автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии производства сортового проката с целью повышения его потребительских свойств

На правах рукописи

МОРОЗОВ АНДРЕЙ АНДРЕЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВОГО ПРОКАТА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЕГО ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ

Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск 1998

Работа выполнена на ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат

л

Научный руководитель: . Официальные оппоненты:

кандидат технических наук Рашников В.Ф.

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Смирнов В.К.

кандидат технических наук, доцент Дубииский Ф.С.

Ведущее предприятие: АО " Мечел "(г. Челябинск)

Защита состоится 18 июня 1998 г. в 15-00 на заседании диссертационного совета Д 063.04.01 в Магнитогорской государственной горно-металлургической академии им. Г.И. Носова по адресу:

455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГМА, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Магнитогорской горно-металлургической академии им. Г.И. Носова.

Автореферат разослан 15 мая 1998 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Ар., еливановВ.Н.

Актуальность работы. Увеличение конкурентоспособности металлопродукции, в частности, сортового проката на внутреннем и внешнем рынках - основное направление развития черной металлургии, характерное для всего мирового сообщества. Решение этой глобальной задачи напрямую зависит от повышения потребительских свойств изделий. В последнее десятилетие уровень потребительских свойств на большинстве металлургических предприятий страны резко упал. Это связано с известными причинами социального и экономического характера. Предотвратить указанное падение можно в первую очередь за счет совершенствования существующих технологических процессов и разработки принципиально новых. К наиболее перспективным конкретным путям, позволяющим получать сортовой горячекатаный металл с заданным высоким уровнем потребительских свойств, относятся:

- формирование микро - и макроструктуры;

- управление механическими свойствами;

- уменьшение количества дефектов и улучшение геометрии проката. Исследованию этих вопросов и посвящена настоящая работа.

Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение потребительских свойств сортового проката путем совершенствования существующих и разработки новых технологий.

Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:

- определены рациональные температурно-деформационные режимы сортовой прокатки, обеспечивающие получение готовой продукции с заданными уровнем механических свойств и структурой;

- исследовано влияние микролегирования в сочетании с режимами термомеханической обработки на потребительские свойства продукции;

- разработаны технологические схемы и устройства для осуществления бескалибровой прокатки, позволяющие производить продукцию повышенного качества.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- выявлены закономерности развития структурообразования при горячей сортовой прокатке, позволяющие корректировать режимы обработки с целью обеспечения требуемого уровня потребительских свойств;

- разработана математическая модель прогнозирования механических свойств (ав и £7Г) готового сортового металла в зависимости от технологических параметров

и осуществлена ее компьютерная реализация;

- исследовано влияние микролегирования в сочетании с ускоренным охлаждением сортового проката и регулированием режимов обжатий при сортовой прокатке на повышение прочностных характеристик готовой продукции;

- исследовано напряженно-деформированное состояние (НДС) полосы в очаге деформации при сортовой прокатке в калибрах и в валках с гладкой бочкой; установлен характер влияния условий прокатки на изменение НДС полосы и определены предельно допустимые обжатия;

- проведен теоретический анализ устойчивости высокой полосы в гладких валках, на основе которого определена величина сваливающего момента в зависимости от технологических факторов бескалибровой прокатки;

- разработаны технологические схемы бескалибровой прокатки и оборудование для их осуществления, дающие возможность получать продукцию повышенного качества при меньших затратах.

Практическая ценность работы. Разработаны предложения по корректировке режимов сортовой горячей прокатки с целью получения заданной микро- и макроструктуры. Применительно к ряду марок сталей найдены инженерные зависимости для определения прочностных характеристик готовой продукции при различных технологических параметрах сортовой прокатки. Даны рекомендации по режимам микролегирования Т1, Мо, V, ЫЬ в сочетании с ускоренным охлаждением сортового металла, реализация которых позволила повысить прочностные характеристики проката из углеродистых сталей и в ряде случаев использовать его взамен продукции из легированных марок сталей.

На уровне изобретений предложены режимы прокатки и оборудование для получения сортового металла повышенного качества.

Разработаны технологические схемы бескалибровой прокатки сортового металла на различных станах. Спроектирована и изготовлена удерживающая привалко-вая арматура, необходимая для успешного осуществления этой новой технологии.

Реализация работы в промышленности. Все результаты диссертационной работы внедрены на ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" и частично (бескалибровая прокатка) на ОАО "Белорецкий металлургический комбинат". Выполненные исследования позволили разработать новые технические условия и внести соответствующие изменения в технолопгческие инструкции. В результате внедрения на ОАО " ММК " предложенных новых технологических процессов в период с 1988 по

1996 гг. на сортовых станах количество брака снизилось в среднем на 17%, выпуск продукции с более высокими потребительскими свойствами (по ГОСТ 19281-89 вместо ГОСТ 380-94) увеличился на 6,5 %.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на международных симпозиумах в США (Чикаго, 1994 г.; Лас Вегас, 1995 г.; Гонолулу, 1995 г.), Бразилии (Сан Пауло, 1994,1997гг.); на Первом конгрессе прокатчиков (Магнитогорск, 1996 г.); на Втором конгрессе прокатчиков (Череповец, 1997 г.); на Международной конференции "Текстура и свойства материалов " (Екатеринбург,

1997 г.); на ряде технических советов ОАО " ММК " по прокатному производству; на ежегодных научно-технических конференциях МГМА в 1993 - 1998 гг.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 4 монографиях, 17 научных статьях; получено 1 авторское свидетельство на изобретение и 7 патентов России. Представленные к защите материалы являются результатом работы, проведенной лично автором, с его участием или под его руководством.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы, включающего 110 наименований, и 3 приложений. Работа содержит 168 страниц машинописного текста, 62 рисунка, 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении описаны цель и задачи исследования, показаны его актуальность и практическая значимость.

В первой главе выполнен анализ литературных данных о технологических особенностях производства сортового проката с гарантированным высоким уровнем потребительских свойств и путях совершенствования технологии.

Под потребительскими свойствами металлопродукции понимают ее различные характеристики, существенные для потребителя, отвечающие требованиям нормативно-технических документов (ГОСТ, ТУ, ОСТ и т.п.). Основными из них являются особенности структуры, механические свойства (пределы прочности и текучести, относительное удлинение), бездефектность, показатели точности геометрических размеров.

Наиболее перспективные пути, позволяющие получать сортовой горячекатаный металл с заданным уровнем потребительских свойств, следующие:

1. Прогнозирование и целенаправленное формирование заданных структуры и механических свойств при горячей сортовой прокатке.

2. Улучшение механических характеристик сортового проката микролегированием в сочетании с термомеханической обработкой (ТМО).

3. Использование новых технологических процессов для уменьшения количества дефектов и улучшения геометрии проката.

Способам формирования текстуры, микро- и макроструктуры посвящено большое количество исследований. Однако традиционно они сконцентрированы в основном на выявлении связи технологических параметров с текстурой, структурой и свойствами холоднокатаного листа. Закономерности структурообразования, а также изменения механических свойств при горячей сортовой прокатке исследованы в гораздо меньшей степени. В работах Урцева В.Н., Капцана A.B., Горностырева Ю.Н. отмечается, что выявление указанных закономерностей позволит, в конечном счете, корректировать режимы горячей прокатки с целью обеспечения требуемого уровня потребительских свойств конкретных партий металлопроката.

Второй путь ориентирован прежде всего на повышение прочностных характеристик сортового проката из углеродистых марок сталей с использованием последних

взамен низколегированных. В исследованиях Пилющенко В.П., Кондратюка А.И., Винокура Б.Б. и др. установлено, что влияние легирующих добавок проявляется в твердом состоянии при образовании растворов внедрения или замещения. В качестве легирующих добавок в основном используются титан, ванадий, молибден, ниобий или их сочетания. Они воздействуют на степень дисперсности вторичных зерен, тонкую структуру, нейтрализуют влияние вредных примесей, повышают прочностные свойства.

Важно отметить, что значительного увеличения прочностных свойств сталей достигают без существенных дополнительных затрат. Это подтверждается опытом применения микролегирования на заводах Украины, Казахстана и России.

Использование микролегирования дает лучшие результаты при сортовой прокатке в комплексе с ТМО, включающей сочетание горячей деформации металла с интенсивным охлаждением его на выходе из чистовой клети стана и последующим отпуском.

В работах Узлова И.Г., Полякова С.И., Стародубова К.Ф. и др. предложены различные режимы осуществления ТМО, приводящие к повышению временного сопротивления разрыву, предела текучести и других механических характеристик. Однако в условиях ОАО "ММК" использование известного опыта микролегирования в сочетай™ с ТМО невозможно без адаптации к существующим условиям. Это связано в первую очередь с применением на сортовых станах устаревшего оборудования, отсутствием линий ускоренного охлаждения и площадей для их размещения.

Повышение качества продукции за счет уменьшения количества дефектов и улучшения геометрш! проката возможно в первую очередь путем применения новых технологических процессов. Одним из весьма перспективных является способ бескалибровой прокатки (БКП), заключающийся в том, что прокатываемая полоса обжимается последовательно гладкими горизонтальными и вертикальными валками или только горизонтальными валками с кантовкой раскатов на 90°после каждого прохода. Естественно, что БКП используется в первых клетях сортовых станов. В работах Янадзава Т., Никифорова Б.А., Дубинского Ф.С., Кандаурова Л.Е. и др. отмечается ряд преимуществ БКП по сравнению с традиционной прокаткой в калибрах, в частности, повышение качества проката и увеличение выхода годного в связи с отсутствием

дефектов, вызванных переполнением и незаполненном калибров, неточной их настройкой и неравномерным износом.

Технологга БКГ1 может быть использована на существующих сортовых станах любого типа без значительных капитальных затрат. Но ее освоение невозможно без предварительных исследований для выявления основных закономерностей этого процесса. Одной из причин, сдерживающих широкое распространение БКП, является отсутствие естественной устойчивости полосы при ее прокатке в гладких валках. Под потерей устойчивости понимают возникновение ромбичностн на прокатанной полосе, сваливание раската, а также поворот сечения на некоторый угол (скручивание раскатов), что ухудшает качество готовой продукции. Изучением проблемы устойчивости занимались Смирнов В.К., Грицук Н.Ф., Штернов М.М., Кандауров Л.Е. и др. Однако исследования перечисленных авторов не устанавливают количественных зависимостей между технологическими параметрами прокатки и величиной сваливающего момента. Вопрос о том, как влияет БКП на дефектообразоваиие также слабо изучен. Кроме того, отсутствуют достаточно полные сведения о режимах обжатий для различного сортамента проката. Таким образом, проведение исследований БКП необходимо для уточнения режимов обжатий при прокатке на гладкой бочке, разработки надежной конструкции валковой арматуры для устойчивого осуществления процесса, а также изучения влияния БКП на качество готовой продукции.

Решение перечисленных выше задач направлено на достижение цели настоящей работы - повышение потребительских свойств и, следовательно, конкурентоспособности сортового проката.

Вторая глава посвящена изучению процесса формирования структуры и механических свойств при горячей прокатке.

Для решения задачи прогнозирования физико-механических свойств сортового проката с учетом широкого спектра технологических параметров горячей прокатки была применена методология вычислительных экспериментов. Процесс осуществления вычислительного эксперимента включал в себя следующие этапы (рис. 1):

- построение математической модели;

- разработку алгоритма расчета;

Рис. 1. Блок-схема программы моделирования процессов формирования структуры сталей.

- создание компьютерной программы реализации алгоритма;

- проведение расчетов и проверку адекватности модели.

Разработанная модель прогнозирования деформационных текстур базируется на математическом описании процессов основного и аккомодационного скольжения. Проведены вычислительные эксперименты развития текстур поверхностного слоя для различных случаев прокатки . Показано, что вследствие неоднородного характера НДС при прокатке формируется неоднородная текстура поверхностного слоя. Также построена математическая модель формирования структуры при прокатке углеродистых и низколегированных сталей, основанная на описании реальных физических процессов, протекающих в стали при горячей деформации (эволюция дислокацион-

ной структуры, образование зародышей рекристаллизации границ зерен) и при охлаждении после прокатки (полиморфное превращение). Проведены вычислительные эксперименты, доказывающие адекватность модели для целей прогноза структуры, формирующейся при горячей прокатке углеродистых и низколегированных сталей на стане 250 №2 ОАО "ММК ".Получены зависимости среднего значения зерна феррита { ¿ф ), а также пределов прочности (ав) и текучести (ат) от величины деформации

( е ), времени проработки ( т ) в последних четырех клетях стана и температуры конца прокатки ( tm ).

Часть зависимостей для стали Юкп приведена на рис.2, 3. Расчет значений сгв и о> осуществлялся по эмпирическим формулам, предложенным Глэдманом. Варьирование технологических параметров проводилось с учетом конструкционной конкретики стана 250 №2. Для всех исследованных сталей увеличение tm приводит к увеличению dt и к снижению <т5, сгг; увеличение е - к снижению с!ф и росту ав, аг; увеличение т - к росту и снижению значений ав и стг.

Следует отметить, что разработанные математические модели могут быть адаптированы к любому сортовому стану горячей прокатки. Полученные результаты можно использовать для корректировки процесса горячей прокатки в режиме реального времени с целью формирования заранее заданных потребительских свойств готовой продукции. Также проведены исследования влияния микролегирования сталей в сочетании с ТМО на прочностные свойства готового сортового металла в условиях ОАО " ММК ". Установлено, что микролегирование стали Зсп титаном (0,09 %) и ванадием (0,064 %) в сочетании со снижением температуры напева заготовок на 100°С приводит к увеличению прочностных характеристик на 3..5% и снижению относительного удлинения. Микролегирование арматурной стали (типа 25Г2С) молибденом, ванадием, ниобием приводит к увеличению прочностных характеристик на 10.. 15%, причем наибольший прирост дали плавки, микролегированные комплексом элементов Nb+V; V+Mo; Mo+Nb.

ст. = 504.9+ 159е-0.231„ и = 0.98

-3038ег

т = 6с

Г~~1

СИ

454,203 457,709 461,214 464,720 468,225 471,731 475,237 478,743 482,248 485,754

Рис.2. Зависимость предела прочности от величины деформации в последних 4-х клетях и температуры конца прокатки (сталь Юкп)

сг, =317 + 144Е-0.361и-25.64Е2 Я = 0.98

Ш 214,892 Щ 217,933 Ш 220,984 ■■ 224,029

□ 227,075

□ 230,121 ■■ 233,167 ■В 236,212 ■■ 239,258 ■■ 242,304

Рис.3. Зависимость предела текучести от величины деформации в последних 4-х клетях и температуры конца прокатки (сталь Юкп)

В третьей главе проведен сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) полосы, получаемой по двум разным технологическим схемам: бескалибровой прокаткой в первых двух клетях с последующей прокаткой в калибрах и прокаткой в калибрах во всех клетях.

Для решения задачи по исследованию НДС при сортовой прокатке приняты следующие допущения: гипотеза плоских сечений; отсутствие зон прилипания на контактной поверхности; изотропность деформируемого металла, реологическое поведение которого задано в виде нелинейной связи между интенсивностями напряжений и скоростей деформации сги = /(4 ) ; отсутствие упругих деформаций сплющивания валков на контактной поверхности. Решение выполнено методом конечных элементов, реализованным для объемного НДС с использованием идей, разработанных Г.Я.Гуном, и получивших последующее развитие в работах Е.Н.Чумаченко, Н.Н.Машковой, А.И.Александровича, С.А.Тулупова и др. Сущность рассматриваемых подходов сводится к тому, что одно из перемещений задается в аналитическом виде с малым числом неизвестных параметров. Это позволяет сократить порядок системы разрешающих уравнений или вообще свести решение объемной задачи к последовательности решений обобщенных двумерных задач.

В прямоугольной системе координат для вертикального элемента Дг, выделенного на произвольном расстоянии 2 — 7. по длине очага деформации, компоненты скоростей перемещешм частиц заданы в виде

где (х,у), (¡2 (х,у) - некоторые произвольные функции.

Поле скоростей { } в сечении, перпендикулярном направлению про-

катки, находится конечно-элементной аппроксимацией, а продольная составляющая скорости Уг вычисляется итерационным методом при поиске констант С = Ск, минимизирующих функционал Ф(С(.), полученный на основе уравнения равновесия элемента Аг

ф(ск)-

|| (та(Ыу + 2 • (/£« ± ц) ■ ДО схпс1Мг - < • 5

5 Г

где СС - угол наклона касательной к поверхности валка;

¡Л - коэффициент внешнего трения по закону Кулона-Амонтона;

<У„ - нормальное контактное напряжение; 5 - поперечное сечение полосы при 2 = г ;

йб

Г - контактная поверхность;

5 - погрешность решения.

Продольное напряжение О"^, возникающее в элементе Лг из-за действия напряжений натяжения полосы <Зг0 на входе в валки и <УЛ на выходе, задано выражением

=О'„+(о-10-О-11)-у,

где / - координата, соответствующая захвату полосы валками (длина очага деформации).

По результатам решения выполнен анализ распределения показателя напряженного состояния с/Т по ширине полосы (х / Ь) в трех слоях по высоте: в центральном (У / Л = 0), приконтактном (/ /г = 1) и промежуточном слое (у / И- 0,5) - для каждого из трех сечений по длине очага деформации: в плоскостях входа {г 11 — 1), выхода (г/1 = 0)ив середине очага (2 И- 0,5); здесь К Ъ -половина соответственно высоты и ширины рассматриваемого сечения.

Известно, что при прокатке с большими обжатиями на поверхности полосы, свободной от контакта с валками, образование дефектов более вероятно, чем на контактных поверхностях. Поэтому выбор режимов обжатий по схеме прокатки, содержащей клети с гладкой бочкой, зависит, при прочих равных условиях, от схемы напряженного состояния, создаваемой на свободной поверхности полосы. Интегральной характеристикой напряженного состояния служит показатель С / Т - отношение гидростатического давления к интенсивности касательных напряжений. При неблагоприятной жесткой схеме показатель <Т / Т имеет положительное значение, а при мягкой схеме становится отрицательным.

Анализ результатов решения показывает, что НДС металла при сортовой прокатке характеризуется неравномерным распределением показателя напряженного состояния по очагу деформации. Так, при прокатке в первой клети в валках с гладкой бочкой показатель сг / Т на входе в очаг деформации изменяется в интервале значений от -2,5 до +0,5. Положительное значение относится к приконтактному слою в центре сечения, что связано с действием продольных напряжений растяжения. Очевидно, внешние зоны при малых обжатиях оказывают существенное влияние на распределение продольных напряжений в приконтактных слоях. К середине очага деформации распределение сг/Т существенно выравнивается и лежит в интервале значений от -1,2 до -0,3, то есть схема напряжений становится мягче. К выходу из

очага деформации общая неравномерность еще несколько снижается (значения ег / Т изменяются в интервале от -1,0 до - 0,3 ), причем наибольшая неравномерность наблюдается на свободной поверхности. Таким образом, основной объем металла на выходе из очага деформации находится под воздействием неравномерного напряженного состояния всестороннего сжатия.

Общий характер напряженного состояния полосы при прокатке в первой клети в ящичном калибре в сравнении с бескалибровой прокаткой, при прочих равных условиях, не имеет существенных отличий. Однако, несколько сильнее проявляется влияние внешних зон на уровень значений показателя сг / Т в приконтактном слое на входе в очаг деформации (от -1,5 до +1,0), и наблюдается более неравномерное распределение сг/Т на боковой поверхности в середине очага деформации (от -2,6 до -0,3) и на выходе из него (от -2,4 до - 0,3) вследствие возрастающего влияния боковых стенок ящичного калибра по мере заполнения его металлом.

Установлено, что с увеличением обжатия во второй клети на 10% (по сравнению с первой) возрастает интенсивность скоростей деформации сдвига при прокатке как на гладкой бочке, так и в ящичном калибре, а значения показателя напряженного состояния на выходе из очага деформации остаются в тех же интервалах., что и при прокатке в первой клети. Однако следует отметить локальные изменения о/Т в середине сечений, приводящие к более мягким схемам напряжений при прокатке во второй клети как на гладкой бочке, так и в калибре.

Важным результатом можно считать тот факт, что при бескалибровой прокатке во второй клети с увеличением обжатия перераспределяются скорости деформации -возрастают в направлении обжатия и уширения, что свидетельствует об увеличении перемещения металла в поперечном направлении. Соответственно, уровень поперечных напряжений сжатия приближается к нулю (аналогичные напряжения при прокатке в первой клети имеют значение около -2,5 МПа). Очевидно, последующее увеличение обжатия при бескалибровой прокатке (свыше 40 %) приведет к появлению растягивающих напряжений на свободной боковой поверхности, образованию и развитию дефектов.

Таким образом, проведенными исследованиями установлено, что при бескалибровой прокатке с относительными обжатиями за проход до 40...45% напряженно-деформированное состояние полосы является благоприятным.

В четвертой главе исследовано влияние бескалибровой прокатки на геометрические параметры и качество поверхности полос. Для предотвращения потери устойчивости при БКП необходимо использовать удерживающую арматуру. При ее проек-

тировании следует учитывать силовые воздействия со стороны прокатываемого металла. Сваливающий момент, вызывающий потерю устойчивости полосы, может появляться по различным причинам. В работе проанализированы две из них, на наш взгляд наиболее важные: задача полосы в валки с некоторым перекосом сечения или с искаженЕЮЙ формой поперечного сечения. Кроме того, рассмотрено изменение сваливающего момента при неустановившемся режиме прокатки, т.е. от момента захвата до момента выхода полосы из очага деформации.

Текущее значение сваливающего момента Мх, возникающего в результате задачи полосы с некоторым перекосом, представляли как

Мх=Р*Рхх1х ,

РВЧЯхВ

= /хрхКк

В 2

ДА'

х8.

где р - среднее удельное давление;

Рх - текущая площадь контакта;

/д. - расстояние между центрами тяжести горизонтальных проекций поверхностей контакта полосы с верхним и нижним валками.

Выражение для сваливающего момента удобнее иметь в относительной форме, поэтому Рх выразили через относительную площадь К^, представляющую собой функцию от относительной координаты ( х ). Аналогично преобразовали текущее значение плеча 1Х.

В результате преобразований получили итоговые зависимости для определения величины сваливающего момента:

Мх = Мтн хрх ВЧВхВ ,

где Мот = у -^ - относительный сваливающий момент;

II - радиус валков.

Анализ полученных уравнений показывает, что величина Мх зависит от угла перекоса а, отношения Н/В, относительного обжатия ДЬ/Н, координаты х. Величина сваливающего момента при установившемся процессе интенсивно растет с увеличе-

В

Ч

нием а, Н/В и в меньшей степени зависит от относительного обжатия ЛЬ/51. Определены параметры прокатки, обеспечивающие хорошую устойчивость полосы в гладких валках.

Кроме вышеуказанных факторов на величину сваливающего момента оказывают влияние силы трения в очаге деформации. Получена зависимость для определения момента трения в относительной форме:

M„s (н х [да1 , -

М TP ПТН - -, , = / х р х Кгк---J- х а.

TF0T" РБ7Лыв к\в 24 В 1

Суммарный момент определяется из выражения:

/

/

■■К,

В J

Н X Ah\ .

----,- х<5

В 2 V В

Полученные зависимости использовали при расчете сваливающих моментов в черновых клетях стана 300 №3 ОАО "ММК" и для обжимной группы клетей стана 150 ОАО "БМК", а также при конструировании привалковой арматуры для осуществления БКП в черновых клетях указанных станов.

Для выявления возможности реализации БКП на промышленном стане 300 №3 ОАО "ММК" было проведено исследование этого процесса в лабораторных условиях. Оно позволило предварительно определить отношение высоты раската к его ширине, способствующее устойчивой БКП для различных проходов. Это отношение менялось от 1,55..1,64 во втором проходе до 3,04..4,02 в пятом. В целом вытяжная способность прокатки в гладких валках обеспечивает в конечном итоге получение профиля заданного поперечного сечения. Разность диагоналей поперечного сечения прокатанных полос не превышала 1,5 мм или 1,7.%. Ни одного случая сваливания или скручивания не наблюдали. В целом результаты опытной прокатки позволили сделать вывод о возможности использования БКП для производства сортовых профилей. При этом качество поверхности прокатанных полос, их геометрические характеристики, а также дефектность, видимо, не должны быть хуже, чем при традиционной прокатке в калибрах. Окончательный ответ на этот вопрос должны были дать промышленные исследования БКП и ее влияния на качество полос.

Такие исследования в конце 80-х годов впервые были проведены на стане 300 №3 ОАО "ММК". Опробование новой технологии проводили на первых четырех клетях при прокатке заготовки сечением 64x64мм. Для удерживания полос от свалива-

мня использовалась специально изготовленная арматура. Установлено, что раскаты имеют правильную форму сечения. Разность диагоналей не превышает 0,8.. 1,5 мм. На раскатах полностью отсутствуют поверхностные дефекты типа "закат", "подрез", "лахпас". Качество полученного проката соответствует требованиям нормативно-технических документов.

Дальнейшее промышленное исследование влияния бескалибровой прокатки на качество раската проводилось на более современном стане 150 ОАО " Белорецкий металлургический комбинат ". Для этого конструкцию проводковой арматуры усовершенствовали для работы в существенно новых условиях, а также разработали калибровку для первых четырех клетей обжимной группы.

Наличие дефектов проверяли по пробам, взятым перед группой чистовых блоков, а также от готовых бунтов. После сплошной абразивной обработки образцы подвергали визуальному осмотру, а затем испытаниям в условиях центральной заводской лаборатории. Исследования выявили поверхностные дефекты типа "плена", "рвань ", " риска ". Эти дефекты связаны в первую очередь с качеством прокатываемой заготовки и несовершенством оборудования, а не с применением бескалибровой прокатки. Такие дефекты как " подрез ", " лампас ", " закат ", трещины на полосах полностью отсутствуют.

Таким образом, использование бескалибровой прокатки в первых клетях обжимной группы как на старом оборудовании (стан 300 №3 ММК), так и на относительно новом (стан 150 БМК) позволяет получать полосы более высокого качества, чем при прокатке в калибрах.

В пятой главе результаты исследований использованы для совершенствования технологических процессов действующих сортовых производств ОАО "ММК" и ОАО "БМК".

В частности:

-внедрены технологические режимы прокатки сортовой стали, включающие различные температурно-деформационные условия в зависимости от хим. состава и сортамента; эти режимы позволили повысить потребительские свойства готового проката (пат. №№ 2072174, 2074549, 2074548, 2075848, 2075865);

- освоено микролегирование сортовой стали и найдены режимы термомеханической обработки, что позволило производить арматурный профиль с повышенными

потребительскими свойствами из углеродистых сталей (по ГОСТ. >9281-89 взамен ГОСТ380-94); усовершенствован режим охлаждения валков и полос сортовых станов (пат. №2063599);

- разработаны и внедрены режимы бескалибровой прокатки в первых четырех клетях стана 300 №3 ОАО "ММК" и в четырех клетях стана 150 ОАО "БМК", позволяющие получать продукцию повышенного качества с меньшими затратами;

- для успешного осуществления технологического'процесса БКП изготовлена и внедрена специальная удерживающая арматура (а.с. СССР № 1435351 );

-проведены дополнительные промышленные исследования качества полос, прокатываемых на стане 150 ОАО "БМК", которые подтвердили перспективность использования способа бескалибровой прокатки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. С использованием методологии вычислительных экспериментов получены зависимости, связывающие потребительские свойства готовой продукции (величину зерна, механические свойства) с параметрами сортовой прокатки. Полученные зависимости использованы для корректировки режимов прокатки с целью обеспечения заданных свойств.

2. Разработан и внедрен комплекс мероприятий, направленных на повышение потребительских свойств конкретных партий металлопроката. В частности, предложены температурно-деформационные режимы прокатки для различных марок сталей, режимы нагрева и охлаждения металла. -

3. Установлено, что напряженно-деформированное состояние полосы при прокатке в калибрах и на гладкой бочке имеет существенно неравномерный характер, а напряженное состояние изменяется от разноименной схемы в начале очага деформации до схемы всестороннего сжатия по сечению на его выходе.

4. При прокатке в валках с гладкой бочкой обжатия не должны превышать 40..45%, в противном случае на свободной поверхности возникают растягивающие напряжения, способствующие развитию дефектов.

5. Разработано микролегирование сортовой стали и режимы термомеханической обработки, позволяющие получать продукцию из углеродистых сталей взамен низколегированных.

6. Внедрена технология бескалибровой прокатки на различных сортовых станах, позволяющая получать продукцию повышенного качества. Разработана и установлена на промышленных станах удерживающая арматура для реализации стабильного процесса бескалибровой прокатки.

7. Проведенные исследования и их внедрение позволили в условиях ОАО "ММК" снизить количество брака на сортовых станах в среднем на. 17.%, а также увеличить на 6,5% выпуск продукции из углеродистых сталей с уровнем механических свойств, соответствующим уровню свойств низколегированных сталей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

В книгах:

1. Технология производства качественной заготовки / Крупский Е.А., Масленников В.А., Рашников В.Ф., Морозов A.A. - М.:Металлургия, 1993. - 144с.

2. Анализ текстур кубических поликристаллов (серия: "Сталь. Структура и свойства ", книга вторая) / Урцев В.Н., Рашников В.Ф., Морозов A.A. и др.-Магнитогорск, 1997,-93с.

3. Физические основы прочности и пластичности (серия: " Сталь. Структура и свойства ", книга третья ) / Горностырев Ю.Н., Рашников В.Ф., Морозов A.A. и др.-Магнитогорск, 1998,- 108с.

4. Бескалибровая прокатка сортовых профилей / Кандауров Л.Е., Никифоров Б.А., Морозов A.A., Белан А.К.- Магнитогорск, 1998.-125с.

В статьях:

5. Совершенствование режима охлаждения валков прокатных станов / Боровков И.В., Фиркович А.Ю., Масленников В.А., Морозов A.A. и др. // Сталь. -1991. - №2.-С.57-58.

6. Освоение производства профиля для скребков сельскохозяйственных конвейеров / Вергелес В.И., Логинов В.Г., Фурман Я.Б., Морозов A.A. и др. // Сталь. - 1992. - №3,-С.51-53.

7. Неустойчивость формы границ зерен при горячей деформации и образование зародышей динамической рекристаллизации / Капцан A.B., Горностырев Ю.Н.,Левит В.Н., Морозов A.A. // ФММ. 1994. -№78, вып.З. - С. 44-50.

8. The Features of Ferrite Transformation for Carbon Steel / V.Urtsev, A.Morozov, A.Kaptsan, V.Gornostyrev, S.Tulupov, F.Kaptsan // Proc. 49 International Congress on Metallurgy and Materials Technology, v 1, Physical Metallurgy, 1994, San Paulo, Brazil, 1994. - C.251-259.

9. Морозов A.A., Урцев B.H., Дегтярев В.H.,Текстурная неоднородность горячекатаной круглой стали //В кн.: Эффективные технологии, вып. 1. Сб. научн. тр. под ред. Сафронова М.Ф. - Магнитогорск, 1996. - С. 17-23.

10. Деформационное стимулирование аустенит-ферритного превращения / Морозов A.A., Урцев В.Н., Капцан A.B. и др. // В кн.: Совершенствование технологии на ОАО "ММК", вып. 1. -Магнитогорск, 1997. - С. 255-263.

11. Моделирование динамической рекристаллизации в сплавах с различной величиной энергии дефекта упаковки / Капцан A.B., Морозов A.A., Урцев В.Н. // В кн.: Совершенствование технологии на ОАО "ММК", вып.1. -Магнитогорск, 1997. - С. 264273.

12. Морозов A.A., Никифоров Б.А. Исследование возможности улучшения потребительских свойств сортового проката. //В кн.: Прогрессивные технологические процессы в обработке металлов давлением. Сб. научн. тр. под ред. Никифорова Б.А.Магнитогорск, 1997,-С. 141-143.

13 .Морозов A.A. Исследование качества полос при бескалибровой прокатке // В кн.: Обработка сплошных и слоистых материалов. Межвузовский сб. научн. трудов под ред. Г.С. Гуна. - Магнитогорск, МГМА, 1997. - С. 177-182.

14. Рашников В.Ф., .Морозов A.A. Физическая модель процесса формирования структуры для случаев горячей прокатки углеродистых и низколегированных сталей // В кн.: Обработка сплошных и слоистых материалов. Межвузовский сб. научн. трудов под ред. Г.С. Гуна. - Магнитогорск, МГМА, 1998. - С. 17-21.

15. Морозов A.A., Николаев O.A., Павлов B.B. и др. Анализ влияния способа выплавки стали на качество арматуры // В кн.: Обработка сплошных и слоистых материалов. Межвузовский сб. научн. трудов под ред. Г.С. Гуна. - Магнитогорск, МГМА, 1998. -С. 28-32.

16. Павлов В.В., Морозов A.A., Урцев В.Н. и др. Прочностные характеристики сортового проката из микролегированных сталей // В кн.: Обработка сплошных и слоистых материалов. Межвузовский сб. научн. трудов под ред. Г.С. Гуна. - Магнитогорск, МГМА, 1998. - С. 46-51.

17. Морозов A.A. Вычислительные эксперименты по влиянию режимов'горячей прокатки на структурное состояние сталей // В кн. : Моделирование и развитие технологических процессов обработки металлов давлением. Сборник, научн. трудов аспирантов и соискателей специальности ОМД. - Магнитогорск, МГМА, 1998. - С. 12-18:

18. Рашников В.Ф., Морозов A.A., Корнилов B.JI. и др. Влияние содержаши марганца на кинетику аустенит-ферритного превращения в низкоуглеродистых сталях. // В кн.: Моделирование и совершенствование процессов ОМД. Сборник, научн. трудов аспирантов и соискателей специальности ОМД. - Магнитогорск, МГМА, 1998. - С. 18-28.

19. Павлов В.В., Морозов A.A., Саранчук Н.В. и др. Влияние металлургических факторов на качество сортовой стали // В кн.: Моделирование и совершенствование процессов ОМД. Сборник, научн. трудов аспирантов и соискателей специальности ОМД. - Магнитогорск, МГМА, 1998. - С. 10-12.

20. Теоретическое описание и компьютерное моделирование кинетики аустенит-ферритного превращения / Морозов A.A., Капцан A.B.,Урцев В.Н. и др. // В кн.: Научный поиск в обработке давлением Сб. научн. тр. соискателей и аспирантов кафедры "Материаловедение, качество и сервис металлургических и машиностроительных технологий" под ред. Г.С.Гуна. - Магнитогорск, 1998. - С. 5-13.

21. Процессы обработки давлением в сквозных технологиях глубокой переработки металла на магнитогорском металлургическом комбинате / Рашников В.Ф., Сафронов М.Ф., Морозов A.A. и др. // Производство проката. - 1998. - С. 6-8.

22. Разработка технологии бескалибровой прокатки / Никифоров Б.А., Морозов A.A., Кандауров J1.E. и др. // Труды научно-технической конференции под ред. проф., д.т.н. Зиновьева A.B. - Москва, МИСиС, 1997. - С. 138-142.

В изобретениях:

23. Вводная проводковая арматура / Стариков А.И., Никифоров Б.А., Макарчук A.A., Морозов A.A. и др.// A.C. №1435351 (СССР) Опубл. в Б.И. №39, 1990.

24. Ролик для охлаждения движущегося проката / Морозов A.A., Мордвинцев И.П., Ахметзянов Ф.М. и др. // Пат.№2063599 (Россия). Опубл. в Б.И. №19, 1996.

25. Способ подготовки слитков к прокатке на блюминге / Сериков A.A., Морозов A.A., Крупский Е.А. и др. // Пат.№2055918 (Россия). Опубл. в Б.И. №19, 1996.

26. Способ производства проката из углеродистой стали /Сеничев Г.С., Морозов A.A., Шарипов Р.Ф., и др. // Пат. №2072174 (Россия). Опубл. в Б.И. №2, 1997

27. Способ горячей прокатки углеродистой мелкосортной стали / Стариков А.И., Морозов A.A., Ахметзянов Ф.М. и др. // Пат. №2074548 (Россия). Опубл. в Б.И. №6, 1997.

28. Способ прокатки круглой мелкосортной стали / Морозов A.A., Рашников В.Ф., Ахметзянов Ф.М. и др. // Пат.№2074549 (Россия). Опубл. в Б.И. №6, 1997.

29. Способ производства горячекатаной сортовой и листовой стали /Стариков А.И., Морозов A.A., Ахметзянов Ф.М. и др. // Пат. №2075848 (Россия). Опубл. в Б.И. №8, 1997.

30. Способ производства проката из углеродистой стали / Ахметзянов Ф.М., Морозов A.A., Носов С.К. и др.// Пат. №2075865 (Россия). Опубл. в Б.И. №8, 1997.