автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.23, диссертация на тему:Повышение качества жести на основе совершенствования технологии ее производства и регламентации свойств подката

На правах рукописи

Ильина Наталья Николаевна

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЖЕСТИ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА И РЕГЛАМЕНТАЦИИ СВОЙСТВ ПОДКАТА

Специальность 05.02.23 — Стандартизация и управление качеством продукции (металлургия)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск - 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Чукин Михаил Витальевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Песин Александр Моисеевич

кандидат технических наук Смирнов Павел Николаевич

Ведущая организация:

ГНЦ ВНИИМЕТМАШ, г. Москва

Защита состоится 28 декабря 2006 г. в 1400 на заседании диссертационного совета К 212.111.03 при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГТУ, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан 27 ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

.А. Михайловский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Экономические и политические изменения в жизни Российской Федерации на рубеже XX века оказали влияние на состояние металлургической отрасли и промышленности в целом. Серьезные проблемы возникли в России при производстве жести всего необходимого сортамента в связи с отделением Казахстана и сокращением поставок с Карагандинского металлургического комбината (ОАО «Испат-Кармет»). Магнитогорский металлургический комбинат (ОАО «ММК») остался единственным производителем жести в России, однако комплекс технических и технологических проблем существенно ограничивает возможность производства жести с требуемыми на современном этапе качественными показателями готовой продукции. Следует отметить, что в настоящее время в России не производятся более экономичные виды жести, потребность в них удовлетворяется за счет импорта.

В тоже время темпы производства и потребления жести всех видов за рубежом опережают темпы производства и потребления листовой стали и проката. Ежегодный прирост производства жести в последние годы составляет 6...8 %, несмотря на то, что наметились тенденции замены стальной тары, особенно в пищевой промышленности, на тару, изготав-V ливаемую из полимеров.

При постоянно возрастающей интенсивности производства у потребителей жести к данному виду продукции предъявляются все более жесткие и постоянно возрастающие требования к таким показателям качества, как деформируемость, шероховатость, чистота поверхности, допуски по толщине и равномерность свойств. Достижение данных требований невозможно без разработки эффективно работающего механизма управления качеством готовой продукции, без совершенствования технологии производства и строгой регламентации показателей качества подката. В связи с этим важной и безусловно актуальной задачей является разработка эффективного подхода к управлению качеством жести, а также обоснование критерия, с помощью которого можно судить об эффективности такого управления.

Данная задача осложняется тем, что устаревшее оборудование ОАО «ММК» не обеспечивает выпуска сортамента жести, требуемого современными потребителями. Кроме того, в реальных условиях производства как сами показатели качества, так и технологические факторы, определяющие качество готовой продукции, носят случайно-вероятностный характер.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является повышение качества жести за счет регламентации свойств подката и совершенствования технологии ее производства на основе разра-

ботки эффективного алгоритма управления качеством по критерию соот-^ ветствия норм годности при стохастических значениях показателей каче-1ства.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

исследование соответствия показателей качества черной жести нормам, установленным в нормативных документах, и разработка критерия эффективности управления качеством черной жести;

регламентация состояния подката для жести по механическим свойствам готовой продукции с помощью поиска наилучших решений в условиях математической неопределенности;

регламентация состояния подката для жести по геометрическим параметрам готовой продукции, разработка структуры управления качеством геометрических показателей черной жести;

разработка технических и технологических решений совершенствования технологии производства жести с регламентированными показателями качества;

Научная новизна заключается в следующем;

1. Разработан обобщенный алгоритм повышения уровня качества жести, основанный на оценке эффективности технологического "управления по критерию соответствия норм годности в стохастическом пространстве значений показателей качества готовой продукции.

2. Предложен и формализован критерий соответствия норм годности как отношение вероятностей соответствия нормам годности текущего и желательного значений для каждого из показателей качества чертой жести.

3. Разработана процедура поиска наилучших параметров управления в технологии производства жести, а также регламентации свойств подката, обеспечивающих достижение максимума критерия соответствия норм годности.

Практическая ценность работы:

1. Разработаны и согласованы новые технические требования на горячекатаный подкат для производства качественной черной жести, регламентирующие:

- химический состав (содержание в стали углерода не боле 0,03 %, азота не более 0,005 %);

- значения механических свойств (предел текучести 280...320 Н/мм2; временное сопротивление 360...400 Н/мм2; относительное удлинение 30...34 %);

- микроструктуру (балл зерна феррита 9,10).

2. Повышен уровень качества черной жести за счет внедрения следующих технологических и технических мероприятий:

- рациональных режимов прокатки жести на пятиклетевом стане, полученных на основе совершенствования реологической модели для стали 08пс конвертерной выплавки ОАО «ММК»;

- рекомендаций по установке камеры nepecrapHBàHwi в линии агрегата непрерывного отжига за зоной ускоренного охлаждения для снижения роли старения в повышении твердости жести;

- новых режимов дрессировки жести для металла после различных видов отжига: для жести после отжига в колпаковых печах величина обжатий должна составлять 1,0...1,2 %, для жести после отжига в агрегате непрерывного отжига 1,4... 1,8 %.

Реализация работы. По результатам проведенных исследований разработаны и внесены изменения в действующие технологические инструкции «Холодная прокатка на пятиклетевом стане» ТИ-101-П-ХЛЗ-45 и «Дрессировка полос на двухклетевых станах ЛПЦ-3» ТИ-101-П-ХЛЗ-46.

В результате промышленной реализации разработанных мероприятий по улучшению плоскостности жести отсортировка по дефекту неплоскостность жести консервной в жесть общего назначения уменьшилась с 0,24 % до 0,13 % в год, т. е. отсортировка уменьшилась в 1,8 раза. Экономический эффект составил 147 тыс. руб. в год.

Результаты, полученные в ходе теоретических исследований по вопросам влияния основных технологических параметров на показатели качества черной жести, используются в учебном процессе ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» при подготовке инженеров специальности 150106 «Обработка металлов давлением» и 150108 «Композиционные и порошковые материалы, покрьЧтия».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены и обсуждены на Международных и Российских научно-технических конференциях: "Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства", Иркутск, 1996 г.; "Теория и технология процессов пластической деформации", Москва, 1997 г.; "Актуальные проблемы материаловедения металлургии", Новокузнецк, 1997 г.; "Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением", Магнитогорск, 2000 г.; IV конгресс прокатчиков, Магнитогорск, 2001 г.; "Наука. Техника. Инновации", Новосибирск, 2001 г.; на ежегодных научно-технических конференциях ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» с 2001 по 2005 гг.; на III и IV международных научно-технических конференциях молодых специалистов, Магнитогорск, 2003 г, 2004 гг.; На XXXVI Уральском семинаре по механике и процессам управления, Миасс, 2006 г.

Публикации. Результаты работы отражены в 19 публикациях, в т. ч. две в рецензируемых изданиях и две — без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Она содержит 125 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 16 таблиц, список литературы из 104 наименований, приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе проведен анализ требований стандартов к показателям качества черной жести, приводится краткое описание состояния производства жести на сегодняшний день. Проведен анализ существующих моделей управления качеством металлопродукции. Представлена глассификация задач поиска наилучших решений в условиях математической неопределенности и проанализированы методы их решения.

Обобщая представленные требования стандарта к показателям качества черной жести, разработана структурная схема показателей качества данного вида продукции. При формировании этой структурной схемы рассматривались только производственные показатели свойств, а именно, технические и технологические.

Несовершенство технологического процесса производства жести приводит к высокому количеству отходов, достигающему уровня до 1 % от объема производимого металла. Предварительный анализ причин столь значительного количества технологических отходов позволил определить, что основными показателями, определяющими данное положение, является отсутствие строгой регламентации свойств подката для жести, а также нерациональный выбор технологических режимов производства черной жести.

Проведенный анализ моделей управления качеством металлопродукции показал, что существующие модели управления качеством и критерии эффективности управления качеством не могут быть спроецированы на существующий процесс производства черной жести. Рассматривая I ггламентируемые параметры состояния подката для производства черной жести, установлено, что эти величины носят случайно-вероятностный характер. Задавая данные параметры в усредненной (детерминированной) форме, можно получить только приближенные решения их влияния на показатели качества. Причем сами значения показателей качества также принадлежат случайно-вероятностному пространству. Данный класс задач можно определить как поиск наилучшего решения в условиях стохастичности значений показателей качества. Приведенная классификация поиска наилучших решений процесса производства жести в условиях математической неопределенности позволила отнести их к

одноэтапным задачам перспективного программирования со статистическими ограничениями. В качестве метода решения выбран метод нелинейного программирования.

Во второй главе обоснована схема показателей качества черной жести, для чего исследована степень соответствия механических свойств, химического состава и геометрических параметров требованиям стандарта. Разработан критерий эффективности управления качеством черной жести. Произведена оценка случайных явлений при управлении качеством черной жести.

Согласно требованиям стандарта ISO 9000:2000 общую схему управления качеством черной жести можно представить в виде основных структурных блоков, представленных на рис. 1.

Общий алгоритм управления качеством продукции с помощью технологических и технических групп сводится к разработке критерия эффективности управления. В качестве такого показателя предложено и обосновано применение критерия соответствия норм годности, как отношение вероятности объема производимой продукции в диапазонах, регламентированных стандартом, к желательной вероятности соответствия показателя качества данным диапазонам

р[

Pt

где К™ - критерий соответствия норм годности для /-го показателя качества; Р™ - текущее значение вероятности соответствия /-го показателя качества нормам годности, регламентированных стандартом, Р/Сн € (0,1) ; Р(доп - желательная вероятность соответствия /-го показателя качества нормам годности, Р^оп € (0,1).

Тогда задача поиска наилучших значений свойств подката и параметров управления процессом производства жести сводится к процедуре максимизации критерия соответствия норм годности, т.е.

К™ —*тах. (2)

Выполнение требования (2) возможно только в случае соблюдения условия Р,™ —*тах. Поэтому для разработки алгоритма управления каче-

ством необходимо и достаточно установить взаимосвязь данной вероятностной величины с параметрами управления процессом прокатки и параметрами состояния исходной заготовки.

МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ 'КАЧЕСТВОМ

Критерии соответствия норм годности

Качественная продукция

Рис. 1. Схема управления качеством черной жести

Для разработки такого алгоритма вводится исходное вероятностное пространство. Тогда величину Р™ можно представить в следующем виде

РГ= \РМсо)=р\/?{х{со\соУа\ (3)

где /¡°(х(й)\со) - значение случайной величины /-го показателя качества; «*» означает «<» или «>»; - регламентированное стандартом предельное значение /-го показателя качества.

Подставляя величину Р(сн из (3) в формализованный критерий соответствия норм годности (1), получим в общем виде

р}(Ж») г _ 1

Ксн = /?(Нсои>а, __ р\/?(х(со\о>)*а(\

' рдоп рдоп

При исследовании рассматриваемых процессов стохастическими являются не только начальные условия (параметры управления процессом прокатки и параметры состояния подката), но и сами показатели качества. При этом стохастические условия являются независимыми, т.е. плотности распределения вероятностей параметров управления, параметров состояния и показатели качества статистически значимой зависимости друг от друга не имеют. В этом случае плотность распределения решения удается оценить через плотность распределения начальных условий. Тогда задача управления качеством жести сводится к задаче нелинейного программирования.

Согласно определению интеграла по вероятностной мере из (3) получим

РГ = (с!со) = Ит £ Р(А, ) = /> [/)° (х(со\ со) * ], (5)

где Л( - совокупность исследуемых процессов при значениях исходных характеристик из некоторых заданных интервалов; п - счетное число участков плотности распределения с заданными вероятностями.

Если предположить, что появление некоторых параметров

а,Ь,...С, определяющих событие Д , являются независимыми события-ги, тогда вероятность появления события Д определяется как произведение соответствующих вероятностей Р£ • Р^ •••//С, а приближенное

значение вероятности соответствия норм годности может быть определено по соотношению

г 1 _£_ т г

ы\ у=1 /=]

Следовательно, процедура перспективного управления качеством жести заключается в реализации разработанного алгоритма поиска наилучших параметров управления технологическим процессом производства, а также параметров состояния подката, обеспечивающих достижения максимума критерия соответствия норм годности.

Для предложенных возможных ограничений при регламентации показателей качества разработана модель определения вероятностей соответствия норм годности, реализуемая с помощью алгоритмов нелинейного программирования.

Разработана методика определения случайно-вероятностного характера показателей качества и получены плотности распределения данных величин.

В третьей главе исследовано влияние химического состава и микроструктуры стали на критерий соответствия норм годности. Произведен поиск наилучших решений при регламентации химического состава подката и микроструктуры подката в условиях математической неопределенности. Исследована взаимосвязь механических свойств подката.

Согласно разработанной схемы управления качеством (см. рис. 1) технические методы управления являются одними из основных факторов, определяющих эффективность процесса производства качественной жести, к которым относится регламентация состояния подката. Было проведено исследование влияния химического состава стали и микроструктуры подката жести на его твердость. Данное положение иллюстрирует рис. 2.

Рис. 2. Структура регламентации качества подката

На основании статистических исследований установлено, что химическими элементами, оказывающими наибольшее влияние на твердость, являются углерод и азот (для горячекатаного подката), и соотношение компонентов AUN и Mn/S (для холоднокатаного подката). Получены уравнения влияния доминирующих элементов на твердость готовой

продукции и уравнения влияния балла зерна феррита на механические свойства горячекатаного и холоднокатаного подката.

Получены регрессионные зависимости нормируемых механических характеристик (предела текучести, временного сопротивления и относительного удлинения) от твердости горячекатаного и холоднокатаного подката. Высокая корреляция полученных линейных зависимостей свидетельствует о возможности, применения в качестве основного показателя значение твердости HRB или HR30TA.

Реализация алгоритма поиска наилучших значений позволила per- . ламентировать химический состав горячекатаного подката по углероду не более 0,03 %, по азоту не более 0,005 %, для холоднокатаного подката AI/N не менее 10,5 и Mn/S не более 13. Горячекатаный подкат для производства качественной жести должен иметь микроструктуру, состоящую из зерен феррита не мельче 10 балла. При производстве тонкой жести холоднокатаный подкат должен иметь микроструктуру, состоящую из зерен феррита не мельче 11 балла. При соблюдении этих требований обеспечивается необходимый уровень механических свойств жести.

В четвертой главе рассмотрены вопросы регламентации состояния подката для жести по геометрическим параметрам готовой продукции. Исследовано влияние возможных причин, приводящих к такому дефекту, как неплоскостноть полосы. Проведено исследование влияния формы поперечного сечения подката, состояния рабочих валков пятикле-тевого стана, перекоса опорных валков клети кварто, процесса дрессировки, а также механических свойств и микроструктуры подката на неплоскостность жести.

На основании проведенных статистических исследований структуру оценки значимости влияния параметров на уровень геометрических показателей черной жести можно изобразить в виде схемы, представленной на рис. 3. Статистическая значимость оценивалась по критерию Фишера в процедуре однофакторного дисперсионного анализа.

Проведенные исследования позволили сформулировать следующие требования к подкату с точки зрения уровень геометрических показателей черной жести: регламентация по форме поперечного сечения горячекатаного подката, заключающаяся в недопустимости применения подката клиновидного профиля; равномерность механических свойств и микроструктуры металла, заключающаяся в равномерном распределении твердости по ширине полосы (максимально допустимый перепад твердости не более 2 HRB)\ микроструктура металла должна состоять из не более двух смежных баллов, в ней должна отсутствовать «зональная разно-балльность»; отсутствие перекосов узлов прокатного и дрессировочных станов.

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Разнотолщинность

Отклонение от плоскостности

ПАРАМЕТРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ УРОВЕНЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Рис. 3. Схема оценки значимости влияния параметров на уровень геометрических показателей черной жести

В пятой главе исследованы технологические факторы, определяющие эффективность процесса производства жести, в частности технологические операции процесса производства жести (холодная прокатка, отжиг и дрессировка). Это объясняется необходимостью совершенствования этих операций, с целью повышения /-го показателей качества с

TSCH

низким АI .

Энергосиловые параметры процесса холодной прокатки и выкаты-ваемость полос в решающей мере определяются характером упрочнения деформируемого металла. В современной литературе по определению механических характеристик металла в зависимости от относительного обжатия нет данных для стали 08пс конвертерного производства, раскисленной алюминием. Расчет основных технологических параметров прокатки жести с использованием существующих зависимостей приводит к отклонению расчетных значений от практических. В связи с этим возникла необходимость .экспериментального определения предела текучести и последующего вывода эмпирической формулы зависимости предела текучести от степени относительного обжатия. В результате построена коивая упрочнения, которая аппроксимирована степенной функцией

сг0 2 = 320 + 13,23s 0,85, Н/мм2. (7)

С использованием полученных данных были рассчитаны энерго -силовые параметры холодной прокатки жести.

Следующей технологической операцией является термическая обработка. В процессе производства жесть подвергается различным видам отжига: непрерывному в агрегате непрерывного отжига (AHO) и периодическому в колпаковых печах. Твердость жести после отжига в AHO на 2...3 HR30TA больше, чем жести после отжига в колпаковых печах. Этому способствуют процессы старения, протекающие в металле непрерывного отжига. Было проведено исследование влияния скорости охлаждения металла после непрерывного отжига на механические свойства и склонность жести к старению. В результате исследования установлено, что для того, чтобы металл не подвергался старению, скорость охлаждения после отжига должна быть не более 2 °С/сек. В производственных условиях такой скорости охлаждения можно достичь снижением скорости движе-кдя полосы в протяжной печи до 30 м/мин. Такая скорость охлаждения нереальна, т.к. скорость движения полосы в печи 120... 130 м/мин уже значительно снижает производительность AHO. В связи с этим рекомендуется для снижения склонности жести к старению установить камеру перестаривания в линию AHO за зоной ускоренного охлаждения.

Металл после отжига в колпаковых печах и после непрерывного отжига имеет различные значения механических свойств. В связи с этим розникает задача определения значений относительных деформаций при дрессировке для металла после отжига в колпаковых печах и металла после отжига в AHO с целью получения требуемых механических свойств. По результатам исследований установлен рациональный диапазон обжатий при дрессировке для металла после отжига в колпаковых печах 1,0... 1,2 %, для металла после отжига в AHO 1,4...1,8 %.

На основании проведенных исследований структуру повышения качества жести по механическим свойствам можно изобразить в виде схемы, представленной на рис. 4.

Рис. 4. Структура повышения качества жести

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработана и обоснована структурная схема качества черной жести. По предложенному коэффициенту соответствия норм годности выявлены показатели качества, требующие своего повышения. К таким показателям относятся химический состав (содержание углерода, кремния, марганца и азота в стали); механические свойства (предел текучести, временное сопротивление, твердость); геометрические параметры (разно-толщинность, отклонение от плоскостности).

Разработана новая схема управления качеством черной жести, основанная на оценке влияния параметров управления процессом и регла-

ментации свойств подката на критерий соответствия норм годности. Разработан и формализован критерий соответствия норм годности как отношение текущего значения вероятности соответствия показателей качества нормам годности к желательной вероятности данного показателя. Данный критерий позволяет отражать случайно-вероятностный характер р ассматриваемых показателей качества и находится в одном вероятностном пространстве для любого рассматриваемого показателя качества. Для предложенных возможных ограничений при регламентации показателей качества разработана модель определения вероятностей соответствия норм годности, реализуемая с помощью алгоритмов нелинейного программирования. Разработана методика определения случайно-вероятностного характера показателей качества и получены плотности распределения данных величин.

2. Для решения задачи снижения твердости жести выявлено влияние химического состава горячекатаного и холоднокатаного подката на критерий соответствия норм годности. Установлено, что химическими элементами, оказывающими наибольшее влияние на твердость, являются углерод и азот (для горячекатаного подката) и соотношение содержания компонентов АУЫ и Мп/8 (для холоднокатаного подката). Получены уравнения влияния балла зерна феррита на механические свойства горячекатаного и холоднокатаного подката. Указанные зависимости использованы при построении модели управления качеством подката по критерию соответствия норм годности его механических свойств. Получены регрессионные зависимости нормируемых механических характеристик (предела текучести, временного сопротивления и относительного удлинения) от твердости горячекатаного и холоднокатаного подката.

Реализация алгоритма поиска наилучших значений позволила регламентировать химический состав горячекатаного подката по углероду не более 0,03 %, по азоту не более 0,005 %, для холоднокатаного подката А1/И не менее 10,5 и Мп/З не более 13. Горячекатаный подкат для производства качественной жести должен иметь микроструктуру, состоящую из зерен феррита не мельче 10 балла. При производстве тонкой жести холоднокатаный подкат должен иметь микроструктуру, состоящую из зерен феррита не мельче 11 балла.

Внедрение полученных рекомендаций позволило снизить количество отходов на 3,7 %, а перевод в более высокую сортность продукции увеличился на 2,5 %, что подтверждается актом эффективности технических мероприятий повышения качества холоднокатаной полосы.

3. Использование модели управления качеством жести по критерию соответствия норм годности позволило: регламентировать по форме поперечного сечения горячекатаный подкат, что заключается в недопустимости применения подката клиновидного профиля, а также необходи-

мым применением симметрично-выпуклого профиля с величиной выпуклости ограниченного диапазоном от 0,02 до 0,06 мм; выдвинуть требования по равномерности механических свойств и микроструктуры металла, что заключается в равномерном распределении твердости по ширине полосы (максимально допустимый перепад твердости не более 2 HRB), микроструктура металла должна состоять из не более одного числа смежных баллов, в ней должна отсутствовать «зональная разнобаль-ность»; установить требования по отсутствию перекосов узлов прокатного и дрессировочных станов. Наличие перекоса узлов на пятиклетевом стане предложено контролировать после перевалки опорных валков пятой клети, определяя положение рабочих валков относительно подушек опорных валков. Определены толщины подкладных пластин между станиной и подушкой опорного валка, которые должны составлять 1,5...3,0 мм. Разработаны рекомендации по установке данных пластин. Устранение односторонней вытяжки полосы на дрессировочном стане предложено производить путем изменения положения осей натяжных роликов с помощью прокладок, устанавливаемых в зазоры между подшипниками роликов и их станинами со стороны привода.

Выполнение предъявляемых требований позволило уменьшить отсортировку в ЭЖОН (электролуженная жесть общего назначения) по дефекту «неплоскостность» с 0,24 % до 0,13 % (в 1,8 раза). Экономический эффект составил 147 тыс. руб./год. Техническую эффективность данных мероприятий подтверждают изменения в технологические инструкции по производству жести в ЛПЦ-3 ОАО «ММК».

4. Основными техническими и технологическими решениями, с помощью Kotopbix можно существенно улучшить механические свойства жести, являются:

выбор рациональных режимов прокатки жести на пятиклетевом стане на основе совершенствования реологической модели для стали 08пс;

рекомендация установки камеры перестаривания в линии агрегата непрерывного отжига за зоной ускоренного охлаждения для снижения роли старения в повышении твердости жести;

рекомендация по выбору режимов дрессировки жести для металла после различных видов отжига: для жести после отжига в колпа-ковых печах величина обжатий должна составлять 1,0... 1,2 %, для жести после отжига в агрегате непрерывного отжига -1,4... 1,8 %.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Дорогобид В.Г., Тимофеева H.H. О неравномерности механических свойств по ширине тонкого листа // Прогрессивные технологии об-

работки металлов давлением в машиностроении: Сб. тез. докл. Всерос-• сийской науч. - тех. конф. - Иркутск, 1996. - С. 39 - 40.

2. Дорогобид В.Г., Тимофеева H.H. О неравномерности механических свойств тонкого листа // Теория и технология процессов пластической деформации: Тр. науч. - техн. конф. - М.: МИСиС, 1997. - С. 79 - 81.

3. Дорогобид В.Г., Тимофеева H.H. О взаимосвязи горячекатаного подката с внешними дефектами холоднокатаной жести // Актуальные проблемы материаловедения в металлургии: Сб. тез. докл. V Международной конф. - Новокузнецк, 1997. - С. 114.

4. Фёдоров К.Н., Дорогобид В.Г., Тимофеева H.H. Влияние скорости охлаждения после отжига на склонность к старению холоднокатаной i изкоуглеродистой стали // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГМА,' 1997. - С. 191 - 195.

5. Тимофеева H.H., Дорфман Е.Г. Исследование влияния различных технологических переделов производства на свойства жести // Научный поиск в обработке давлением: Темат. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГМА, 1998. - С. 54 - 57.

6. О причинах образования несимметричной неплоскостности полосы при производстве жести. Дорогобид В.Г., Тимофеева H.H., Кушна-рёв A.B. и др. // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГМА, 1998. - С. 76 - 79.

7. Дорогобид В.Г., Тимофеева H.H. О возможности получения тонкой жести на ОАО "ММК" // Моделирование и развитие технологических процессов обработки металлов давлением: Темат. сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГМА, 1998. - С. 34 - 37.

8. Дорогобид В.Г., Ильина H.H. О возможности производства на ММК жести в соответствии с требованиями зарубежных стандартов // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Темат. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2000. - С. 75 - 78.

9. Дорогобид В.Г., Ильина H.H. О склонности белой жести к старению // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск, 2001. - С. 82 - 84.

10. Дорогобид В.Г., Ильина H.H. Совершенствование производства жести с целью повышения ее качества // Известия Челябинского научного центра. - 2001. - Вып. 2 (11). - С. 64 - 67 (рецензируемое издание).

11. Совершенствование производства жести с целью повышения ее качества Дорогобид В.Г., Ильина H.H., Кушнарев A.B. и др. // Наука и производство: Сб. докл. 60-й науч. -техн. конф. МГТУ - ММК по итогам научно - исслед. работ 2000 - 2001 гг. - Магнитогорск: МГТУ, 2001. - С. 67-73.

12. Ильина H.H., Дорогобид В.Г. Совершенствование производства жести из непрерывнолитых слябов с целью повышения ее качества //

Наука. Техника. Инновации: Тез. докл. в 5 - ти частях. Региональная научная конференция. - Новосибирск: НГТУ, 2001. - С. 58 - 59.

13. Дорогобид В.Г., Ильина H.H. Влияние малых степеней деформации при дрессировке на механические свойства жести // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2002. - С. 133 - 137.

14. Совершенствование производства жести. Ильина H.H., Кушна-рев A.B., Черкасский Р.И. и др. // Труды четвертого конгресса прокатчиков. Т. 1. - М., 2002. - С. 244 - 246.

15. Ильина H.H. Совершенствование технологии и оборудования производства жести с целью улучшения ее плоскостности // Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской области: Сб. рефератов НИР аспирантов. - Челябинск: ЮУрГУ, 2002. -С. 42-43.

16. Ильина H.H. Упрочнение стали 08пс с алюминием при холодной пластической деформации // Вестник МГТУ им Г.И. Носова. —2003. -№ 3. - С.22 - 24.

17. Дорогобид В.Г., Ильина H.H. Разработка требований к подкату, предназначенному для производства тонкой жести // Моделирование и развитие технологических процессов: Темат сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2004. - С. 105 - 109.

18.Чукин М.В., Ильина H.H. Формализация критерия эффективности управления качеством черной жести в условиях математической неопределенности // Механика и процессы управления: Сб. науч. тр. - Екатеринбург: УроРАН, 2006 (рецензируемое издание).

19. Чукин М.В., Дорогобид В.Г., Ильина H.H. Разработка критерия эффективности управления качеством черной жести // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск, 2006. -С. 107-114.

Подписано в печать 21.11.06. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1.

Плоская печать. Усл.печ.л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 799.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ГОУ ВПО «МГТУ»

Введение.

1. Оценка качества черной жести и особенности технологии ее производства

1.1. Анализ требований стандартов к показателям качества черной жести.

1.2. Современное состояние производства жести.

1.3. Анализ существующих моделей управления качеством металлопродукции.

1.4. Классификация задач поиска наилучших решений в условиях математической неопределенности и анализ методов решения.

1.5. Выводы и постановка задач исследований.

2. Исследование соответствия нормам стандарта показателей качества черной жести.

2.1. Обоснование схемы показателей качества черной жести.

2.1.1. Исследование степени соответствия механических свойств черной жести требованиям стандарта.

2.1.2. Исследование степени соответствия химического состава черной жести требованиям стандарта.

2.1.3. Исследование степени соответствия геометрических параметров черной жести требованиям стандарта.

2.2. Разработка критерия эффективности управления качеством черной жести.

2.3. Оценка случайных явлений при управлении качеством черной жести.

2.3.1. Методика оценки случайных явлений при управлении качеством жести.

2.3.2. Анализ стохастичности улучшаемых показателей качества . 47 Выводы.

3. Регламентация состояния подката для жести по механическим свойствам готовой продукции.

3.1. Исследование влияния химического состава стали на критерий соответствия норм годности.

3.1.1. Влияние химического состава на твердость горячекатаного подката.

3.1.2. Влияние химического состава на твердость холоднокатаного подката.

3.1.3. Поиск наилучшего решения при регламентации химического состава подката в условиях неопределенности.

3.2. Исследование влияния микроструктуры стали на критерий соответствия норм годности.

3.2.1. Влияние микроструктуры горячекатаного подката на его твердость.

3.2.2. Влияние микроструктуры холоднокатаного подката на его твердость.

3.2.3. Поиск наилучшего решения при регламентации микроструктуры подката в условиях неопределенности.

3.3. Исследование взаимосвязи механических свойств стали.

Выводы.

4. Регламентация состояния подката для жести по геометрическим параметрам готовой продукции.

4.1. Характеристика видов несимметричной неплоскостности, возникающих при производстве жести.

4.2. Исследование влияния формы поперечного сечения горячекатаного подката на несимметричную неплоскостность полос.

4.3. Исследование влияния состояния рабочих валков на несимметричную неплоскостность жести.

4.4. Исследование влияния перекоса опорных валков клети кварто на неплоскостность жести.

4.5. Исследование влияния процесса дрессировки на неплоскостность жести.

4.6. Исследование влияния механических свойств и микроструктуры подката на неплоскостность жести.

Выводы.

5. Совершенствование процесса производства качественной жести.

5.1. Корректировка режимов прокатки при производстве жести с учетом упрочнения стали 08пс.

5.2. Влияние скорости охлаждения после отжига на склонность к старению холоднокатаной низкоуглеродистой стали.

5.3. Влияние малых степеней обжатий при дрессировке на механические свойства жести.

5.4. Исследование склонности жести к старению.

Экономические и политические изменения в жизни Российской Федерации на рубеже XX века оказали влияние на состояние металлургической отрасли и промышленности в целом. Серьезные проблемы возникли в России при производстве жести всего необходимого сортамента в связи с отделением Казахстана и сокращением поставок с Карагандинского металлургического комбината (ОАО «Испат-Кармет»). Магнитогорский металлургический комбинат (ОАО «ММК») остался единственным производителем жести в России, устаревшее оборудование которого не обеспечивает выпуска сортамента жести, требуемого современными потребителями. В настоящее время в России не производятся наиболее экономичные виды жести, и потребность в них удовлетворяется за счет импорта [1 - 3].

В тоже время темпы производства и потребления жести всех видов за рубежом опережают темпы производства и потребления листовой стали и проката. Ежегодный прирост производства жести в последние годы составляет 6-8 %, несмотря на то, что наметились тенденции замены стальной тары, особенно в пищевой промышленности, на тару, изготовляемую из полимеров [4].

При постоянно возрастающей интенсивности производства у потребителей к деформируемости, качеству и чистоте поверхности, допускам по толщине и равномерности свойств предъявляются все более жесткие и постоянно возрастающие требования. Достижение данных требований невозможно без разработки эффективно работающего механизма управления качеством готовой продукции, без совершенствования технологии производства и строгой регламентации показателей качества подката. В связи с этим, важной и безусловно актуальной задачей является разработка эффективного подхода к управлению качеством жести, а также обоснование критерия, с помощью которого можно судить об эффективности такого управления.

Данная задача осложняется тем, что в реальных условиях производства как сами показатели качества, так и технологические факторы, определяющие качество готовой продукции, носят случайно-вероятностный характер.

В связи с этим целью диссертационной работы является повышение качества жести за счет регламентации свойств подката и совершенствования технологии ее производства на основе разработки эффективного алгоритма управления качеством по критерию соответствия норм годности при стохастических значениях показателей качества.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследование соответствия показателей качества черной жести нормам, установленным в нормативных документах, и разработка критерия эффективности управления качеством черной жести;

- регламентация состояния подката для жести по механическим свойствам готовой продукции с помощью поиска наилучших решений в условиях математической неопределенности;

- регламентация состояния подката для жести по геометрическим параметрам готовой продукции, разработка структуры управления качеством геометрических показателей черной жести;

- разработка технических и технологических решений совершенствования технологии производства жести с регламентированными показателями качества.

ВЫВОДЫ

1. Разработана структура управления качеством геометрических показателей черной жести. Основными параметрами являются регламентация по форме поперечного сечения горячекатаного подката, заключающаяся в недопустимости применения подката клиновидного профиля. Применение симметрично-выпуклого профиля с величиной выпуклости, ограниченной диапазоном от 0,02 до 0,06 мм. Равномерность механических свойств и микроструктуры металла, заключающаяся в равномерном распределении твердости по ширине полосы (максимально допустимый перепад твердости не более 2 HRB). Микроструктура металла должна состоять из не более двух смежных баллов; в ней должна отсутствовать «зональная разнобалльность». Отсутствие перекосов узлов прокатного и дрессировочных станов.

2. Наличие перекоса узлов на пятиклетевом стане предложено контролировать после перевалки опорных валков пятой клети, определяя положение рабочих валков относительно подушек опорных валков. Если рабочий вал выходит из клети, то с рабочей стороны стана в зазор между станиной и подушкой опорного валка со стороны входа полосы в клеть вставляется пластина толщиной 1,5 - 3,0 мм. Если этого недостаточно, с приводной стороны стана в зазор между станиной и подушкой опорного валка со стороны выхода полосы из клети вставляется пластина толщиной 1,5 - 3,0 мм.

3. Устранение односторонней вытяжки полосы на дрессировочном стане предложено производить путем изменения положения осей натяжных роликов с помощью прокладок, устанавливаемых в зазоры между подшипниками роликов и их станинами со стороны привода.

4. Выполнение предъявляемых требований позволило уменьшить отсортировку в ЭЖОН (электролуженная жесть общего назначения) по дефекту «неплоскостность» с 0,24 % до 0,13 % (в 1,8 раза). Экономический эффект составил 147 тыс. руб./год.

5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА КАЧЕСТВЕННОЙ ЖЕСТИ

5.1. Корректировка режимов прокатки при производстве жести с учетом упрочнения стали 08пс

Энергосиловые параметры процесса холодной прокатки и выкатывае-мость полос в решающей мере определяются характером упрочнения деформируемого металла [93]. В процессе холодной деформации происходит значительное изменение структуры стали и связанные с этим изменения его механических характеристик. Процесс пластической деформации сопровождается упрочнением (наклепом) металла. Для описания зависимости условного предела текучести от относительной суммарной степени деформации наибольшее распространение получило уравнение вида

0,2 =сго°2 +а£ ■ где (Тд 2 - условный предел текучести металла при £ = 0, Н/мм2.

Известны следующие зависимости для низкоуглеродистых сталей [94

В современной литературе по определению механических характеристик металла в зависимости от относительного обжатия, нет данных по определению механических свойств стали 08пс конвертерного производства, раскисленной алюминием. Расчет основных технологических параметров прокатки жести с использованием существующих зависимостей приводит к отклонению расчетных значений от практических. В связи с этим возникла необходимость экспе

97]

Сталь 08: сг0>2 = 294 + 7,7 s °А\ Н/мм2.

Сталь 08кп: crQ 2 = 225 + 3,46s °'6, Н/мм2.

5.1)

5.2) риментального определения предела текучести и последующего вывода эмпирической формулы зависимости предела текучести от степени относительного обжатия.

При построении кривых упрочнения придерживались главным критериям, определяющим целесообразность применения того или иного метода построения кривых упрочнения [97]. Кривые упрочнения построены по результатам испытаний на растяжение. Для построения кривой упрочнения горячекатаного подката жести отбирали пробы металла в исходном состоянии (от горячекатаного рулона после травления) и от этого же рулона, но из разных межклетевых промежутков и после прокатки на конечную толщину. Затем из отобранных проб изготавливали образцы для испытания их на растяжение с определением условного предела текучести. Результаты испытаний аппроксимировали степенной функцией (рис. 5.1) а02 = 320 + 13,23* °'85,н/мм2 (5.3)

На рис. 5.2 приведены полученные результаты. Таким образом, в результате проведенного исследования выведена эмпирическая формула зависимости предела текучести от суммарного относительного обжатия при холодной прокатке стали 08пс конвертерного производства. Это позволило более точно рассчитать режимы прокатки жести на пятиклетевом стане на основе совершенствованной реологической модели для стали 08пс и выбрать наиболее рациональные режимы по энергосиловым параметрам [89].

5.2. Влияние скорости охлаждения после отжига на склонность к старению холоднокатаной низкоуглеродистой стали

Старение оказывает неблагоприятное влияние на способность стали к глубокой вытяжке. Склонность металла к старению кроме многочисленных факторов зависит также от скорости охлаждения после отжига [98].

Деформация, %

Рис. 5.1. Экспериментальная кривая упрочнения низкоуглеродистой стали 08пс г г" г" . ** .л . -i ^ / У +к* \ \ w * Т ' с к \ i

О 20 40 60 80 100

Деформации, %

1 -Изданнымисследований ~~2-ПоданньмТрегьяковаАВ. Сгаль08 if '3 - По данным Трегьякова АВ. Сгаль 08 кл

Рис. 5.2. Кривые упрочнения низкоуглеродистых сталей

При большой скорости охлаждения наступает перенасыщение феррита углеродом и азотом. Феррит становится нестабильным при комнатной температуре, происходит выпадение деформирующих кристаллическую решетку нитридов и карбидов, что приводит к увеличению прочностных свойств стали. Часть свободно растворенных атомов внедрения углерода и азота в феррите диффундирует в область дислокаций, благодаря чему увеличивается фиксированность предела текучести отожженной стали.

Холоднокатаный лист из низкоуглеродистой стали, произведенный по технологии «конвертер - стан 2000», имеет большую склонность к старению, чем металл, выплавляемый в мартеновской печи и разливаемый в изложницы. Это объясняется тем, что непрерывнолитой металл отличается большим суммарным содержанием углерода, кислорода, азота. Наличие этих элементов в стали увеличивает склонность к старению особенно после рекристаллизацион-ного отжига в протяжных печах. В исследуемом металле содержание азота находится в пределах 0,005 - 0,010 % при среднем значении 0,007 % (нормируемое содержание азота составляет 0,008 %).

Чтобы сталь не имела склонности к старению, величина отношения содержания алюминия к содержанию азота (Al/N) должна быть не менее 10. Но в производимой в настоящее время жести это отношение находится в диапазоне 2 -11. Этого недостаточно для предотвращения процессов старения, т.к. значительное количество азота остается в несвязанном состоянии.

Для определения влияния скорости охлаждения после отжига на склонность к старению были отобраны образцы от одной партии металла после холодной прокатки толщиной 0,3 мм из стали марки 08пс. Образцы отжигали при температуре 720 °С, а скорость охлаждения варьировали в интервале температур 720 - 550 °С [98]. Охлажденные с разной скоростью образцы подвергали механическим испытаниям.

Выявлено, что с увеличением скорости охлаждения от 1 до 12 °С/сек предел текучести увеличился с 335 до 410 Н/мм , временное сопротивление разрыл ву увеличилось с 375 до 420 Н/мм , твердость по Супер-Роквеллу увеличилась с

70 до 92 HR15TA; относительное удлинение после разрыва, напротив, уменьшилось с 32 до 28 % (рис 5.3).

Кроме того, определяли чувствительность стали к старению (А, %) путем испытания на растяжение. Для этого образец предварительно растягивали на 10 %, определяя предел текучести сгп. Затем образец выдерживали при температуре 250°С в течение 1 часа. После охлаждения на воздухе до комнатной температуры проводили повторное растяжение с определением предела текучести сгТ1. Вследствие старения предел текучести увеличивался, т.е. сгТ2 >стГ1. Чувствительность стали к старению оценивали величиной

А = (о>2 -сгл)-100/СГЛ, (5.4) где сгл - предел текучести исходного образца металла, Н/мм";

7Т1 - предел текучести образца металла, подвергнутого растяжению на 10 % и после искусственного старения при 250 °С в течение 1 часа, Н/мм .

С увеличением скорости охлаждения после отжига величина А увеличилась с 5 % до 20 %. Если А < 10 %, металл не склонен к старению. Значение величины А равное 10 % получили при скорости охлаждения 2 °С/сек. В производственных условиях такой скорости охлаждения можно достичь снижением скорости движения полосы в протяжной печи до 0,5 м/с или 30 м/мин. Такая скорость охлаждения нереальна, т.к. скорость движения полосы в печи 120 -130 м/мин уже значительно снижает производительность АНО. В связи с этим рекомендуется для снижения склонности к старению установить камеру пере-старивания в линию АНО за зоной ускоренного охлаждения.

Временное сопротиление —Ш—Предел текучести

V охл., град/сек

Рис. 5.3. Влияние скорости охлаждения металла после отжига на его свойства

5.3. Влияние малых степеней обжатий при дрессировке на механические свойства жести

Дрессировка, т.е. холодная прокатка с малыми обжатиями, и последующее деформационное старение оказывают значительное влияние на твердость листовой стали. Дрессировка вызывает общее упрочнение металла, устраняя площадку текучести на условной диаграмме растяжения и полосы скольжения на штампуемых деталях, вызывая увеличения твердости. Режимы дрессировки должны быть оптимальными, например, с обжатием 1,0 - 1,5 %. Недостаточное обжатие при дрессировке не дает требуемого упрочнения и не устраняет площадку текучести на диаграммах растяжения листовой стали. Слишком же большое обжатие делает листовую сталь очень твердой, жесткой и непригодной для холодной штамповки.

Металл после отжига в колпаковых печах и после непрерывного отжига имеет различные значения твердости (после АНО твердость жести на 2 - 3 HR30TA больше, чем после отжига в колпаковых печах), на диаграмме растяжения наблюдается различный ход кривых упрочнения для этих металлов. В связи с этим возникает задача определения оптимальных значений относительных деформаций при дрессировке для металла после отжига в колпаковых печах и металла после отжига в АНО с целью получения требуемых механических свойств.

Для проведения исследования были отобраны пробы металла после различных видов отжига, одной плавки и партии из стали 08пс, следующего химического состава: С 0,055 %; Si 0,02 %; Мп 0,285 %; Р 0,012 %; Сг 0,03 %; Си 0,04 %-А1 0,069 %; S 0,015%.

На дрессировочном стане производили прокатку жести с малыми обжатиями (max 4-5 %), затем проводили испытания металла с определением следующих механических характеристик: предела текучести, временного сопротивления разрыву, относительного удлинения и твердости (рис. 5.4 - 5.7).

Из приведенных зависимостей видно, что с увеличением степени деформации величина временного сопротивления и твердости возрастает, а величина относительного удлинения после разрыва снижается. Причем при обжатиях более 1,5 % они изменяются значительнее.

Предел текучести дрессированного металла минимален в диапазоне обжатий 1,0 - 1,2 % - для металла после колпакового отжига и 1,4 - 1,8 % - для непрерывноотожженного металла При дальнейшем увеличении обжатия предел текучести резко возрастает. После аппроксимации полученных зависимостей имеем (s- обжатие при дрессировке, %) [99 - 101] для жести после непрерывного отжига

HR30TA = 56,885 + 0,9779s + 0,0557s2; ав =377,1+ 13,398^-1,1169^2; S4 =27,969-1,9567s + 0,0719s2;

5.5)

5.6)

5.7) для жести после отжига в колпаковых печах

HR30TA = 55,3 +1,58526- - 0,07 AAs2; ав =367,43+ 10,139^-0,5822б-2; = 34,4 - 2,9\s + 0,272\s2.

5.10)

5.9)

5.8)

4 5

Осжгп-с.%

-Предал теку гаи

0 Врашюсссгрливленге

Рис. 5.4. Влияние степеней обжатия при дрессировке на механические свойства жести после непрерывного отжига

О&гете,

-Прадлтскучхта

Врлвннпе шпрашши шс

Рис. 5.5. Влияние степеней обжатия при дрессировке на механические свойства жести после отжига в колпаковых печах

0 1 2 3 4 5

Обжатие, % Al-Ю ЕКП

Рис. 5.6. Влияние степеней обжатия при дрессировке на относительное удлинение жести

Обжатие, % ано @кп

Рис. 5.7. Влияние степеней обжатия при дрессировке на твердость жести

Таким образом, установлен рациональный диапазон обжатий при дрессировке для металла. Для жести, отожженной в колпаковых печах, он составил 1,0 - 1,2 %. Для жести после отжига в АНО - 1,4 - 1,8 %. Такое различие в значениях рациональных обжатий объясняется тем, что металл после непрерывного отжига имеет более мелкое зерно феррита (11 - 12 балла), чем металл после колпакового отжига (9-10 балла, см. рис. 5.8, 5.9).

5.4. Исследование склонности жести к старению

Одним из наиболее распространенных дефектов при производстве цель-ноштампованных консервных банок из жести ОАО «ММК» является образование на поверхности штамповки рельефа, что является недопустимым браком при изготовлении таких банок. Причиной этого рельефа являются линии скольжения (линии Чернова-Людерса), возникающие при вытяжке листа в местах малой деформации металла, не превышающих деформации, соответствующей площадке текучести.

Как известно, линии скольжения образуются на металле, имеющем явно выраженную площадку текучести на диаграмме растяжения. Одной из причин, увеличивающих длину площадки текучести, является старение низкоуглеродистой стали. Старение является следствием термодинамического стремления отожженного металла приблизиться к равновесному состоянию. В связи с этим актуальным является вопрос об определении склонности белой жести к старению на всех переделах ее производства.

Определяли чувствительность стали к старению после основных технологических операций производства жести. Результаты этого исследования приведены в табл. 5.1.

Известно, что металл не склонен к старению, если степень старения А < 10 %. Как видно из приведенных данных, уже исходный продукт, горячекатаный подкат жести, имеет очень высокую степень старения. После колпакового отжига склонность к старению уменьшается вдвое. После непрерывного отжига

Рис. 5.8. Микроструктура жести после отжига в колпаковых печах, балл зерна феррита 9 - 10 (х 400).

Рис. 5.9. Микроструктура жести после отжига в агрегате непрерывного отжига, балл зерна феррита 11 -12 (х 100). склонность к старению также снижается, но дрессировка этого металла приводит к резкому увеличению степени старения. Нанесение покрытия по-разному влияет на степень старения жести.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана и обоснована структурная схема качества черной жести. По предложенному коэффициенту соответствия норм годности выявлены показатели качества, требующие своего повышения. К таким показателям относятся химический состав (содержание углерода, кремния, марганца и азота в стали); механические свойства (предел текучести, временное сопротивление, твердость); геометрические параметры (разнотолщинность, отклонение от плоскостности).

Разработана новая схема управления качеством черной жести, основанная на оценке влияния параметров управления процессом и регламентации свойств подката на критерий соответствия норм годности. Разработан и формализован критерий соответствия норм годности как отношение текущего значения вероятности соответствия показателей качества нормам годности к желательной вероятности данного показателя. Данный критерий позволяет отражать случайно-вероятностный характер рассматриваемых показателей качества и находится в одном вероятностном пространстве для любого рассматриваемого показателя качества. Для предложенных возможных ограничений при регламентации показателей качества разработана модель определения вероятностей соответствия нормам годности, реализуемая с помощью алгоритмов нелинейного программирования. Разработана методика определения случайно-вероятностного характера показателей качества и получены плотности распределения данных величин.

2. Для решения задачи снижения твердости жести выявлено влияние химического состава горячекатаного и холоднокатаного подката на критерий соответствия норм годности. Установлено, что наибольшее влияние на твердость оказывают химические элементы углерод и азот (для горячекатаного подката) и соотношение содержания компонентов AI/N и Mn/S (для холоднокатаного подката). Получены уравнения влияния балла зерна феррита на механические свойства горячекатаного и холоднокатаного подката. Указанные зависимости использованы при построении модели управления качеством подката по критерию соответствия норм годности его механических свойств. Получены регрессионные зависимости нормируемых механических характеристик (предела текучести, временного сопротивления и относительного удлинения) от твердости горячекатаного и холоднокатаного подката.

Реализация алгоритма поиска наилучших значений позволила регламентировать химический состав горячекатаного подката: по углероду - не более 0,03 %, по азоту - не более 0,005 %; для холоднокатаного подката: AI/N не менее 10,5 и Mn/S не более 13. Горячекатаный подкат для производства качественной жести должен иметь микроструктуру, состоящую из зерен феррита не мельче 10 балла. При производстве тонкой жести холоднокатаный подкат должен иметь микроструктуру, состоящую из зерен феррита не мельче 11 балла.

Внедрение полученных рекомендаций позволило снизить количество отходов в условиях завода SC TECHNOSTEEL LBR SRL (г. Яссы, Румыния) на 3,7 %, а перевод в более высокую сортность продукции увеличился на 2,5 %, что подтверждается актом эффективности технических мероприятий повышения качества холоднокатаной полосы.

3. Использование модели управления качеством жести по критерию соответствия норм годности позволило: регламентировать по форме поперечного сечения горячекатаный подкат, что заключается в недопустимости применения подката клиновидного профиля, а также необходимым применением симметрично-выпуклого профиля с величиной выпуклости, ограниченного диапазоном от 0,02 до 0,06 мм; выдвинуть требования по равномерности механических свойств и микроструктуры металла, что заключается в равномерном распределении твердости по ширине полосы (максимально допустимый перепад твердости не более 2 HRB), микроструктура металла должна состоять из не более двух смежных баллов, в ней должна отсутствовать «зональная разнобальность»; установить требования по отсутствию перекосов узлов прокатного и дрессировочных станов. Наличие перекоса узлов на пятиклетевом стане предложено контролировать после перевалки опорных валков пятой клети, определяя пололяя положение рабочих валков относительно подушек опорных валков. Определены толщины подкладных пластин между станиной и подушкой опорного валка, которые составляют 1,5 - 3,0 мм. Разработаны рекомендации по установке данных пластин. Устранение односторонней вытяжки полосы на дрессировочном стане предложено производить путем изменения положения осей натяжных роликов с помощью прокладок, устанавливаемых в зазоры между подшипниками роликов и их станинами со стороны привода.

Выполнение предъявляемых требований позволило уменьшить отсортировку в ЭЖОН (электролуженная жесть общего назначения) по дефекту «неплоскостность» с 0,24 % до 0,13 % (в 1,8 раза). Экономический эффект составил 147 тыс. руб./год. Техническую эффективность данных мероприятий подтверждают изменения в технологические инструкции по производству жести в ЛПЦ-3 ОАО «ММК».

4. Основными техническими и технологическими решениями, с помощью которых можно существенно улучшить механические свойства жести, являются:

- выбор рациональных режимов прокатки жести на пятиклетевом стане на основе совершенствования реологической модели для стали 08пс;

- рекомендация установки камеры перестаривания в линии агрегата непрерывного отжига за зоной ускоренного охлаждения для снижения роли старения в повышении твердости жести;

- рекомендация по выбору режимов дрессировки жести для металла после различных видов отжига: после отжига в колпаковых печах величина обжатий должна составлять 1,0 - 1,2 %, после отжига в агрегате непрерывного отжига- 1,4-1,8 %.

1. Парамонов В.А. Состояние производства жести и листового проката с покрытиями // Производство проката. 1998. - № 3. - С. 20 - 21.

2. Виноградов В., Рогова А., Буцкая К. О производстве и качестве белой жести // Тара и упаковка. 2000. - № 4. - С. 36 - 37.

3. Парамонов В.А. Состояние производства жести и листового проката с покрытиями // Бюллетень "Черная металлургия". 1998. - № 11 - 12. - С. 53 -55.

4. Мельник Н.И. Совершенствование технологии прокатки тонкого листа. Магнитогорск: "ТАН ЛТД", 1995. - 88 с.

5. Толковый металлургический словарь. Основные термины / Лопухов Г.А., Цирульников В.А., Куманин В.И. и др.- М.: Рус.яз., 1989. 446 с.

6. Васильев Я.Д., Дементиенко А.В. Разработка и освоение технологии производства тонкой жести методом двойной прокатки // Производство проката. 1998. - № 9. - С. 19 - 26.

7. Сосковец О.Н. Тонколистовое производство. Основы технологии. -М.: Агенство "Информат", 1995.- 430 с.

8. Гусева Н.Е. Состояние и тенденции развития в мире производства тарной жести, листового проката и гнутых профилей с различными видами покрытий. Обзор по системе Информсталь // Ин-т Черметинформация. М., 1988. -Вып. 11(314).-90 с.

9. Борисов А.А., Соколова Т.Т., Степанова IT.B. Состояние производства и рынок листовой стали и жести с покрытиями // Сталь. 1996. - № 5. - С. 61-71.

10. Металлическое шоу упаковки будущего // Тара и упаковка. 1996. -№ 3. - С. 28 - 29.

11. Никитина JI.А. Состояние и перспективы развития производства проката в России и за рубежом. Часть 3 // Производство проката. 2000. - № Ю. -С. 2-5 .

12. Шипинский В. Из истории упаковки // Тара и упаковка. 1997. - № З.-С. 68-70.

13. Холодная прокатка жести / Антонов С.П., Бояршинов М.И., Куприн М.И. и др. М.: Металлургия, 1965. - 268 с.

14. Берлин Б.И., Голиков Н.С., Добронравов А.И. Электролитическое и горячее лужение тонколистовой стали. М.: Металлургия, 1980. - 232 с.

15. Новая «упаковка» Расселынтайна. Уилкинсон Д. // Металлы Евразии. 2003. -№ 2. - С. 78-80.

16. Гун Г.С. Управление качеством высокоточных профилей. М.: Металлургия, 1984. 152 с.

17. Конземюллер К. Производство тонкого листа и жести для холодной обработки давлением // Черные металлы. 1996. - № 3. - С. 3 - 10.

18. Коновалов Ю.В., Сапиро B.C., Оробцев В.В., Руденко Е.А. Новые технические решения при создании комплексов для производства жести // Производство проката. 1998. - № 6. - С. 42 - 47.

19. Лопаткин В.М., Парамонов В.А. Производство жести из непрерыв-нолитого металла, ваккумированного в потоке // Сталь. 1988.- № 11. - С. 11 -13.

20. Орлов Г. Металлическая потребительская упаковка, или жестебанка // Тара и упаковка. 2000. - № 4. - С. 72 - 73.

21. Виткина Э.И., Сафонова М.К. Производство жести за рубежом // Бюллетень НТИ. Черная металлургия. 1983. - № 17 (949).

22. Гинер П.Г., Пинчук М.А., Розенталь Ф.С. Современные тенденции развития производства жести // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1997. - № 2. - С. 20 - 22.

23. Васильев Я.Д., Дементиенко А.В., Горбунков С.Г. Производство жести методом двойной прокатки. М.: Металлургия, 1994. — 125 с.

24. Холодная прокатка и отделка жести / Пименов А.Ф., Сосковец О.Н., Трайно А.И. и др. М.: Металлургия, 1990. - 208 с.

25. Димар О. Упаковка из стали перспективы совершенствования банок для напитков // Черные металлы. - 2000. - № 10. - С. 61 - 64.

26. Разработка и внедрение рациональных режимов прокатки тончайшей жести. Сосковец О.Н., Васильев Я.Д., Чернов П.П. и др.// Сталь. 1989. - № 6.-С. 42-46.

27. Добронравов А.И. Производство металлопроката с покрытиями: Учеб. пособие. Магнитогорск: МГМА, 1997. - 60 с.

28. Освоение производства жести из конвертерной стали. Черкасский Р.И., Шварцман З.М., Файзулина Р.В. и др. // Сталь. 1997. - № 3. - С. 45 - 46.

29. Осипов Д.С., Михайловский И.А., Куцепендик В.И. Перспективное планирование качества продукции // Материалы 63-ой науч.-техн. конф. по итогам научно-исследовательских работ за 2003 2004 гг.: Сб. докл. Т1. - Магнитогорск: МГТУ, 2004. - С. 40 - 46.

30. Михайловский И.А., Осипов Д.С., Сальников В.В. Определение требований и разработка математической модели и методики оценки результативности СМК предприятия // Вестник МГТУ. 2004. - № 4. - С. 29 - 38.

31. Некоторые подходы к выбору материала и технологии изготовления проволоки под холодную высадку / Соколов А.А., Артюхин В.И., Гун Г.С. и др. // Труды пятого конгресса прокатчиков. М.: Черметинформация, 2004. С. 450 -452.

32. Гун Г.С., Шубин И.Г., Соколов А.А. Качество дюбеля и технология его производства // Вестник МГТУ. 2005. - № 1. - С. 58 - 63.

33. Сабадаш А.В. Оценка и выбор технологии производства фланцевых болтов. Магнитогорск: МГТУ, 2005. - 110 с.

34. Сабадаш А.В. Квалиметрическая оценка эффективности технологии производства болта «TORX» // Материалы II междунар. конф. «Механика пластического формоизменения. Технология и оборудование обработки металлов давлением». Тула: ТГУ, 2004. - С. 84 - 86.

35. Закиров Д.М., Сабадаш А.В. Освоение производства крепежных изделий прогрессивной конструкции на ОАО «Автонормаль» // Материалы науч.-техн. конф. «Непрерывные процессы обработки давлением». М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - С. 51 - 54.

36. Сабадаш А.В., Скворцова С.С., Гун Г.С. Выбор эффективной схемы васадки фланцевых болтов на основе использования методов квалиметрии // Новые материалы и технологи НТП-2004: Материалы Всеросс. науч.-техн. конф., 2004.-С. 28 -30.

37. Скворцова С.С. К улучшению качества инструмента при холодной объемной штамповке // Междунар. науч.-практ. конф. «Металлургия России на рубеже XXI века»: Сб. науч. тр. Новокузнецк, 2005. - С. 229 - 233.

38. Скворцова С.С. Анализ факторов, влияющих на качество инструмента для холодной объемной штамповки крепежных изделий // Обработка сплошных и слоистых материалов. Вып. 32: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2005. - С. 90 - 94.

39. Оптимизация процессов деформирования слоистых материалов в условиях математической неопределенности / Чукин М.В., Щербо Ю.А., Ситников И.В. и др. // Вестник МГТУ. 2005. - № 3. - С. 62 - 66.

40. Моисеев Н.Н., Чванилов Ю.П., Столярова Е.М. Методы оптимизации. М.: Наука, 1978.- 352 с.

41. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1971.-488 с.

42. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир, 1976.- 526 с.

43. Михалевич B.C., Гупал A.M., Норкин В.И. Методы невыпуклой оптимизации. М.: Наука, 1987. 280 с.

44. Фиако А., Мак-Кормик Г. Нелинейное программирование. Методы исследования безусловной оптимизации. М.: Мир, 1972. 240 с.

45. Аоки М. Введение в методы оптимизации. М.: Наука, 1977. 356 с.

46. Алефельд Г., Херцбергер Ю. Введение в интервальные вычисления. М.: Мир, 1987.- 358 с.

47. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений / Борисов А.Н., Алексеев А.В., Меркурьева Г.В. и др. М.: Радио и связь, 1989. -304 с.

48. Бусленко Н.П., Коваленко И.Н. Лекции по теории сложных систем. М.: Советское радио, 1973. 352 с.

49. Минаев Ю.Н. Стабильность экономико-математических моделей оптимизации. М.: Статистика, 1980. 102 с.

50. Борисов А.Н., Корнеева Г.В. Методы принятия решений в условиях неопределенности. Рига.: Изд. Рижск. политехи, ин-та, 1980. -326 с.

51. Заде Л.А. Лингвистические переменные и их применение к принятию решений. М.: Мир, 1976. - 165 с.

52. Zadeh L. A. Outlain of a New Approach to the Analysis of Complex System and Decision Processes // IEEF Trans. Syst., Man,Cybern., Vol. SMC-3. -1973.-Jan. -P. 28 -44.

53. Гилл Ф., Мюррей.У. Численные методы условной оптимизации. -М.: Мир, 1977.-290 с.

54. Ивахненко А.Г. Системы эвристической самоорганизации в технической кибернетике. Киев.: Техшка, 1971. - 372 с.

55. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Наука, 1988. - 448 с.

56. Климов Т.П. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Изд-во МГУ, 1983.- 328 с.

57. Юдин Д.Б. Задачи и методы стохастического программирования. -М.: Советское радио, 1979. 392 с.

58. Ермольев Ю.М. Методы стохастического программирования. М.: Наука, 1976.-294 с.

59. Гардинер Кристин В. Стохастические методы в естественных науках. -М.: Мир, 1986.- 525 с.

60. Дорогобид В.Г., Ильина Н.Н. О возможности производства на ММК жести в соответствии с требованиями зарубежных стандартов // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Темат. сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГТУ, 2000. С. 75 - 78.

61. Тимофеева Н.Н., Дорфман Е.Г. Исследование влияния различных технологических переделов производства на свойства жести // Научный поиск в обработке давлением: Темат. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГМА, 1998. - С. 54 -57.

62. Чукин М.В., Дорогобид В.Г., Ильина Н.Н. Разработка критерия эффективности управления качеством черной жести // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск, 2006. - С. 107 -114.

63. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений / Борисов А.Н., Алексеев А.В., Меркурьева Г.В. и др. М.: Радио и связь, 1989. -304 с.

64. Справочник по теории вероятностей и математической статистике / Королюк B.C., Портенов Н.И., Скороход А.В. и др. М.: Наука, 1985. - 640 с.

65. Климов Г.П. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Изд-во МГУ, 1983.- 328 с.

66. Болынев JT.H., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики.- М.: Вычислительный центр АН СССР, 1968. 760 с.

67. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Наука, 1988. - 448 с.

68. Якубовский О.Н., Сторожева JI.M., Пименов В.А. Влияние состояния твердого раствора подката на свойства холоднокатаных и непрерывно отожженных низкоуглеродистых сталей типа 08Ю // Производство проката. 1998.- № 7. С. 30-37.

69. Дорогобид В.Г., Тимофеева Н.Н. О возможности получения тонкой жести на ОАО "ММК" // Моделирование и развитие технологических процессов обработки металлов давлением: Темат. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГМА, 1998.-С. 34 - 37.

70. Четыркин Е.М., Калихман И.Л. Вероятность и статистика. М.: Финансы и статистика, 1982. - 320 с.

71. Дорогобид В.Г., Ильина Н.Н. Разработка требований к подкату, предназначенному для производства тонкой жести // Моделирование и развитие технологических процессов: Темат сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2004. -С. 105 - 109.

72. Виткин А.И., Галкин Д.П., Берлин Б.И. Основы теории и технологии производства белой жести. М.: Металлургия, 1978. - 392 с.

73. Кунце Г., Коттман К. Возникновение волнистости при холодной прокатке тонкой широкой полосы // Черные металлы. 1969. -№ 3. - С. 44 - 47.

74. Влияние технологических параметров на плоскостность полосы при бесконечной прокатке. Кузнецов JI.A., Божков А.И., Настич В.П. и др. // Сталь. 1990.-№2.-С. 51-54.

75. Дорогобид В.Г., Тимофеева Н.Н. О взаимосвязи горячекатаного подката с внешними дефектами холоднокатаной жести // Актуальные проблемы материаловедения в металлургии: Сб. тез. докл. V Международной конф. Новокузнецк, 1997. - С. 114.

76. Ильина Н.Н., Дорогобид В.Г. Совершенствование производства жести из непрерывнолитых слябов с целью повышения ее качества // Наука. Техника. Инновации: Тез. докл. в 5 ти частях. Региональная научная конференция. - Новосибирск: НГТУ, 2001. - С. 58 - 59.

77. Дорогобид В.Г., Тимофеева Н.Н. О неравномерности механических свойств по ширине тонкого листа // Прогрессивные технологии обработки металлов давлением в машиностроении: Сб. тез. докл. Всероссийской науч. тех. конф. - Иркутск, 1996. - С. 39 - 40.

78. Дорогобид В.Г., Тимофеева Н.Н. О неравномерности механических свойств тонкого листа // Теория и технология процессов пластической деформации: Тр. науч. тех. конф. / МИСиС. - М., 1997. - С. 79 - 81.

79. Дедек Вл. Полосовая сталь для глубокой вытяжки: Пер. с чешек. -М.: Металлургия, 1970. 208 с.

80. Дорогобид В.Г., Ильина Н.Н. Совершенствование производства жести с целью повышения ее качества // Известия Челябинского научного центра. 2001. - Вып. 2 (11). - С. 64-67.

81. Связь между производством горячекатаной полосы и свойствами холоднокатаной полосы. Ланг Ц., Блек В., Мейер Л., Штрасбургер X. // Черные металлы. 1987. - № 3. - С. 3 - 10.

82. О причинах образования несимметричной неплоскостности полосы при производстве жести. Дорогобид В.Г., Тимофеева Н.Н., Кушнарёв А.В. и др. // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГМА, 1998. - С. 76 - 79.

83. Ильина Н.Н. Упрочнение стали 08пс с алюминием при холодной пластической деформации // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2003. - № 3. - С. 22 - 24.

84. Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1973. - 224 с.

85. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник. -М.: Металлургия, 1983. 352 с.

86. Кроха В.А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации: Справочник. М.: Машиностроение, 1980. -157 с.

87. Кроха В.А. Кривые упрочнения металла при холодной деформации. М.: Машиностроение, 1968 . 131 с.

88. Дорогобид В.Г., Ильина Н.Н. Влияние малых степеней деформации при дрессировке на механические свойства жести // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2002. - С. 133 - 137.

89. Совершенствование производства жести. Ильина Н.Н., Кушнарев А.В., Черкасский Р.И. и др. // Труды четвертого конгресса прокатчиков. Т. 1. -М., 2002.-С. 244-246.

90. Дорогобид В.Г., Ильина Н.Н. О склонности белой жести к старению // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск, 2001.-С. 82- 84.

91. Гирина О.А., Фонштейн Н.М., Сторожева JIM. Влияние микролегирующих элементов на структуру и свойства низкоуглеродистых и ультраниз-коуглеродистых холоднокатаных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 1994. - № 3. - С. 21 - 28.

92. Чукин М.В., Ильина Н.Н. Формализация критерия эффективности управления качеством черной жести в условиях математической неопределенности // Механика и процессы управления: Сб. науч. тр. Екатеринбург: Уро-РАН, 2006.