Rola cementytu w procesie pękania staliwa L200HNM

Abstract

The chromium - nickel - molybdenum cast steel of ledeburite class is mainly used for working mili rolls. These rolls are one of the most expensive instruments employed in mechanical working of metals. A very serious problem for large-size cast rolls (including rolls madę of cast steels of ledeburite class) is the risk of their fracture. Probable cause of cast steel rolls fracture is the presence in their structure of continuous network of hypereutectoid cementite and transformed ledeburite precipitated along prior grain boundaries of former austenite and precipitates of hypereutectoid cementite in structure of Widmannstätten type. The network, formed in the roll's structure just after casting is a way for easy propagation of the fractures and decreases the mechanical properties of the rolls, especially fracture toughness, so important for the users of that instrument. That is why, therefore within the framework of the paper an attempt of refinement of prior austenite grain, evaluation of the influence of the refinement and cooling rate on the hypereutectoid cementite morphology and fracture toughness of G200CrNiMo4-3-3 cast steel. To reach the aims of the work and prove formulated thesis investigated materials were underdone to wide researching and complex analysis. Research of G200CrNiMo4-3-3 cast steel included metallographic and fractographic analysis and fracture toughness research (impact strength, stress intensity factor $K_{Ic}$ and hardness). However the most important thing was to create fine substructure (advantageous from the tribologic properties) with subtle network of partially coagulated hypereutectoid cementite by application of incomplete „normalizing" annealing for test cast steel. Wysoko węglowe staliwo stopowe - takie jak np. G200CrNiMo4-3-3 -jest niemal idealnym materiałem na robocze walce hutnicze do pracy na gorąco, ze względu na bardzo dobrą odporność na ścieranie, a także bardzo dobrą odporność na zmęczenie mechaniczne i cieplne. Jednakże, w stanie lanym walce te mają poważną wadę, którą jest bardzo krucha, ciągła siatka cementytu ledeburytu przemienionego, zwykle powiększona o znaczną część cementytu drugorzędowego. Walce lane o takiej strukturze praktycznie nie mają zastosowania w klatkach wstępnych, gdzie kontakt walca z walcowanym pasmem jest silnie dynamiczny, co powoduje ich łatwe pękanie - zwykle katastroficzne. Z tego względu walce ze staliwa G200CrNiMo4-3-3 stosuje się główne w klatkach pośrednich. Dlatego też w niniejszej pracy badaniami objęto wpływ cementytu o różnych cechach morfologicznych i rozmieszczeniu w strukturze na proces pękania staliwa G200CrNiMo4-3-3 po zastosowaniu różnych wariantów obróbki cieplnej. Zaproponowane eksperymenty i wybrany materiał do badań mają określoną wartość naukową i praktyczną oraz wskazują na celowość przeprowadzonych badań naukowych. W pracy wykonano badania dylatometryczne, metalograficzne, fraktograficzne. Zastosowano również pomiary twardości oraz badania wytrzymałości na rozciąganie, udarności i odporności na pękanie w próbie $K_{Ic}$. Istotnym wynikiem badań było zastosowanie wyżarzania normalizującego niezupełnego. Zaproponowana technologia wyżarzania staliwa G200CrNiMo4-3-3 doprowadziła do zmian w mikrostrukturze, które pozwolą osiągać korzystne własności eksploatacyjne wykonanych z niego walców. Zmiany te polegały na poprzerywaniu ciągłej siatki cementytu drugorzędowego poprzez częściową jego koagulację oraz na wytworzeniu w objętości pierwotnych kryształów austenitu drobnych podziarn z zarysowaną tylko siatką cementytu drugorzędowego.