментальной стали для рабочего слоя прокатного валка исполнения sHSS. Рассмотрен вопрос управления структурой и свойствами разработанного сплава посредством термической обработки (ТО). В процессе кристаллизации литой заготовки формируется мартенситная структура, в которой выделяется карбидная фаза определенного состава. Кроме того, присутствует некоторое количество остаточного аустенита, которое может вызвать поломку изделия при его эксплуатации в клетях станов горячей прокатки. Проведение ТО в виде гомогенизации и последующего отпуска приводит к изменению качественных и количественных характеристик микроструктуры и, соответственно, свойств рабочего слоя прокатного валка, влияющих на износостойкость. Установлено, что проведение ТО экспериментальной стали оказывает влияние на размер зерна, количество карбидной фазы и остаточный аустенит. Рассмотрен вопрос комплексной трансформации микроструктуры в процессе нагрева стали при ТО, определены температурные интервалы распада мартенсита, образования аустенитной фазы и растворения карбидов в твердом растворе. Металлографическим анализом определена объемная доля карбидной фазы, которая остается не растворенной в аустените, а также установлено влияние на этот процесс температуры гомогенизации. Представлены данные по влиянию температуры гомогенизации на процесс трансформации зерна твердого раствора при ТО. Рассмотрена взаимосвязь между количественными характеристиками карбидной фазы и свойствами экспериментальной стали. Установленные зависимости позволяют управлять процессом структурообразования посредством ТО, а также влиять на эксплуатационные показатели изделия.

Работа выполнена в рамках проекта УМНОЦ «Передовые производственные технологии и материалы», проект № 2022-26.

1. Гулаков А. А., Тухватулин И. Х., Потапов М. Г., Потапова М. В. и др. Опыт производства центробежнолитых листопрокатных валков для станов горячей прокатки в условиях ЗАО «Кушвинский завод прокатных валков» // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2018. № 5. С. 75–82.
2. Schaefer M., Wahrburg J., Roth H. State estimation of material flow rate in a hot rolling mill for steel bars // IFAC-PapersOnLine. 2020. Vol. 53, Iss. 2. P. 12044–12049. DOI: j.ifacol.2020.12.742
3. Shinde G., Raut L. An optimal design approach for adamite hot rolling mill roll // International Journal of Advance Engineering and Research Development. 2015. Vol. 2, Iss. 2. P. 161–169.
4. Aigner M., Pellizzari M., Domitner J., Elizondo L. et al. Influence of microstructure on degradation of cast graphitic high-speed steel // Wear. 2023. Vol. 522. P. 78–91. DOI: j.wear.2023.204702
5. Шалаевский Д. Л. Определение износа поверхностей бочек рабочих валков в непрерывной чистовой группе клетей широкополосного стана горячей прокатки // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2022. Т. 78. № 12. С. 1054–1059. DOI: 10.32339/0135-5910-2022-12-1054-1059
6. Deng G. Y., Zhu H. T., Tieu A. K., Su L. H. et al. Theoretical and experimental investigation of thermal and oxidation behaviours of a high speed steel work roll during hot rolling // International Journal of Mechanical Sciences. 2017. Vol. 131-132. P. 811–826.
7. Tripathy S., Kumar Sahu V., Manoranjan Jena P. S., Tarafder S. et al. On the importance of local equilibria in alloy design criteria for bulk nanopearlitic steels and ensuing mechanical properties // Materials Science and Engineering: A. 2022. Vol. 841. P. 134–143.
8. Феоктистов Н. А., Чернов В. П., Савинов А. С. и др. Оценка влияния углерода на эксплуатационные свойства и микроструктуру валковой стали // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2021. № 7 (254). С. 35–40. DOI: 10.35211/1990-5297-2021-7-254-35-40
9. Феоктистов Н. А., Вдовин К. Н., Савинов А. С., Скрипкин Е. В. Исследование процесса формирования литой структуры валковой стали // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2020. № 7 (242). С. 36–40. DOI: 10.35211/1990-5297-2020-7-242-36-40
10. Кочковская С. С. Применение программного комплекса для расчета и контроля показателей качества валковых сталей и сплавов // Мехатроника, автоматика и робототехника. 2019. № 3. С. 82–84. DOI: 10.26160/2541-8637-2019-3-82-84
11. Филиппов М. А., Хадыев М. С., Кудряшова Н. Н. и др. Роль метастабильного аустенита в повышении абразивной износостойкости стали перлитного класса 150ХНМЛ // Сталь. 2021. № 8. С. 44–49.
12. Морозов С. О., Глебова М. А., Потапова А. А., Никифорова С. М. Повышение абразивной износостойкости инструментальных сталей высокотемпературной закалкой // Уральская школа молодых металловедов : cборник материалов XX Международной научно-технической Уральской школы-семинара металловедов-молодых ученых, Екатеринбург, 03–07 февраля 2020 г. — Екатеринбург : Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, 2020. С. 182–185.
13. Sourmail T., Caballero F. G., Moudian F., De Castro D. et al. High hardness and retained austenite stability in Si-bearing hypereutectoid steel through new heat treatment design principles // Materials & Design. 2018. Vol. 142. P. 279–287.
14. ГОСТ 5639–82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. — Введ. 01.01.1983.
15. ГОСТ 9013–59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу. — Введ. 01.01.1969.
16. ГОСТ 23.208–79. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы. — Введ. 01.03.1981.
17. Kolokoltsev V. M., Feoktistov N. A., Savinov A. S., Skripkin E. V. Development of new composition for sHSS steel used for hot rolling mill rolls at Magnitogorsk Iron and Steel Works // CIS Iron and Steel Review. 2022. Vol. 22. P. 24–27.