автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование влияния горячей пластической деформации на структурообразование стали и разработка режимов прокатки полос для получения заданных механических свойств

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ ИМ. ААБАЙКОВА

О 8 АВГ на правах рукописи

УДК 621.721.23

Ким Ке Сунг

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГОРЯЧЕЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ СТАЛИ И РАЗРАБОТКА РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ ПОЛОС ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАДАННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Специальность 05.16.05 - "Обработка металлов давлением"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1994

Работа выполнена в лаборатории пластической деформации металлических материалов Института металлургии им. А.А.Байкога РАН

Научный руководитель - чл.-корр. РАН Научный консультант - канд. техн. наук

Ефименко С.П. Трайно А.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук Лукашкин Н.Д.

Ведущее предприятие - АО Новолипецкий металлургический комбинат

час. на заседании специализированного совета Д 003.15.01 в Институте металлургии им. А.А.Байкова РАН по адресу: 117911, Москва, Ленинский пр., 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Автореферат разослан " " ККЫ9| 1994г.

канд. техн. наук

Бащенко А.П.

д.т.н.

Ученый секретарь

специализированного

Шелест А.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

^1У51!ьность_дабрты. Рост требований потребителей к качеству ли ггового металлопроката, особенно в части обеспечения заданного :омплекса механических свойств, необходимость снижения материа-ю~ и энергоемкости производства, а также повышения конкурентно-:пособности продукции придают актуальность совершенствованию ехнопогии прокатки на НШС. Современные стандарты, имеющие бопь-юе число градаций по уровням свойств, экономически стимулируют ювышение комплекса свойств сталей массового назначения посредс-вом использования новых технологических режимов листовой горя-ей прокатки.

Разработка технологических режимов горячей прокатки олос с заданным комплексом механических свойств на основе изу-ения структурообразования стали.

• На основе теоретических и экспериментальных ис-педований разработана методика прогнозирования изменений микро-труктуры стали в процессе пластического деформирования и охлаж-ения. Установлены количественные зависимости параметров микро-труктуры от режимов деформационно-термической обработки сталей, пределена взаимосвязь параметров микроструктуры с основными ме-аническими характеристиками листового проката. Экспериментально становлена возможность воздействия на качество горячекатаных олос изменением продолжительности последеформационной паузы и ажимом охлаждения на отводящем рольганге НШС.

2§!11ич§ская_уенность• Работа выполнена в соответствии с ГНТП лнистерства науки и технической политики РФ "Новые материалы", эрспективное направление "Металлические материалы", проект Зысокопрочные и хладостойкие стали массового назначения"- и эмитета металлургии РФ "Разработка режимов деформационно-эрмического упрочнения малоуглеродистых и низколегированных галей при производстве проката с заданным фазовым составом", юграммой совместных исследований ИМЕТ и института РИСТ

3

(Республика Корея).

В процессе выполнения работы реализована компьютерная модель НШС, позволяющая прогнозировать механические свойства горячекатаных полос, рассчитывать основные технологические режимь прокатки полос с заданными свойствами, создать интегрированнук систему автоматизированного управления качеством проката в реальном масштабе времени.

Проведена оптимизация марочного состава сталей по критерии минимальной себестоимости получения горячекатаных листов с заданной группой прочности по ГОСТ 16523.

Разработаны и испытаны новые технологические режимы прокатки полос из стали СтЗсп с повышенными на 20Х прочностными свойствами, а также режимы прокатки полос из стали 09Г2С с заданными сочетаниями прочности и пластичности.

Создан новый способ прокатки полос, обеспечивающий повышение стабильности механических свойств путем изменения режима охлаждения.

Р§ЭШ25УЙ2_Ё_ПВ9УУШленности. Алгоритм расчета структуро-образования и свойств проката внедрен на непрерывном широкополосном стане 2000 ЛПЦ-2 АО "Северсталь" (г. Череповец) в виде программно-технического комплекса управления технологией прокатки и аттестации механических свойств горячекатаной полосовой стали (АСУ "Мехсвойства проката"). Выход годного по механическим свойствам на партиях металла из сталей СтЗсп, 09Г2С, 17ГС, 10ХНДС, прокатанных по рекомендациям системы, составил 100*. 0Х®5йкауия_и_ап£обауия_работы. Основное содержание работы опубликовано в двух научных статьях и защищено решением о выдаче патента России на изобретение.

Материалы работы доложены и обсуждены на XIV конференции "Высокочистые вещества и металлические материалы на их основе" (Суздаль, 1993), расширенных коллоквиумах лаборатории пластической деформации металлических материалов ИМЕТ (Москва, 1993, 1994 гг.).

Объем__работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, за-

4

лючения, списка использованных литературных источников аименований, изложена на 131 странице машинописного одержит 23 рисунка, 24 таблицы и приложение.

из 102

текста,

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Аналитический обзор литературы и постановка задачи исследований

В первой главе работы рассмотрены режимы горячей прокатки олос с заданным комплексом механических свойств, определены ричины их нестабильности. Дан анализ существующих методик моде-ирования структурообразования и свойств горячекатаного листово-о проката, а также систем управления качеством горячекатаных олос. Показано, что в настоящее время применяют главным образом ва Типа моделей прогнозирования механических свойств горячека-аных полос: статистические и металлофизические. Установлено, то металлофизические модели обладают существенными преимущест-ами перед статистическими, однако из-за отсутствия детерминиро-анных зависимостей трансформации микроструктуры стали в процес-е горячей прокатки полос на НШС их реализация в настоящее время атруднена.

Исходя из этого, в работе были поставлены и решены следую-¡ие задачи:

1. В лабораторных условиях изучить механизмы трансформации 1икроструктуры малоуглеродистой и низколегированной стали под ействием пластической деформации, а также определить влияние емпературно-деформационных режимов на параметры микроструктуры.

2. С использованием результатов экспериментов уточнить ма-ематическую модель структурообразования при листовой горячей рокатке на КШС.

3. Разработать и испытать новые технологические режимы го-ячей прокатки полос из сталей массового назначения с заданным

5

комплексом механических свойств. На НШС 2000 реализовать систему расчета технологических параметров прокатки и прогнозирования механических свойств листов.

2. Материалы и методики проведения исследований

Для проведения экспериментальных исследований были выбраны стали СтЗсп, 09Г2С и сверхнизкоуглеродистая сталь класса El.CS (0,003-0,007Ж С). Выбор указанных групп сталей обусловлен тем, что первые две из них являются сталями массового назначения, имеющими наибольшую долю в сортаменте продукции НШС. Поэтому повышение эффективности производства листов из этих сталей обеспечит максимальный экономический эффект. Сталь класса El.CS является новым перспективным материалом, технология прокатки которой разрабатывается институтом РИСТ. Ожидается, что горячекатаный лист из этой стали будет обладать повышенной штампуемостью.

Выплавку опытных плавок сталей с заданным химическим составом осуществляли в вакуумной индукционной печи "Бальцерс", в качестве железного сырья использовали гранулированное карбонильное железо с содержанием углерода 0,00255, которые предварительно спекали в брикеты. Расплав разливали.в вакууме в слитки массой 10 кг, которые после охлаждения зачищали, ковали и прокатывали на заданный размер.

Определение температур фазовых превращений и изучение влияния режимов охлаждения на параметры микроструктуры проводили с использованием установки дифференциального термического анализа (ДТА), обеспечивающую скорость нагрева до 50°С/мин и регламентированное охлаждение со скоростью до 1000°С/с.

Микроструктуру и фазовый состав стали исследовали с помощью микроскопов "№ор1юп-2" и "ЕРЮиАЫТ". Границы аустенитных зерен выявляли после закалки стали с отпуском и травления шлифа в растворе пикриновой кислоты с добавлением 2% ПАВ "Синтол".

Механические свойства проката, полученного по различным те-

6

пературно-деформационным режимам, определяли на разрывной маши-е "Инстрон" в соответствии со стандартной методикой, регламен-ируемой ГОСТ 1497.

Горячую прокатку в лабораторных условиях осуществляли на ереверсивном одноклетевом стане дуо с диаметром рабочих валков 40 мм; скорость прокатки составляла 0,1 м/с, температура деформации 500-1300°С.

Опытную промышленную прокатку полос проводили на НШС 2000 с спользованием металла текущего сортамента.

3. Физическое моделирование процессов формирования микроструктуры стали при горячей прокатке

Преимущества, которыми обладают математические металлофизи-эские модели, можно реализовать только опираясь на эксперимен-альные данные, полученные при физическом моделировании структу-эобразования. Обусловлено это необходимостью использования в атематических моделях реальных значений констант и коэффициен-эв, а также поэтапной проверки адекватности применяемых при мо-злировании уравнений и их корректировки.

Для изучения структурообразования в стали был сконструиро-1Н и изготовлен узел деформирования образца, совмещенный с ра~ эчей камерой установки ДТА. Узел деформирования позволил осу-эствлять осадку исследуемого образца цилиндрической или кониче-сой формы в рабочей зоне нагревателя камеры (рис. 1).

Непрерывность деформации по объему образца, характерная для юцесса осадки, приводит к неравномерности структурообразования свойств металла. Это привело к необходимости проведения расче->в накопленной степени деформации в заданной точке сечения об-1зца.

Расчет накопленных степеней деформаций осуществляли с помо->ю компьютерной программы "Форм~2Д". Результаты расчетов осадки ¡разца трубчатой формы в виде поля изолиний представлены на с. 2. Из рис. 2 следует, что в средней по сечению части имеет-

7

Узел деформации образца установки ДТА

1-рабочая камера;

2-неподвижный боек;

3-деформируемый образец;

4-подвижный Боек;

5-нагрвватель;

6-рычаг привода;

7-индикатор перемещения подвижного бойка.

к измерителям температуры Рис. 11

Изолинии накопленной истинной деформации при осадке образца цилиндрической формы на 40Х

0,77

I

Рис. 2

ся зона со стабильной степенью накопленной деформации, ширина которой достаточна для металлографического измерения параметров микроструктуры и установления их зависимости от условий деформационно-термической обработки.

С помощью экспериментальной установки ДТА с деформированием образца проведены исследования влияния химического состава стали, скорости охлаждения деформированного металла и продолжительности последеформационной паузы на микроструктуру аустенита и свойства охлажденного металла. Одновременно с деформационно-термической обработкой образца в установке ДТА проводили его термический анализ для выявления зависимости температур начала и окончания фазовых превращений от его химического состава и режимов обработки.

Анализ результатов экспериментов показал, что при увеличении содержания упрочняющих элементов в стали СтЗсп при прочих равных условиях средний диаметр ферритного зерна остается постоянным, а количество этой фазы снижается с 84 до 74*, что сопровождается увеличением прочности на 25Х и снижением пластичности. Температуры начала ферритного и перлитного превращений снижаются на 10°С. Аналогичные серии экспериментов были проведены для сталей 09Г2С и El.CS.

Экспериментально установлен вид зависимостей температур начала фазовых превращений от скорости охлаждения деформированного металла. Следует отметить, что увеличение скорости охлаждения во всех случаях снижало температуру начала ферритного и перлитного превращений исследуемых сталей.

Сопоставление полученных результатов показало, что увеличение скорости охлаждения с 1 до 40°С/с оказывает на деформированную сталь такое же упрочняющее воздействие, как увеличение в ней от минимума до максимума (по соответствующему стандарту) содержания химических элементов. Это позволяет сделать важный для практики вывод о возможности компенсации нестабильности химического состава стали изменением скорости охлаждения полосы на отводящем рольганге.

Исследования влияния продолжительности последеформационно паузы на формирование микроструктуры и свойств показали следую щее. При условиях прокатки, характерных для последней кпети чис товой группы НШС, рекристаллизация аустенита завершается практически полностью через 4с. В дальнейшем, с увеличением продолжительности последеформационной паузы до 10с, завершается первичная и развивается собирательная рекристаллизация зерен аустенита, в результате чего их средний диаметр возрастает до 20-2! мкм. Отсюда следует, что изменением продолжительности последеформационной паузы можно воздействовать на характер микроструктурь аустенита и, как следствие, на механические свойства листовогс проката. С использованием полученных количественных зависимостеР был разработан новый способ прокатки полос, в котором продолжительность последеформационной паузы использована в качестве управляющего технологического параметра для стабилизации механических свойств проката.

С помощью установки ДТА, оснащенной узлом деформирования образца, построили изотермические диаграммы распада переохлажденного аустенита исследуемых сталей.

Использование экспериментальных изотермических диаграмм позволило' перейти к построению завершенной математической модели структурообразования стали в процессе горячей прокатки полос на НШС.

4. Математическое моделирование деформации, структурообразования и формирования механических свойств полос при прокатке на НШС*

Математическая модель структурообразования включает последовательный расчет этапов формирования микроструктуры и свойств стали в линии НШС:

* Работ.а выполнена совместно с Ноговицыным А.В.

10

- моделирование аустенизации стали при нагреве с расчетом размера аустенитного зерна в зависимости от времени изотермической выдержки и температуры;

- моделирование паратетров структуры аустенита в условиях изотермической и неизотермической многократной деформации;

- моделирование фазовых превращений и структурообразовани'я при ускоренном охлаждении полосы;

- расчет механических свойств проката, исходя из фазового состава стали и параметров микроструктуры.

Для построения математической модели необходимы также расчеты температурных, деформационных, энергосиловых и временных параметров технологического процесса прокатки на НШС. Удобным оказался подход, при котором осуществляют математическое моделирование элемента "прокатная клеть-последующий межклетевой промежуток". Для полного описания всей технологической линии, последовательную совокупность указанных элементов дополнили расчетом нагрева заготовок и регулируемого охлаждения прокатанной полосы.

Величина зерна микроструктуры, образующаяся в процессе нагрева сляба, определяется, главным образом, температурой нагрева, временем выдержки и химическим составом стали. Сопоставление результатов расчетов параметров аустенитного зерна с экспериментальными данными показало, возможность использования для практических расчетов зависимости, рекомендуемойя Б.В. Винокуром:

1п Р = ао + а, Та + а2 Т2 , (1)

2

где Р - средняя площадь аустенитного зерна, мкм ;

т - температура аустенизации, К;

а

ао"""а2 ~ коэффициенты, зависящие от химического состава стали.

Последующими расчетами установлено, что размер исходного аустенитного зерна не является критичным, т.к. его влияния ниве-

11

лируется через 2-3 первых прохода в черновых клетях.

Для расчета доли рекристаллизованного зерна аустенита поел деформации использовали методику Аврами:

X = 1 - ехр[ -Э (*0/*г)п 3 , (2!

где го - последеформационная пауза; хг - время рекристаллизации; Р, п - константы.

Значения констант Э и п определили методом обратного пере счета с использованием данных, полученных при физическом модели ровании на установке ДТА.

Температура прокатываемой полосы на протяжении всего про цесса прокатки монотонно снижается. Для того, чтобы учесть ней зотермический характер процесса и преодолеть трудности, обуслов ленные отсутствием данных по неизотермичекой трансформации аус тенита при деформационном циклировании, расчетную кривую охлаж дения металла представляли ступенчатой, состоящей и набора изо

термических выдержек Т1, Т2 ___ в промежутках времени t^, ..

Поскольку время первичной рекристаллизации равно соответственн! значениям rr1, zr2 ..., то предположили, что при каждой темпера туре Тн рекристаллизуется часть деформированного аустенита, про порциональная отношению Исходя из этого, доля рекри

сталлизованного аустенита к моменту времени определяете

из соотношения:

X. = 1 - ехр[ -Р ( £ —)п ] , (3

i т . п

а рост зерна аустенита d.. при собирательной рекристаллизации

моменту времени х - по формуле

di = dr С 1 + Ac In { S —) ]

(4)

где dr - диаметр рекристаллизованного зерна.

Формализацию процессов, происходящих в стали при ее охлаждении, осуществляли на основе экспериментальных данных, обобщенных в виде изотермических диаграмм превращения переохлажденного аустенита, полученных нами с помощью установки ДТА и заимствованных из справочной литературы.

Скорость превращения аустенита в феррит, перлит или бейнит подчиняется уравнению Аврами. Ключевыми для данной модели являются значения времени начала (tg) и конца (t^.) превращений при заданной температуре.

Для расчета изотермических диаграмм каждую из них представляли совокупностью пяти С-образных кривых и двух прямых линий в координатах log t - Т: начала образования феррита, начала и конца перлитного превращения, начала и конца бейнитного и мар-тенситного превращений. При математическом описании каждой С-образной кривой использовали координаты опорных точек, которые были вычислены методом множественного регрессионного анализа экспериментальных диаграмм изотермического распада аустенита. Коэффициенты корреляции полученных зависимостей оказались достаточно высокими (0,65-0,80), что позволяет использовать математическую модель для расчета диаграмм изотермического распада аустенита малоуглеродистых и низколегированных сталей.

Фазовый состав стали определяли в объемных долях каждой фазы по известной методике С.Лиска, в основу которой положено уравнение Аврами.

Для прогнозирования механических свойств стали, помимо ее фазового состава, необходимо знать дисперсность фаз, в частности, средний диаметр зерна феррита d^. и межпластинчатое рас-

13

стояние перлита Б0. Как показали наши эксперименты, размер фер-ритного зерна прямо зависит от размера зерна аустенита с!^ и от температуры распада аустенита: чем меньше размер аустенитного зерна и ниже температура превращения, тем мельче ферритное зерно.

Диаметр ферритного зерна определяли по методике Суэхиро:

с!.,, = [ 5,51х1010 а]'25 ехр(~ 21430 ) У2 ]1/3 , (5)

Т0,05

где V,, - объемная доля феррита;

Т0 05 - температура, при которой образуется 5Х феррита.

Сравнительные расчеты показали, что формула (5) с достаточной степенью адекватности отражает влияние структуры аустенита и хода фазового превращения на средний диаметр ферритного зерна.

Межпластинчатое расстояние перлита в0 определяется по зависимости, аналогичной (5):

Э = [ £ 18 - ] / V, , (б)

1 АС1 " Т1

где Уд - объемная доля перлита, образовавшегося при температуре Т^.

Сталь в холодном состоянии является гетерогенным сплавом, содержащим фазы с различными механическими свойствами. По аналогии с композитными материалами, свойства стали могут Быть определены объемом и свойствами отдельных фаз:

о - а V + ст V + сг V + « V + £ " .V . (7)

где а„, ск, - прочностные характеристики феррита,

г г Ь М

перлита, бейнита, матенсита; Ур, >/р, Ув> - объемные доли соответствукнцих фаз; °дт' ~ прочность и объем дисперсных частиц.

Свойства каждой фазы определяли исходя из химического состава и структуры, с учетом морфологии, дисперсности и наклепа.

Для расчетов пластичности за основу была взята известная зависимость:

+ Ь5 С

« = [ -5- 1 •

в

где а§, - константы;

С - содержание углерода в стали.

Константы, входящие в зависимость (8), были определены для исследуемых сталей из экспериментальных данных обратным пересчетом.

Ударную вязкость стали определяли по статистической зависимости, предложенной Бернштейном М.Л. и др.:

сг §5

кси+20 _ - > (9)

к

где к - эмперический коэффициь

Оценку достоверности математической модели формирования механических свойств проводили путем сравнения расчетных и опубликованных экспериментальных данных (рис.З). Сравнение показало, что модель позволяет адекватно описывать механизм формирования микроструктуры и механических свойств малоуглеродистых и низко-

15

Сопоставление результатов расчета прочностных свойств сталей Зол, 09Г2СФ, ОЭГ2ФБ с экспериментальными данными

МПа 700

600

500

400

СтЗоп

09Г2СФ

Ч 09Г2ФБ

_1_I_1_1_

500 700 900 500

700 900 500

ткп. °°

Рис. 3

700 900

- эксперимент

— пяр.дат

■_I

легированных сталей. Ошибка расчетов прочностных свойств не превышает 10*.

5. Разработка и испытание режимов горячей прокатки стальных полос с заданным комплексом механических свойств

Тенденция к изменению структуры потребления листового проката, а именно снижение количества заказов на прокат низких категорий качества и увеличение доли продукции, поставляемой на экспорт, привела к необходимости повышения качества листового проката, что в свою очередь, потребовало корректировки существующих и разработки новых режимов прокатки полос на НШС.

Применение стандарта ГОСТ 16523, регламентирующего только механические свойства полос, экономически стимулировало производство упрочненного проката из наиболее дешевых марок сталей. Расчеты, проведенные с помощью математической модели, позволили определить марочный сортамент сталей, который обеспечивает получение заданной группы прочности при минимальной себестоимости продукции.

Важным резервом экономии горячекатаного листового проката является поставка его потребителям с повышенным уровнем прочностных свойств. При этом повышение предела текучести на 20Х позволяет экономить 10-15Ж металла. Существующая технология прокатки упрочненных листов с гарантируемой прочностью (ГП) из стали СтЗсп не обеспечивает повышение ударной вязкости и стабильности свойств, что значительно сужает область применения упрочненного листа.

Математическая модель, построенная на основе исследований влияния пластической деформации на структурообразование стали, позволила рассчитать деформационные и температурные режимы прокатки полос из стали СтЗсп на НШС 2000. Было установлено, что увеличение на 20Х предела текучести при одновременном увеличении пластических свойств может быть достигнуто при следующем режиме прокатки: обжатие в последней клети £7=12-15Ж при Ткп = 790°С

17

поспедеформационная пауза 8-10 с - охлаждение водой со скоросты 20-25°С/с до 740°С - охлаждение на воздухе до 710°С - охлаждена водой со скоростью 8-10°С до 690°С - охлаждение на воздухе Д| Тем = 630°С.

В таБл.1 приведены результаты расчетов -механических свойст при прокатке по обычному режиму <0П), режиму прокатки с гарантируемой прочностью (ГП) и предлагаемому режиму (ПР) полос из стали одного химического состава.

Таблица

Режимы прокатки и свойства горячекатаных полос

Температура,°С Механические свойства

Режим - -

Ткп Тем <*в, «5, КСи+2°

МПа МПа Ж МДж/м2

оп 830 640 240 350 36 0,98

ГП 800 620 281 413 32 0,67

ПР 790 630 306 437 39 1,13

Анализ результатов расчетов позволил установить, что предлагаемый режим позволяет повысить прочностные свойства на 27! (по пределу текучести) по сравнению с прокаткой по обычному режиму. Одновременно с возрастанием прочностных свойств, достигается повышение пластичности и ударной вязкости. При прокатке п< режиму ГП пластические и вязкостные свойства металла ухудшаются Снижение Ткп привело к некоторому увеличению нагрузки чистовых клетей, однако их значения во всех случаях не превышал! допустимых. Для повышения скорости прокатки металла предложен« использовать систему межклетевого охлаждения полосы.

Эксперименты подтвердили, что предлагаемый режим позволяв-получать горячекатаные полосы с повышенной более чем на 20* про-

18

чностью, увеличенными показателями пластичности и ударной вязкости. Прокатка более холодного металла привела к увеличению расхода электроэнергии в чистовой группе клетей на 25-30Х. Однако эффект от экономии металлопроката значительно превышает эти дополнительные издержки.

В зависимости от назначения горячекатаных листов из низколегированной стали 09Г2С, потребители регламентируют необходимое сочетание прочностных и пластических характеристик (табл.2).

Таблица 2

Механические свойства полос из стали 09Г2С с различными уровнями свойств

Уровень о , с , 5

в то

свойств МПа МПа X

1 500*20 350*20 ^20

2 520*20 370*20 220

3 520*20 400*20 *20

4 500*20 400*20 а30

Математическая модель деформирования металла на НШС с учетом формирования механических свойств позволила рассчитать технологические режимы прокатки полос с заданным уровнем свойств. Скорость охлаждения полос на отводящем рольганге определяли удельным расходом охлаждающей воды Ф, а химический состав стали - углеродным эквивалентом Сэ- Расчеты показали, что требуемый комплекс свойств достигается при обжатии в последной клети е7=10,5-15,4*. Результаты расчетов остальных параметров представлены в табл.3.

Разработанные режимы проверяли с использованием активных и пассивных экспериментов на НШС 2000. Испытания показали, что

19

рассчитанные значения режимов обеспечивают получение заданног комплекса механических свойств.

Сверхнизкоуглеродистая сталь типа El.CS для штамповки должн иметь следующие свойства:

0 = 280-330 МПа, о = 100-240 МПа, 5С > 48*.

ВТО

Расчеты показали, что для обеспечения указанных свойст прокатку полос на НШС 2000 следует вести по режиму:

Ткп > 910°С - последеформационная пауза < 3 с - охлаждени со скоростью > 15°С/с до температуры смотки Тем = 660-720°С.

Таблица

Режимы прокатки полос из стали 09Г2С

Уровень н, с Ткп, Тем, Ф,

свойств мм S °С °С м3/м2 ч

1 4-5 не регл. 850 550*15 61

*0,16 850 550*15 103

>0,16 850 600*15 61

2 4-5 не регл. 800-830 530*15 71

6-9 *0,16 800 500*15 71

3 4-5 не регл. 800-830 530*15 71

6-9 *0,16 800 540*10 103

4-5 не регл. 800 565*15 71

6-7 не регл. 800 565*15 103

8-9 >0,17 800 465*15 71

4

Помимо расчетов технологических режимов горячей прокатки олос с заданными свойствами, математическая модель дефор-ирования металла на НШС с учетом структурообразования была спользована для автоматизированного управления качеством еталлопроката на НШС 2000 АО "Северсталь" в виде АСУ Мехсвойства проката"..Данная система позволяет решать следующие адачи:

- прогнозирование механических свойств полос по данным о имическом составе и параметрам базовой технологии;

- коррекция температурно-скоростных режимов прокатки для юлучения заданных свойств;

- переназначение плавки на другой заказ в случаях, когда 1евозможно получить заданные свойства;

- аттестация механических свойств проката по фактическим (анным о химическом составе и технологии прокатки.

Система АСУ "Мехсвойства проката" представляет собой прог-)аммно-технический комплекс, в состав которого входят автомати-¡ированные рабочие места "Склад слябов", "Фабрикатор ПРБ", "Пост вправления стана 2000", "Лаборатория механических испытаний", (омппекс вошел в состав цеховой системы управлением производст-эом и поставками продукции ЛПЦ-2.

Система функционирует следующим образом. Контропер ОТК вклада слябов вводит в АСУ информацию о металле и требуемом прокате. После проведения расчетов по модели структурообразования, работник ПРБ получает протокол расчета системой технологий прокатки и свойств всех плавок сменного графика. По мере посадки металла в печь, на моталки стана выдаются рассчитанные технологические режимы прокатки. Номера плавок, регомендуемых к переназначению, сообщаются в ПРБ. Номера партий металла, для которых необходима корректировка технологий, а также рекомендуемые режимы, передаются на АРМ "Пост управления стана 2000". Операторы с поста управления осуществляют изменение режима прокатки полос.

8 настоящее время данная система находится в опытно-

21

промышленной эксплуатации. Анализ результатов эксплуатации показал следующее. Установлено, что система выполняет корректировку температурных режимов всегда в правильном направлении. Применение системы привело к улучшению стабильности механических свойств по длине полос (неравномерность свойств снизилась на 5080 МПа). Выход годного по механическим свойствам на партиях металла, прокатанных в соответствии с рекомендациями системы, составил ЮОЖ. Надежность системы в режиме прогнозирования проверена по данным более 800 партий проката из сталей СтЗсп, 09Г2С, 17ГС, 1ОХСНД. Погрешность расчетов при определении прочностных характеристик не превышала ±7*.

ВЫВОДЫ

1. Анализ состояния и развития технологии производства горячекатаных полос показал необходимость и перспективность повышения механических свойств готового проката с помощью оптимизации режимов деформирования и последующего охлаждения металла. Выявлены основные технологические принципы формирования механических свойств горячекатаных листов. Показано, что математические модели деформирования металла с учетом структуро-образования являются наиболее перспективными для совершенствования технологии прокатного производства.

2. Разработана методика изучения формирования микроструктуры и свойств стали в процессах горячей пластической деформации. Для изучения структурообразования изготовлена экспериментальная установка на базе системы для дифференциального термического анализа, дополненной узлом деформирования образца.

3. С использованием экспериментальной установки проведены исследования и получены количественные зависимости влияния условий деформирования и охлаждения на параметры микроструктуры стали. Уточнены изотермические диаграммы распада аустенита сталей массового назначения. Показано, что продолжительность

22

последеформационной паузы и скорость охлаждения металла следует использовать в качестве регламентированных технологических параметров с целью формирования заданной микроструктуры и свойств листового проката. На этой основе предложены новые технические решения, признанные изобретением.

4. Разработана и реализована на основании результатов экспериментальных исследований математическая модель деформации с учетом структурообразования стали в процессе листовой горячей прокатки. Модель учитывает аустенитизацию стали при нагреве, изотермическое и неизотермическое деформирование аустенита, фазовые превращения в стали при охлаждении.

5. Предложена методика прогнозирования свойств и найдены зависимости основных механических характеристик горячекатаных листов от параметров микроструктуры.

6. Подтверждена адекватность математической модели деформирования металла и формирования микроструктуры и свойств горячекатаной листовой стали реальным процессам путем сравнения результатов расчетов с опубликованными данными экспериментальных исследований.

7. Разработаны и опробованы новые режимы прокатки полос из сталей массового назначения, обеспечивающие получение заданного комплекса механических свойств. Предложена структура системы автоматического управления качеством горячекатаных полос с использованием УВМ.

8. Результаты работы приняты к внедрению на непрерывном широкополосном стане 2000 ЛПЦ-2 АО "Северсталь".

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Моделирование формирования микроструктуры и свойств стали в процессах листовой горячей прокатки/ Ефименко С.П., Трайно А.И., Ким К.С., Ноговицын A.B.// Бюлл. Черная металлургия. 1993. -N 11. -С. 21-23

2. Способ горячей прокатки полос/ Агарышев А.И., Тишков

23

В.Я., Сергеев Е.П., Ким К.С., Дзарахохов К.З., Кузнецов В.В., Луканин Ю.В., Трайно А.И. Положительное решение по заявке на патент РФ N0.93050389/02 от 02.11.93.

3. Ефименко С.П., Ким К.С., Трайно А.И. Разработка режимов горячей прокатки листов с заданным комплексом механических свойств. Институт металлургии РАН; Москва, 1994, 12 е./ Рукопись деп. в институте "Черметинформация" 29.07.94, Ы5738-чм.

Отпечатано в типографии фирмы "ЭВТЕКТИКА- зак. 267/100

9А