автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование и разработка технологических параметров производства горячекатаных полос

2 1\ ФЕВ 199?

На правах рукописи

БОБКОВ Евгений Борисович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ПОЛОС

Специальность 05.16.05 "Обработка металлов давлением"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Липецк 1997

Работа выполнена в Липецком государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор МУХИН Ю.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ПОЛУХИН В.П. кандидат технических наук, доцент ИВАННИКОВ Е.В.

Ведущее предприятие: ЦНИИчермет им И.П.Бардина, г.Москва

Защита состоится 6 марта 1997 г. в 1022 часов на заседании диссертационного совета Д064.22.02 в Липецком государственном техническом университете, 398055 г.Липецк, ул.Московская, 30, ауд. 601.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан _б февраля 1997 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. Актуальность работы. Вопросы экономии металлов, создания эффективных технологических процессов их обработки и повышения качества являются ключевыми для экономики. Для улучшения микроструктуры и механических свойств низкоуглеродистых и низколегированных сталей необходимо поддержание определённых температурных диапазонов конца прокатки и смотки в рулон, скорости охлаждения на отводящем рольганге. Использование математических моделей, позволяющих определять крити-, ческие точки полиморфного превращения и прогнозировать механические свойства стали, является весьма актуальным. Появляется возможность физически обоснованно оптимизировать температурный режим прокатки и режим ускоренного охлаждения, обеспечивать заданный комплекс механических свойств проката.

Цель работы. Повышение качества широкополосной стали на основе исследования закономерностей формирования структуры, механических свойств и совершенствования режимов горячей прокатки.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

- создание модели определения температур начала Агэ и окончания АГ1 полиморфного у—>а превращения при непрерывном охлаждении в низкоуглеродистых и низколегированных сталях;

- исследование влияния основных технологических параметров прокатки и химического состава стали на свойства и структуру горячекатаных полос из низкоуглеродистой и низколегированной стали;

- разработка, совершенствование и внедрение технологии горячей прокатки полос на непрерывном широкополосном стане горячей прокатки (НШС ГП) 2000 АО "НЛМК", обеспечивающей необходимый комплекс механических свойств.

Научная новизна. Разработана и адаптирована к реальным условиям прокатки статистическая модель определения критических температур Агз и Аг1 полиморфного у->а превращения для низколегированых и низкоуглеродистых сталей с учётом химического состава и скорости охлаждения

полосы. Предложено определять нижнюю границу температуры конца прокатки, исходя из температуры Агз ,скорости охлаждения; полосы на выходе из чистовой группы клетей и времени рекристаллизации; верхнюю границу температуры смотки - исходя из температуры Агь

Получены регрессионные уравнения количественной взаимосвязи между механическими свойствами полос, изменением химического состава стали от плавки к плавке и технологическими параметрами прокатки, позволившие разработать температурные режимы горячей прокатки, обеспечивающие повышение уровня и равномерности механических свойств.

Практическая ценность работы заключается в использовании полученных моделей для экспертной оценки технологических параметров прокатки на действующих НШС ГП, для оптимизации и корректировки существующих температурных режимов и в автоматизированных системах управления технологией горячей прокатки.

Реализация в промышленности. На основе полученных моделей скорректирована технологическая карта на прокатку низколегированной и низкоуглеродистой стали на НШС ГП 2000 АО "НЛМК" и внедрены температурные режимы прокатки полос из сталей по ГОСТ 16523 и ГОСТ 19282, позволившие улучшить качество продукции за счёт обеспечения требуемого комплекса механических свойств.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на научно-технической конференции "Теория и технология производства чугуна и стали" (г. Липецк, 1995 г.), Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 40-летию Липецкого государственного технического университета (г.Липецк, 1996 г.), Межгосударственной научно-технической конференции "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века" (г.Магнитогорск, 1996г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ в виде тезисов докладов и статей.

Объём работы. Диссертация состоит из 4 глав, изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу и 32 рисунка, приложения и список использованной литературы, включающий 157 наименований.

' ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

с~

. /

1. Состояние вопроса

На основе анализа литературных данных состояние вопроса о формировании механических свойств горячекатаных полос из углеродистых и низколегированных марок сталей можно кратко охарактеризовать следующим образом:

- основными факторами, определяющими микроструктуру и свойства горячекатаной листовой стали, являются химический состав стали, тем-пературно-дсформ лдионный режим прокатки и режим регулируемого ускоренного охлаждения на отводящем рольганге;

- получение комплекса свойств, удовлетворяющего всем требованиям, при помощи регламентации химического состава, без учёта особенностей производства и влияния технологии является некорректной задачей. В реальных условиях производства возможно множество различных вариантов комбинаций элементов химического состава стали, которые вызывают соответствуто щне измеиенняЧлзойсгв готового проката. Не доказано, что составы выпускаемых сталей идеально соответствуют существующей технологии горячей прокатки, и что сама эта технология не может быть улучшена;

- изменение химического состава, скорость охлаждения и деформационные режимы при прокатке оказывают существенное влияние на температуры начала Агз и окончания АГ| полиморфного у->а превращения в стали;

- температуры конца прокатки и смотки полосы в рулон являются основными регистрируемыми ■ й управляемыми параметрами в процессе горячей прокатки и ускоренного охлаждения на отводящем рольганге;

- для получения наилучшей конечной микроструктуры полос необходимо, чтобы душированис начиналось, когда металл находится в области однофазной аустенитной структуры, то есть температура конца прокатки должна быть несколько, выше температуры начала полиморфного превра-

щения Агз. Смотка полос в рулон должна производиться при температурах ниже точки окончания полиморфного превращения Агь Таким образом, рейперными точками при назначении температурных параметров горячей прокатки служат температуры начала Агз и окончания Ан полиморфного у->а превращения в стали;

- регулирование температуры смотки и скорости охлаждения полосы является эффективным методом управления механическими свойствами проката. Трудность оптимизации охлаждения состоит в том, что' каждый прокатный стан имеет свои конструктивные и компоновочные особенность, душируюдше установки различных конструкций с различной охлаждающей способностью, поэтому необходимо определять температурные условия прокатки и ускоренного охлаждения для каждого агрегата индивидуально; ■ .

- для прогноза механических свойств и урравления режимами горячей прокатки разрабатываются статистические модели, устанавливающие связь механических свойств или со структурным состоянием металла (размер зерна феррита, содержание пёрлпта и количество азота, находящегося в твердом растворе), или с химическим составом стали и ословными контролируемыми технологическими факторами. С точки зрения управления процессом горячей прокатки последний подход обладает очевидным преимуществом, так как при известном химическом составе стали возможен выбор температурного . режима, обеспечивающего стабильность свойств от плавки к плавке.

2. Взаимосвязь параметров горячей прокатки и кинетики распада переохлаждённого аустенита

Процесс рекристаллизации, который контролируется скоростью миграций высокоугловых границ или скоростью коалисценции субзёрен» требует для'своего развития определённого времени. Между тем, прч осуществлении большинства процессов горячей обработки, являющихся вы-

сокоскоростными, время, затрачиваемое на деформацию, оказывается меньшим, чем время, необходимое для осуществления рекристаллизации. Характер возникающих при горячей прокатке изменений тонкого строения будет определяться соотношением между временем, затрачиваемым на горячую деформацию, и временем, необходимым для развития рекристаллизации.

Для оценки влияния исходного состояния зерна аустенита на структуру проката в лабораторных условиях проведена прокатка образцов из стали марки 09Г2С. Двукратной деформацией добивались, чтобы в момент начала превращения аустенит был в рекристаллизованном или нерекри-сталлизо'ванном состоянии. 'Гемпературно-деформационные режимы прокатки рассчитаны на основе многомерной модели рекристаллизации стали 09Г2С, предложенной Лйзуновым В.И., Шкатовым В.В. и др.

Исследование микроструктуры методом ориентированных секущих в плоскостях, параллельных и перпендикулярных направлению прокатки, проведено на автоматическом анализаторе структуры "ЕР1США1^Т". ' Согласно результатам металлографического анализа, степень рекристаллизации аустенита перед полиморфным превращением оказывает влияние на формирование феррито- перлитной структуры. Средний диаметр зёрен феррита, образовавшихся из наклёпанного аустенита, на 20-25 % меньше, чем в случае полной рекристаллизации аустенита. Зёрна феррита, полученные по обоим вариантам прокатки, изотропны и однородны. При этом колонии перлита вытянуты в направлении прокатки.

По. литературным данным не менее важное влияние на конечную структуру металлаг оказывают температуры окончания деформации и смотки ? рулон, которые определяются термокинетическими диаграммами.

По данным, подтверждаемым практикой производства горячеката-. ной стали, с целью получения однородного зерна в структуре, готового металла прокатку необходимо заканчивать в однофазной у-области, то есть температура конца прокатки Т™ должна быть выше температуры Агз- Учитывая широкий диапазон толщин прокатываемых полос на современных

НШСГП (1.2-16 мм), скорость охлаждения металла в последних межклетевых промежутках и на выходе из чистовой группы существенно различается. Это приводит к изменению температуры начала у-а превращения в случае одинакового химического состава. При изменениях химического состава в пределах ГОСТ задача разработки оптимальней технологии прокатки сводится к установлению диапазона допустимых значений температур конца прокатки 1 кп и смотки 1 см , обеспечивающих благоприятную структуру и соответствующие механические свойства листов.

Таким образом, вопросом первостепенной важности становится определение критических точек полиморфного у-нх превращения. Уровень -этих температур находится в сложной зависимости от множества факто-

• ров: химического состава стали, предварительной деформации аустенита, скорости охлаждения (характер зависимости от которой неодинаков для различных марок сталей), величины зерна аустенита и др.

С целью разработки математической модели, позволяющей рассчитать температуру Агз в зависимости от химического состава и скорости охлаждения, в качестве исходных данных использованы термокинетические диаграммы различных марок сталей, приведенное в атласе диаграмм Попова A.A., Поповой JI.E. и периодических изданиях.

Непосредственно с диаграмм были сняты пары значений: температура Агз - время, соответствующее начал/ превращения при охлаждении от температуры аустенизации с определенной скоростью. Так' как в создаваемой модели нас интересовала зависимость температуры Агз от скорости охлаждения (W), более удобная при технологических расчетах, сформировали массив исходных данных, включающих в себя значения

• температуры начала превращения, соответствующую ей скорость охлаждения • и химический состав стали. Анализ графических изображений A*r3=f(W) позволил определить , что такую.зависимость (рис. 1) можно описать уравнением следующего вида:

A>k'W + m'W1,n + Ar3, (1)

• где W - скорость охлаждения, °С/с;

Агз - изотермическое значение с учетом химического состава;

к, ш, п - коэффициенты.

К определению зависимости Аг3 от скорости охлаждения

900

О

о

£ 880

840

0.06 4.5 9.4 17.8 28.7 45.9 62.1

Скорость охлаждения, °С/с

, Рис.1

1 - по термокинетической диаграмме;

2 - линейная зависимость;

3 - по уравнению (1).

Для определения температуры Агз как функции химического состава стали применены методы математической статистики, реализованные на ЭВМ. В качестве исходных данных использовались справочные значения Агз и соответствующий им химический состав. В результате обработки информационного массива получены следующие уравнения регрессии: для низкоуглеродистых сталей Агз=913.7-207.13 [С]+0.92 [8^-46.6 [Мп]+110.54[Сг]-108.1 [№], (2)

для низколегированных сталей Агз=879.2-94.24[С]-21.13№]-25.56-[Мп]+47.71 [Сг]+16.44[Щ , (3)

где [С], [Б^, [Мп], [Сг] и [№] - содержание углерода, кремния, марганца, хрома и никеля соответственно, %.

Разбиение сталей на родственные группы (низкоуглеродистые и низколегированные) позволило получить достаточную точность уравне-

\

•

г\ X

ний (±5°С) коэффициент множественной детерминации ,здя уравнения (2) составляет Яа2=0.86, для уравнения (3) -11,13=0.91.

Значения коэффициентов к, т, п определены нелинейным методом наименьших квадратов для низколегированных и низкоуглеродистых сталей. .

С целью проверки достоверности модели проведен лабораторный эксперимент. Образцы из стали СтЗсп толщиной 2.5, 3.8 и 7.5 мм с зачека-ненной ХА-термопарой нагревали до 900 °С и затем охлаждали на воздухе до 500 °С. В процессе охлавдения температуры образцов регистрировались на КСП-4. Перегиб на кривой охлаждения свидетейьствовал о начале у-»а превращения (температура Агз). Результаты эксперимента приведены в табл.1.

Нижнюю границу температуры конца прокатки можно определить, исходя из следующего соотношения:

Тхп = А*гз+ \V-Tp, ; (4)

где - скорость охлаждения полосы на участке последняя клеть чистовой группы - первая включенная секция душирующей установки, "С/с;

тР - время рекристаллизации, с.

Температура Агз находится с учетом реального процесса прокатки пб • %

зависимости (2) и должна соответствовать началу ускоренного охлаждения. В соответствии с этим определяется номер первой включенной секции душирующей установки.

Время рекристаллизации зависит от температуры металла и степени наклепа. Для реальных условий прокатки на стане 200С время рекристаллизации низкоуглеродкетой стали составляет 3 - 5 с.

Скорость охлаждения зависит от толщины полосы, с увеличением которой от 2 до 10 мм скорость охлаждения на воздухе уменьшается от 16 до 5 °С/с. Исходя из уравнения (5), следует отметить, что расположение душирующей установки (или расстояние до первой включенной секции) должно

выбираться с учетом завершения первичной рекристаллизации и приближения температуры металла к началу полиморфного у-»а превращения.

Таблица 1

Экспериментальные Данные по охлаждению образцов из стали марки СтЗсп и расчётные значения Агз

Толщина образца, мм Содержание химических элементов,% Скорость охлажд., "С/с (Т>Аг3) Скорость охлажд., . "С/с (Т<Аг3) ' Аг3 опыт., °С А* расч., °С

С :5Ь Мп Сг №

2.5 0.13 0 08 0.38 0.01 0.02 12.1 3.84 744 747

3.8 0.16 0.21 0.46 0.05 0.05 8.75 3.28 746 741

7.5 0.10 0.22 0.56 0.02 0.02 4.72 1.75 751 759

Основным требованием к горячекатаной низколегированной и низу

коуглеродистой стали является высокая однородность и стабильность механических свойств как в пределах конкретных партий, так и в генеральной совокупности. При фиксированном уровне температуры конца прокатки от величины температуры смотки зависит интенсивность охлаждения полосы на отводящем рольганге. Чем ниже температура смотки, тем больше протяженность участка охлаждения водой и средняя скорость охлаждения, при этом можно попасть в область формирования бейнитной структуры, что сильно повышает прочностные свойства и снижает пластичность металла. Когда температура смотки выше температуры окончания превращения Ан, механические свойства полосы отличаются высокой неоднородностью. Это происходит из-за того, что структурные изменения продолжаются до завершения при малых скоростях охлаждения (внутренние витки рулона) и одновременно при более высоких скоростях (наружные витки). Поэтому смотка полос должна начинаться после завершения у->а превращения, то есть верхней границей Тсм является точка АГ|. В этом случае неизбежные колебания температурных режимов смотки полос значительно меньше сказываются на разбросе свойств как по длине полос, так и в пределах одной плавки.

С целью стабилизации комплекса механических свойств горячекатаных полос температуру смотки необходимо назначать отталкиваясь от значений температуры АГ1 и технических характеристик душирующей установки.

Аналогично модели, позволяющей рассчитать температуру Агз в зависимости от химического состава и скорости охлаждения, в качестве исходных данных для расчёта АГ| также использованы термокинетические диаграммы различных марок сталей. Непосредственно с диаграмм были сняты пары значений: температура Ан - время, соответствующее началу превращения при охлаждении от температуры аустенизации с определенной скоростью. Сформировали массив исходных данных, включающих в себя значения температуры окончания превращения, соответствующую ей скорость охлаждения и химический состав стали.

Анализ графических изображений А'г^ОУ) показал, что эти кривые подобны линиям А*гз=Г(\\0, следовательно, такую зависимость также можно описать уравнением вида:

А'[1=к|^ + Ш1^ш, + Аг1, (5)

где АГ1 - изотермическое значение с учетом химического состава; - скорость охлаждения, °С/с; к), пц, ш - коэффициенты.

Значения коэффициентов кь пи, щ определены нелинейным методом наименьших квадратов.

Значения температуры окончания полиморфного превращения для низколегированных и низкоуглеродистых сталей рассчитаны методами математической статистики:

для низкоуглеродистых сталей Аг1='741.7-7 13 [С]+16.26 [ЗД-14.09 [Мп]-Н 1.54[Сг]-49.69 [№}, (6)

для низколегированных сталей Аг1=729.2-9.24[С]+12.13 [81]-1.5.56[Мп]+17.71[Сг]-46.44[Ы1], . (?)

где [С], [Б]], [Мп], [Сг] и [№] - содержание углерода, кремния, марганца, хрома и никеля соответственно, %.

Достоверность модели проверена лабораторным экспериментом. Результаты эксперимента приведены в табл. 2. Анализ результатов показы-

вает высокую сходимость значений, рассчитанных по предлагаемой модели, и данных, полученных в ходе лабораторных экспериментов.

Таблица 2

Результаты эксперимента по охлаждению образцов из стали марки СтЗсп и расчётные значения Ан

Ско- Ско-

Тол- Содержание рость рость Аг1 А„

щина химических охлажд,, охлажд., опыт., расч.,

образ- элементов 4 "С/с °С/с °С °С

ца, (Т>Аг3) (Т<Аг3)

мм • • •

С Мп Сг N1

2.5 0.13 0.08 0.38 0.01 0.02 12.1 3.84 710.8 • 723

3.8 0.16 0.21 0.46 0.05 0.05 8.75 • 3.28 712.4 718

.7.5 0.10 0.22 0.56 0.02 0.02 4.72 1.75 715.7 721

Интервал МСЖДУ ТСМПСрЗТурЗ-МИ Ткп и Тем достаточно шйрок (150 - 200 °С), и варьирование в нём уровнем температуры смотки приводит к значительному изменению механических свойств готового проката вследствие колебания пропорций структурных составляющих - феррита, перлита и цементита. Поэтому, опираясь на значения АГ1 и критическую скорость охлажде ния можно определить верхнюю границу температуры смотки.

3. Совершенствование режимов прокатки горячекатаных полос из низкоуглеродистой и низколегированной стали на стане 2000.

Таким обра:»ом, по полученным результатам исследований можно назначать температуры конца прокатки и смотки полос в рулон. Однако на отводящем рольганге стана изменение температурного интервала ускоренного охлаждения может приводить к значительному изменению механических свойств готового проката;

В лабораторных условиях на двухклетевом стане 210 были проведены исследования по изучению влияния температур начала и окончания уско-

«

, ренного охлаждения на формирование механических свойств и микроструктуры сталей 09Г2С и СтЗсп.

Аустенизация проведена при температуре 1200 °С в течение 15 мин. После подстуживания на воздухе до 920-930 °С образцы помещали в печь с температурой 930 °С с целью выравнивания температуры по толщине. Прокатку в первой клети проводили при температуре 910-920 °С с относительным обжатием ei=30 %, а во второй - с обжатием 82=40 % до конечной толщины 3.5 мм. Температура окончания прокатки составляла 880-900 °С. До температуры начала душирования Твд образцы охлаждали на воздухе со скоростью 8-12 °С/с. Ускоренное охлаждение со скоростью 25-30 °С/с проводили в водном растворе костного клея. Температурно-временные параметры определены по кривым охлаждения образцов с зачеканенньши хромель-алюмелевыми термопарами.

Для оценки влияния температуры начала душирования ускоренное охлаждение проводили от трёх температур: 850, 790, 750 °С, которые соответствуют различным состояниям структуры, определяемым температурами превращений Агз и Ari. При этом температура окончания ускоренного охлаждения составляла 500 °С.

При исследовании влияния температуры окончания душирования ускоренное охлаждение заканчивали при 750, 710, 670,600 и 500 °С. Температура начала душирования при этом составляла 850 °С.

Механические свойства определены при испытании на растяжение в соответствии с ГОСТ 1497-84. Анализ структуры проведён на автоматическом анализаторе "EPIQUANT".

Металлографический анализ показал, что завершение ускоренного охлаждения до 600 °С и ниже приводит к образованию игольчатой или видманштеттовой микроструктуры. С понижением температуры окончания ускоренного охлаждения степень выраженности игольчатой структуры повышается.

В результате анализа механических свойств и микроструктуры можно сделать следующий вывод: температура окончания ускоренного охлажде-

ния проката из низколегированных сталей должна быть 620-630 °С, а низкоуглеродистых - 640-680 °С.

Температурные режимы прокатки металла разных марок и назначения на стане 2000 АО "HJIMK" регламентируются температурами конца прокатки Тип и смотки Тсм, определенными экспериментально. Как показал анализ результатов испытаний, в 2 - 20 % случаев прокат из стали СтЗсп толщиной 2 - 4 мм имеет временное сопротивление разрыву ав, превышающее верхний предел по ГОСТ 16523-89. В связи с этим на стане провели исследования температурно-скоростных режимов прокатки сталей СтЗсп и 09Г2С.

В целом для углеродистых сталей характерны следующие закономерности: повышение Ткп ухудшает прочностные и улучшает пластические свойства горячекатаных полос; снижение Тсм в определенных пределах увеличивает прочность полос и несущественно влияет на относительное удлинение. Таким образом, значения временного сопротивления выше верхнего предела и свидетельствуют об относительно низких значениях Ткп и Тсм.

Результаты анализа качества горячекатаных полос толщиной 4-8 мм из стали 09Г2С показали, что в 7 - 20 % случаев временное сопротивление меньше нижнего предела по ГОСТ 5521 -86. Исследование температурных условий прокатки стали толщиной 4 - 12 мм свидетельствует о том, что получить низкие температуры смотки особенно при толщине 6 - 12 мм затруднительно из-за ограниченных технических возможностей душирующей ' установки. В этом заключается одна из причин низких значений временного сопротивления.

Известно существенное влияние химического состава стали на механические свойства горячекатаных полос. Естественно предположить, что на нестабильность уровня механических свойств рассматриваемых сталей влияют колебания химического состава. Так, при прокатке полос из стали СтЗсп, содержащих 0.12 % С; 0.24 % Si; 0.61 % Мп, при Т*п=860 вС и Тсм=630 °С получили следующие механические характеристики: аа=432 Н/мм2; стг=322 Н/мм2; 5s=33.7 %. При прокатке же полос,'содержащих 0.22' % С; 0.20 % Si; 0.48% Мп, при Тк„ = 860 °С и Т™ = 635 °С -

ав=538 Н/мм2; от=380.5 Н/мм2; 55=26.7 %. В условиях НШС ГП 2000 было проведено исследование колебаний химического состава стали марок 09Г2С и СтЗсп. Анализ данных показал, что при переходе от плавки к плавке колебание химических элементов (в пределах ГОСТ) значительное, однако это не учитывается при назначении параметре в прокатки, так как технологические режимы разработаны для средних значений элементов.

Для определения приемлемых в условиях стана 2000 АО "НЛМК" температурных режимов установили количественную взаимосвязь между

механическими свойствами полос, колебаниями химического состава сля-

»

бов и технологическими параметрами прокатки. Используя аппарат линейного корреляционного и регрессионного анализа, обработали массивы данных о 843 плавках стали СтЗсп и 176 плавках стали 09Г2С.

Наличие линейной связи ' между выход! 1ыми параметрами (механическими характеристиками горячекатаного листа) и входными пе-• ременными (Ткп,Тсм и содержанием химических элементов в стали) определяли с помощью корреляционного анализа. Матрица коэффициентов корреляции отражает существенное влияние на механические свойства технологических параметров (например, коэффициент корреляции между стт и Тип составляет 0.75) и химического состава стали (коэффициенты корреляции между содержанием [С],1Б1],[Мп] и ов соответственно III =0.51,112=0.69 и 113=0,72). Связь между температурой конца прокатки и временным сопротивлением разрыву для данного факторного пространства не выявили.

Для сталей СтЗсп и 09Г2С получили следующие линейные регрессионные уравнения:

От=608.58+368.48[С]+11.07[80+41.55[Мп]-0.206Ткп-0.284Тсм; (8) ав=534.79+537.04[С]+3.9[81]+73.89[Мп]-0.323Тс„; (9)

§5=36.31-49.94[С]-4.91 [81]-1.49 [Мп]-0.01Ткп-0.('23 Тем. (10)

где От - предел текучести, Н/мм2; [С], [55], [Мп] - содержание углерода, кремния, марганца соответственно, %;

Тип, Тем - температуры конца прокатки и смотки, °С; •

ств - временное сопротивление разрыву, Н/мм2; - относительное удлинение, %.

Коэффициенты множественной детерминации для уравнений (8),(9) и (10) составляют К<ц=0.96,1^2=0.84 и 1^3=0.65 соответственно. Полученные результаты подтверждают большое влияние температурных параметров прокатки Тт и Тс« на механические свойства горячекатаных полос.

Для адаптации полученной модели к промышленным условиям и корректировки действующей технологии на стане 2000 экспериментально исследовали температурно-скоростные режимы прокатки. Провели опытную прокатку полос 2.5x1250 мм из стали СтЗсп по двум режимам: первая партия - Ткп=810 °С и Тс„=610 »С; вторая - ТКп=850 °С и Т1И=620 «с. Химический состав плавок обеих партий в среднем был одинаковый (пробы отбирали в нескольких точках по длине полосы). В первой партии получили следующие показатели механических свойств: ат=362-451Н/мм2, 08=470-558 Н/мм2, 85 =20-30 %. Почти весь металл имел завышенные показатели прочности. Во второй партии показатели механических свойств всех полос соответствовали, требованиям ГОСТ 16523-89: /7Т=333 Н/мм2, 08=446 Н/мм2, 65=26.5 %. Полученные уравнения позволяют прогнозировать уровень, механических свойств горячекатаного проката по химическому составу и корректировать температурный режим прокатки.

Таким образом, для полос из спокойной стали с учетом высоких скоростей охлаждения при прокатке тонких полос, вызывающих снижение точки начала превращения аустенита, можно рекомендовать следующие диапазоны:

Н, мм 2.0-2.4 2.5-3.9 4.0-12.0

Полученная математическая модель связи механических свойств с параметрами прокатки и химическим составом стали адекватна и адапти-

Ткп,-°С. Том,«С

820-860 620-660

840-880 630-670

850-900 640-680

рована к промышленным-условиям. Возможно применение модели на аналогичных стан! х для прокатки рассматриваемого сортамента.

Внедрение в производство современного отечественного и импортного оборудования в прокатных цехах предъявляет значительно более высокие требования к качеству металла, его чистоте по неметаллическим включениям, содержанию газов, стабильности его свойств и гарантированному химическому составу в узких пределах.

Одним из путей решения этих задач является использование различных вариантов рафинирования металла и, в частности, вакуумирования стали. Проведено исследование влияния поточного вакуумирования на качество толстого листа из литых слябов стали марки 09Г2С. Основная проблема получения листа толщиной 25-50 мм - обеспечение качественной макроструктуры без расслоя. .

Сталь марки 09Г2С выплавляли и разливали с поточным вакуумиро-ванием на АО "НЛМЮ в ККЦ-2 но действующим технологическим инструкциям. Производство листа толщиной 30-50 мм осуществляли на металлургическом комбинате "Азовсталь" по действующей технологической инструкции с выборочным прозвучиванием в потоке на установке "КРАУТ-КРЕМЕР" по нормам 4 класса ГОСТ 22727.-77, а часть листов прозвучивали вне потока на установке "ДУЭТ" по требованиям 1 класса ГОСТ 22727-77.

Анализируя полученные результаты можно сказать, что поточное ва-куумирование стали 09Г2С позволяет обеспечить повышение чистоты стали по неметаллическим включениям (особенно крупный, диаметром более 40 мкм), снизить содержание газов и повысить выход годного при производстве толстого горячекатаного листа. ^

4. Промышленное опробование и внедрение технологии горячей прокатки

Температурные режимы горячей прокатки полос толщиной 4-12 мм на стане 2000 определялись технологической картой, исходя из обеспече-

ния высокой производительности стана. При этом температуры конца прокатки имеют высокие-значения, что затрудняет обеспечение низкк* температур смо гки Особенно это сказывается пр*и высоком темпе прокат^ кя, когда температура зоды в душируюшей установке возрастает и снижается сё охлаждающая способность. Следует отметить также, что необоснованное расширение диапазонов температур приводит к увеличению рассеяния значений механических свойств.

Анализ механических свойств проката из стали 09Г2С по сдаточным испытаниям показал, что временное сопротивление разрыву у 19.4 % .полос, а предел текучести у 2.5% полос находятся ниже уровня, регламен-. тированного ГОСТ 19282-73. Если учесть, что образцы для сдаточных испытаний соответствуют наружному витку рулона, уровень которого выше, чем у основной час-';и рулона, то несоответствие ст андарту по Ов и ат составит' ещё большую долю. Пластические характеристики механических _ свойств удовлетворяли требованиям ГОСТ 19282-73 (85 в среднем на 30 % превышает трсбования стандарта).

Стали марок Сг2сге и СтЗсп (Ь~2 - 6 мм), прокатанные по режимам позиции 2 технологической карты, ь 2-25 % случаев обладают временным сопротивлением разрыву <7В, превышающим верхний предел по ГОСТ 16523-70. ' •

Основными факторами, формирующими структуру и свойства горячекатаных полос при высокой скорости прокатки, характерной для стана 2000, являются: химический состав стали, температурные режимы прокатки. По полученным моделям, 'задаваясь отклонениями значений механиче-' ских свойств в пределах ГОСТ, были определены температурные интервалы конца прокатки и смотки.

Для отработки технологических параметров на НШС ГП 2000 проведена опытная прокг.тка полос стали СтЗсп (2х!250 мм). Первая партия была прокатана по режимам действующей технологической карты -Ткп=810 °С и Тсм=6Ш-°С; вторая - по опытным режимам Тш=850 °С и Тсм=620 °С. Хт миче :кий состав плавок первой и второй монтажных партий

2(J

в среднем был одинаков (пробы отбирались в нескольких точках по длине полос). В первом случае получили следующие показатели механических свойств: временное сопротивление разрыву ов=470-558 Н/мм2, предел текучести <т7—362-451 Н/мм2, относительное удлинение 5з=20-30 %. Почти весь металл имел завышенные показатели по прочности. Во> второй партии показатели механических свойств всех полос соответствовали требованиям ГОСТ 16523-70. Средние показатели механических свойств харатеризуются следующими значениями: временное сопротивление разрыву сь=446 Н/мм2, предел текучести Ст=333 Н/мм2, относительное удлинение 5s=26.5 %.

Провели также опытную прокатку полос стали 09Г2С. Механические свойства определяли на образцах, отобранных от средних витков рулонов. Улучшения прочностных характеристик проката стали 09Г2С можно достичь путем снижения температуры конца прокатки до 780-820 °С и ограничения температуры смотки до 610 °С.

Изменение температурных интервалов в технологической карте оценено на базе модели определения критических температур . (уравнения 1 - 7), исходя из условия получения необходимых механических свойств при минимальном содержании углерода, кремния и марганца в ■ стали СтЗсп по ГОСТ 380 (см.рис.2).

Температурные условия прокатки стали Ст.Зсп

" 880

к?

Й 860

% 840

с.

cd

g 820 _ * о

| 300

в

8- 780

а

§ 760

н 2 4 6 8 10 12 2 Ф 6 8 10 12

Толщина, мм __ Толщина, мм

Ркс. 2 ' -i^jy^i - технологическая карта;

1,2- нижняя и верхняя границы температур по предлагаемой модели.

72,0 700 680

g. 660 Ü 640

620

6ПП

г

i t

1 ш Л\Ч \\\ \\\

По полученным результатам исследований произведена коррекция технологической карты. Как было показано выше, ряд позиций технологической карты имеют совпадающие температурные диапазоны прокатки и стандарты напрокат. В новой редакции они объединены(см.табл. 3).

Таблица 3

Технологическая карта на прокатку металла на стане 2000

Температура подката, °С (не менее) Температура, °С

№ позиций Марка стали Толщина полосы, мм за 5 клетью перед чистовой группой конца прокатки смотки в рулон

6 СтЗсп 2.0-2.4 2.5-3.9 4.0-12.0 1050 980 . 820-860 . 840-880 850-890 620-660 630-670 640-680

16 09Г2С 4.0-12.0 1050 980 780-820 570-610

Разработанные технологические режимы для прокатки углеродистых и низколегированных сталей внедрены в производство на стане 2000 АО "НЛМК". Результаты эксплуатации показали улучшение качества этой продукции и увеличение выпуска проката с ужесточенными показателями механических свойств.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В работе, применительно к непрерывным широкополосным станам горячей прокатки, проведены теоретические и экспериментальные исследования основных' закономерностей формирования структуры металла с учётом непрерывного охлаждения полосы, химического состава стали и деформационного режима прокатки в чистовой группе клетей из непрерывно литых слябов углеродистых и низколегированных сталей.

2. Лабораторными исследованиями установлено влияние исходного состояния зерна аустенита на микроструктуру. Из наклёпанного зерна аус-тенита образуется равноосный полигональный ферриг, средний диаметр которого на 20 - 25 % меньше, чем из рекристаллизованного. При этом колонии перлита вытянуты в направлении прокатки - коэффициент вытяну-тости зерна Ёп= 1.31 -1.61.

3. Разработана статистическая модель определения критических температур начала и окончания у—ж превращения для низкоуглеродистых и низколегированных сталей с учётом химического состава и скорости охлаждения полосы при прокатке в чистовой группе клетей.

4. Предложено определять нижнюю границу температуры конца прокатки исходя из температуры А\з, скорости охлаждения полосы на выходе из чистовой группы клетей и времени рекристаллизации; верхнюю границу температуры смотки исходя из температуры А\ь

5. Получены регрессионные уравнения, устанавливающие количественную взаимосвязь между механическими свойствами полос из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, изменением химического состава слябов и технологическими параметрами прокатки. Полученная математическая модель адекватна и адаптирована к промышленным условиям.

6. Проведены промышленные исследования по анализу технологической карты на прокатку низкоуглеродистой и низколегированной стали на НШС ГП 2000. На основе полученных моделей выполнена корректировка технологической карты и внедрены температурные режимы прокатки полос из 'низкоуглеродистых сталей обыкновенного качества по' ГОСТ 16523 и низколегированных сталей по ГОСТ 19282, позволившие улучшить качество продукции за счёт обеспечения требуемого комплекса механических свойств.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Белянский А.Д., Мухин Ю.А., Колпаков С.С., Бобков Е.Б., Соловьев В.Н. Совершенствование режимов прокатки горячекатаных полос на стане 2000//Сталь. 1993. N 8.-С. 45-48.

2. Мухин Ю.А., Белянский А.Д., Колпаков С.С., Мельников A.B., Бобков Е.Б. Улучшение комплекса механических свойств полос путем управления температурным режимом прокатки//Сталь. 1996. N2. -С.50-52.

3. Мухин Ю.А., Бобков Е.Б. -Взаимосвязь параметров горячей прокатки и кинетики распада переохлажденного аустенита // Известия вузов. Черная металлургия. 1996. N5. -С. 27-29.

4. Мухин Ю.А., Бобков Е.Б. Взаимосвязь параметров горячей прокатки и распада переохлажденного аустенита// Сб. тр.'научно-техн. конф. "Теория и технология производства чугуна и стали", поев. 90-летию со дня рождения Шарова С.И. Липецк. 1995. -С. 478.

5. Мухин Ю.А., Бобков Е.Б. Влияние рекристаллизации на микроструктуру стали марки 09Г2С // Сб. тезисов док. Всероссийской научно-техн. конф.; поев. 40-летию ЛГТУ. Липецк. 1996. -С. 43.