автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка и применение математической модели прогнозирования механических свойств стали для назначения технологических режимов широкополосовой горячей прокатки

На правах рукописи

^ I" 6 ОД ХЛЫБОВ Олег Станиславович

: - НОЯ

РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТАЛИ ДЛЯ НАЗНАЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ШИРОКОПОЛОСОВОЙ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

Специальность 05.16.05 - "Обработка металлов давлением"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1995

Работа выполнена в Московском Государственном институте стали и сплавов (Технологическом университете)..

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент ПОТЕМКИН В.К.

Официальные оппоненты: доктор технических иаук, профессор Пименов А.Ф., кандидат технических наук, с.н.с. Бащенко Л.П.

Ведущее предприятие: акционерное общество "Северсталь"

Защита диссертации состоится А / 1995 г. В/ & часов на засе-

дании диссертационного совета Д 053.08.02 в Московском Государственном институте стали и сплавов (Технологическом университете) по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, дом 4. ' ^^ ^

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного института стали и сплавов (Технологического университета).

у

Автореферат разослан "т<~ _1995 г.

Справки по телефону: 236-99-50

Ученый секретарь диссертационного совета проф.

Романцев Б.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

•. Актуальность работы. Развитие листопрокатного производства базируется на создании и освоении новых технологических процессов и режимов прокатки, модернизации действующего прокатного оборудования, внедрении вычислительной техники для разработки, контроля и управления режимами прокатки. Использование математических моделей, позволяющих прогнозировать формирование микроструктуры и механических свойств стали tío всей технологической линии (применительно к ШПС г.п. - от черновой группы до смотки в рулон) в широких диапазонах изменения технологических параметров процессов, является весьма актуальным. Появляется возможность значительно сокращать сроки, необходимые для разработки технологических

режимов; основываясь на данных по микроструктуре, физически адекватно

■'

подходить к задаче оптимизации технологического режима, давать надежные экспертные оценки возможности ШПС г.п. обеспечивать заданный комплекс механических свойств проката.

Цель работы. Разработка и использование математической модели формирования микроструктуры и механических свойств стали, позволяющей назначать технологические режимы широкополосовой горячей прокатки и охлаждения металла исходя из заданного комплекса механических свойств Готового проката и его микроструктуры.

Задачи исследования. -

1. Разработать математическую модель формирования структуры и механических свойств проката в линии ШПС г.п. (черновые клети - промежуточным рольганг - чистовая группа клетей - охлаждение на отводящем роль-

ганге - охлаждение полосы в рулоне), позволяющую рассчитывать комплекс механических свойств металла и параметры микроструктуры, и адаптировать ее к реальным условиям прокатки.

2. В промышленных условиях ряда ШПС горячей прокатки проверить адекватность и точность прогноза математической модели механических свойств и микроструктуры на примере основных классов сталей, производи-

г г '

мцх на ШПС г.п.

• 3; Разработать технически реализуемое на 111ПС режимы горячей про. с « * У

катки и охлаждения, обеспечивающие повышение качества горячекатаных полос. Оценить возможность разработанной математической модели для анализа ШПС г.п. с позиции обеспечения заданного уровня механических свойств готового проката.

Научная новизна. Разработана и адаптирована к реальным условиям прокатки математическая модель формирования микроструктуры и механических свойств проката в линии широкополосового стана горячей прокатки, позволяющая рассчитывать комплекс механических свойств и параметры микроструктуры Горячекатаных полос из углеродистых, низколегированных, низколегированных с карбонитрИдным упрочнением, средне- и высокоуглеродистых сталей в зависимости от температурно-деформационного режима прокатки, Охлаждения и химического состава стали.

Разработаны новые режимы горячей прокатки и охлаждения, обеспечивающие повышение уровня и равномерности механических свойств горячекатаных полос путем дифференцированного по длине полос межклетевого охлаждения; режимы прокатки средне- и высокоуглеродистых сталей с задан--

ными механическими свойствами и микроструктурой; режимы прокатки го- -рячекатаной низколегированной стали с комплексом механических свойств на уровне нормализованной. .

Выполнен анализ основных, параметров ШПС г.п. как объекта по производству полос с заданным уровнем механических свойств проката и его структуры.

Практическая ценность работы заключается в возможности испОльзо-' вания математической модели для оперативного расчета технологических параметров прокатки и охлаждения, разработки технологий прокатки новых марок сталей на действующем оборудовании, экспертной оценки основных параметров ШПС г.п.

Реализация в промышленности. Проверка математической модели проведена на ШПС г.п. 2000 НЛМК и 1700 КарМК. Модель использована дня обоснования изменения проектной компоновки оборудования стана 2500 НЛМК, Технология ускоренного охлаждения рулонов внедрена на стане 2000 НЛМК. Математическая модель передана НЛМК и КарМК для использования в качестве автоматизированного рабочего места (АРМ) инженеров-исследователей.

Апробация работы. Основные'положения работы доложены и обсуждены на 1У Всесоюзной научно-технической конференции "Теоретические проблемы прокатного производства" (Днепропетровск, 1988 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Обобщение опыта работы молодых ученых и инженеров по экономии материальных и энергетических ресурсов" (Донецк, 1989 г.), научно-технической конференции "Термомеханическая обработка ме-

таллических'материалов" (Москва, 1989 г.), Всероссийской научно-технической конференции "Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов давлением" (Пермь, 1990 г.), семинаре молодых ученых и специалистов по проблемам фазовых превращений "Фазовые превращения 90" (Москва, 1990 г.), научно-техническом семинаре "Структураобразование при горячей прокатке" (Москва, 1991 г.), международной конференции "Черная металлургия России и СНГ в XXI веке" . (Москва, .1994 г.), научно-техническом семинаре "Термомеханическая обработка металлических материалов" (Москва, 1994 г.), международной научно-технической российско-германской конференции "Пластическая и термическая обработка современных металлических материалов" (Санкт-Петербург, 1995г,). '

\

Публикации/Основное содержание работы опубликовано в 13 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из 5 глав, приложения, списка использованной литературы, включающего 121 наименование. Изложена на 1$3 стр. машинописного текста, содержит 23 таблицы и 27 иллюстраций.

1. Состояние вопроса

Связь технологических параметров процесса горячей прокатки и механических свойств готовых полос целесообразно описывать через изменение металлографической структуры стали, т.к. использование регрессионных уравнений всегда имеет ограниченную область применения. Известны аналитические описания основных процессов структурообразования стали при ее горячей прокатке и дальнейшем охлаждении. Составной частью этих описа-

ний является расчет изменения температуры раската и полосы в зависимости от деформационного и скоростного режимов прокатки.

Однако существующие модели не охватывают в непрерывной последовательности процессы формирования структуры во всей линии ШПС т.п., что не позволяет в полной мере использовать их при назначении режимов прокатки, обеспечивающих заданный комплекс механических свойств проката. Кроме того, известные математические модели не охватывают весь диапазон температурных режимов прокатки и марочного состава сталей современных ШПС г.п.

2.0сновные положения математической модели формирования структуры и механических свойств стали при щирокополосовой горячей прокатке

Модель базируется на металлофизических представлениях о формировании механических свойств стали. Ее алгоритм предусматривает последовательный расчет процессов структурных превращений металла, происходящих в технологической, линии стана, в зависимости от изменения температурно-деформационных параметров во времени. По полученным параметрам микроструктуры определяют показатели механических свойств готовой продукции.

Температурно-деформационные условия структурообразования определяются при помощи'математических моделей широкополосовой горячей прокатки и охлаждения полосы в рулоне. Модели позволяют проводить расчеты для разных схем стана, технологических параметров прокатки, режимов ду-шировашш на отводящем рольганге и способов охлаждения в рулоне (ускоренного или на во»ду\е).

"Структурный" блок модели реализует расчет следующих процессов:

• рекристаллизации при многократной деформации металла в аустенитной, а также двухфазной аустенитно-ферритной областях с определением степени рекристаллизации, размеров аустенитного и ферритного зерна, степени наклепа деформируемых фаз и вытянутости зерна;

. распада аустенита с учетом степени его рекристаллизации с расчетом раз-

'г

мера зерна феррита и объемной доли других продуктов распада (аустенита, перлита, бейнита) и межпластинчатого расстояния в перлите; ■

• объемной доли карбонитридных выделений, среднего размера их частиц и среднего расстояния между ними;

. структурных изменений при охлаждении стали в смотанном рулоне (сфероидизации перлита, собирательной рекристаллизации феррита, укрупнения карбонитридных частиц). '

Для расчета пределов прочности и текучести используются уравнения Ф.Пикеринга. Вклад субструктурного упрочнения (при контролируемой прокатке с окончанием деформации в у-а области)'оценивается по эмпирическим зависимостям, полученным на основании экспериментальных прокаток. Относительное удлинение и ударная вязкость оценивается с использованием регрессионных уравнений, связывающих названные характеристики механических свойств с химическим составом стали (углеродистой и низколегированной) и параметрами ее микроструктуры.

В основу модели рекристаллизации горячедеформированного аустенита в чистовой группе клетей положены методика и уравнения С.Селларса, кою-

рые позволяют рассчитать кинетику рекристаллизации за время междеформационной паузы, размеры среднего ирекристаллизованного зерна.

Исходя из среднего размера аустенитного зерна к моменту достижения металлом температуры Агз, проводится расчет размеров ферритного зерна. При этом учтено, что начало распада аустенита может иметь место до завершения обжатия полосы в чистовой группе клетей. В этом случае ферритная фаза подверга'ется наклепу, и его величина используется для оценки вытянутое™ зерен а-фазы.

При расчетах времени и температур начала образования феррита, перлита и бейнита при произвольных условиях охлаждения использовали известные аппроксимирующие формулы для изотермических С-образных диаграмм распада аустенита сталей, химический состав которых лежит в диапазоне: С от 0,01 до 0,6, Мп от 0,3 до 2,1, от 0,1 до 1,4, №до 1,6,Сгдо 1,6, Мо до 0,6. % (масс.). Для сталей с другим химсоставом применяли ту же формулу, однако значения опорных точек аппроксимирующих выражений задавали исходя из литературных данных. Кроме того, учитывали повышение критической точки Агз в нерекристаллизованном аустените по формуле, полученной *

путем обобщения известных экспериментальных данных.

Степень превращения при образовании каждой фазы (феррита, перлита и бейнита) рассчитывали на основе изотермического уравнения Джонсона-Аврами:

X = 1 - ехр(-Ь ("),

где X - объемная доля фазы. ".«: I - премя, с:

п и Ь - коэффициенты, зависимость которых от температуры определяли с помощью изотермических С-образных диаграмм.

Для вычисления размера ферритного зерна Эг была использована известная формула вида:

уточняющаяся в процессе адаптации модели,

То,05- температура 5% ферритного превращения, К,

(1а - исходное зерно аустенита, мкм,

Е1- степень наклепа аустенита к моменту начала распада,

Хрши- максимальное количество феррита по диаграммере-С,

А - коэффициент.

По завершении распада аустенита переходили к расчету относительно длительных кинетических процессов, протекающих при. охлаждении металла в рулоне. Как показали результаты опытно-промышленных исследований регулируемого охлаждения рулонов, значимыми с точки зрения конечных механических свойств являются сфероидизация перлита, подрастание ферритного зерна, выделение и коагуляция карбонитридных частиц (в сталях с микроле-.

Для описания процесса сфероидизации перлита при охлаждении стали в рулоне использовали функцию вида

И

где <3 - энергия активации зарождения феррита, зависящая от марки стали и

гированнем ЫЬ, V).

где Б - степень сфероидизации, I - текущее время, ш и Ь - коэффициенты.

Последние рассчитывали исходя из известной обобщенной диаграммы превращения пластинчатого цементита в глобулярный*, а затем уточняли, используя металлографические данные, полученные в ходе экспериментов по . ускоренному охлаждению рулонов из сталей СтЗсп, 17ГС, 09Г2.

Уменьшение объемной доли перлита ДП в результате сфероидизации выражали линейной зависимостью от степени сфероидизации Б и исходного количества пластинчатого перлита По: . " .;

ДП = К -По • в,

где К - эмпирический коэффициент, установленный на основании металлографических данных, полученных в ходе экспериментов по ускоренному охлаждению рулонов из сталей СтЗсп, 17Г1С, 09Г2,09Г2ФБ. В уравнениях Пикеринга для расчета механических свойств количество перлита корректировали с учетом возможной его сфероидизации.

Для описания кинетики роста зерна феррита применяли уравнение, аналогичное по форме соответствующему уравнению Селларса, но с иной энергией активации.

Расчет структурных характеристик дисперсных карбонитридных частиц (объемная доля, расстояние между выделениям и средний размер), которые образуются на этапе последеформационного охлаждения в сталях, легированных ниобием и ванадием, производится в модели на основе аналитической аппроксимации литературных данных. Полученные уравнения позволяют определить объемную долю и средний радиус карбонитридов ниобия и вана-

Птремель М.А., Лизунов В.И., Щкйтов' В.В. Многомерные диаграммы кинетики преврэигний для прогноза состоянии спллгза // Заводская. лаборатория. -1983. -№ 12.- 1:. 10 - 4-'!.

дня в диапазоне температур смотки 500...700 °С в зависимости от содержания этих элементов.

Упрочнение, вносимое дисперсными частицами карбонитридов, оценивали по уравнению Орована с учетом влияния радиуса частиц, возможное увеличение которого при. охлаждении металла в рулоне описывали уравнением Оствальда.

Математическая модель была реализована на алгоритмических языках Форгран-77, Турбо-Паскаль и С++.

. Уточнение расчетов процесса рекристаллизации аусгенита при многократной деформации проводили по данным лабораторных исследований, известных из литературы.

Для адаптации модели в части расчетов кинетики фазового превращения использовали данные опытных прокаток (включая контролируемую прокатку) на промышленном стане 2000 НЛМК (стали СтЗсп, 17ГС, 09Г2ФБ).

3. Опытно-промышленная проверка математической модели

Адаптацию математической модели проводили применительно к условиям ШПС г.п. 2000 НЛМК и 1700 КарМК при прокатке полос толщиной 2.;.18 мм из углеродистых (СтЗсп, Ст2сп, СтЗпс, Юсп) и низколегированных (17ГС, 17Г1С, 09Г2, 09Г2С, 10ХНДП, 09Г2ФБ) марок сталей. Сбор данных (прокатано более 200 партий) по темперагурно-дсформационным режимам прокатки осуществляли по данным ИВЦ цехов.

. Исследование ускоренного охлаждения горячекатаных полос в рулонах выполняли на опытной установке (разработанной МИСиС совместно с ЦНИИЧМ).-

Металлографические исследования осуществляли на структурном анализаторе "Эпиквант". Определяли средние диаметры ферритных зерен в про-V дольном и поперечном направлениях, объемную долю перлита, размер перлитных колоний. Перлитную структуру сталей с построением гистограммы распределения по межпластинчатым расстояниям исследовали на сканирующем микроскопе. Образцы отбирали в 3...5 сечениях по длине горячекатаных полос. • '

Получено, что математическая модель адекватно прогнозирует механические свойства и структуру проката (отклонение расчетных и фактических значений прочностных свойств в 90 - 95 % случаев не превышает 10...20 МПа, среднего диаметра ферритного зерна не более 1...3 мкм, объемной доли перлита - не более 2...3 %). Погрешность оценки пластичности и ударной вязкости не превышает 10...20 %.

Используя разработанную математическую модель исследовали влияние параметров ступенчатого охлаждения на отводящем рольганге на процессы формирования структуры в стали 09Г2ФБ при фиксированных температурно-деформационных параметрах прокатки. Построены и проанализированы термокинетические диаграммы (ТКД), отражающие кинетику протекания фазовых превращений. Отмечено, что увеличение интенсивности охлаждения обеспечивает снижение длительности перлитного превращения и образование. бейнитной составляющей.

При прокатке толстых полос бейнит образуется при температуре смотки 530 °С . относительно тонких (Ь = 6 мм) - при температурах смотки па 20...25 "С выше. Для получения прироста прочностных свойств на 15...20 % по срав-

нению со сталью, имеющей ферритно-перлитную структуру, необходимо обеспечивать tCM < 500 °С (при скорости прокатки не менее 5 м/с) и тем самым иметь упрочняющую фазу только в виде бейнита. Показано, что результаты прогноза механических свойств и структуры стали 09Г2ФБ по математической модели хорошо согласуются с данными опытных прокаток на стане 2000 НЛМК. "

г

Сделано заключение, что разработанная модель может быть использована в целях оперативной разработки технологии горячей прокатки, обеспечивающей получение проката с заданным комплексом механических свойств и структурой. ' •

4.Разработка режимов горячей прокатки и охлаждения в линии ШПС

Для ШПС г.п. 1700 КарМК провели расчет зависимостей механических свойств и параметров микроструктуры полос толщиной 4... 12 мм из стали СтЗсп от температур конца прокатки (tM = 910...810 °С ) и смотки (t«i = 680...580°С).

Получено, что'для обеспечения повышения прочности относительно тонких полос (4...6 мм) более эффективно снижение Um. Для относительно толстых полос (7... 12 мм) более эффективно понижение t™ в сочетании с по- . нижением ton.

Производство углеродистой стали (СтЗсп) взамен низколегированной (класс прочности 295 по ГОСТ 19281-89) требует (для среднего химсостава по ГОСТ) выполнения следующих условий: для относительно тонких полос (4...6 мм) tCM ниже 630 «С, а для относительно толстых полос tu! ниже 850 и.1см ниже. 630 "С..

Расчеты режимов контролируемой прокатки трубной малоперлитной стали классов прочности Х65 - X7Ö, удовлетворяющей требованиям стандарта API, показали, что механические свойства по классу прочности Х65 (полосы толщиной 12 мм) надежно обеспечиваются при tun ниже 780 °С и to. в средней части полос ниже 620 - 600 °С.

Для получения а„ > 588 и от > 460 МПа (класс прочности Х70) необходимо понижение tKn до 750 - 730 °С , tcu - ниже 550 °С при регламентации химического состава Плавок по верхнему пределу содержания химических элементов: Mn > 1,6; Si*> 0,6; Nb > 0,03 %.

Получение требуемого комплекса механических свойств толстых полос по длине низколегированных сталей, производимых на ШПС г.п., осложнено тем обстоятельством, что по мощности моталок допустимая температура смотки концевых участков полосы толщиной 18 мм должна быть не ниже 600 °С, а толщиной 22 мм - не ниже 670 °С.

Показано, что с увеличением ин на концевых участках полос с 500 до 650 °С прочностные свойства уменьшаются (о» - на 60...70 МПа, От' - на 50...60 • МПа), причем наиболее интенсивное уменьшение прочностных'свойств (на 40...45 МПа) соответствует интервалу tcM 600...650 °С. Смотка концевых участков при 600 °С и ниже обеспечивает требования ТУ. При ten 600...650 °С существует риск получения пониженных (по сравнению с ТУ) значений механических свойств.

Рекомендовано уменьшение длины недушируемм концевых участков ' до величины, соответствующей первым двум внешним виткам рулона. ;

(Предложена технология прокатки на ШПС г.п. 2000 НЛМК (1ш < 780 °С; 1см < 600 °С, ускоренное охлаждение рулонов, использование плавок стали 17ГС с содержанием углерода более

0,17 %), обеспечивающая получение горячекатаных полос с механическими свойствами на уровне нормализованного листа. Технология прошла опытно-промышленную проверку.

Учитывая современную тенденцию расширения марочного сортамента сталей, производимых на ШПС г.п., разработали режимы ускоренного охлаждения рессорно-пружинной стали У8, обеспечивающие получениесор-битизированной микроструктуры без дополнительной термообработки.

По требованию заказчика в'структуре должно содержаться не менее 80 % тонкопластинчатого перлита (1...3 балла по ГОСТ 8233 - 56). Из экспериментальных данных, полученных при прокатке этих сталей на стане 2000 ЧерМК, установлено, что структура из-за наличия грубопластинчатого перлита не удовлетворяет требованиям к прокату.

Разработали технологию охлаждения проката из сталей У8, У10 на отводящем рольганге стана, обеспечивающую получение сорбитной структуры (80 %) в соответствии с требованиями заказчика: начало душирования при температуре выше 720-700 "С, ускоренное охлаждение в температурном интервале перлитного превращения до им ниже 610...600 °С.

Показано, что для обеспечения образования однородной полностью

перлитной структуры стали 65Г необходимо понижение до 600...620 °С и

<

ускоренное охлаждение рулонов.

Рекомендовано(а.с. СССР № 1708451) при прокатке полос из углеродистых и иизколегироваиных марок сталей в у-области прокатку среднего участка полосы осуществлять с межклетевым охлаждением (МКО) во всех (или большинстве) межклетевых промежутках чистовой группы. Начало же полосы и ее концевую часть (5...10 % длины полосы) прокатывать с отключением МКО во всех (или некоторых) промежутках, обеспечивая температуру конца прокатки на 30...70 "С выше, чем в средней части.

При этом за счет более низкой температуры прокатки в средней части полос образуется более мелкая аустенитная структура, чем на концевых участках полос. Последеформационное охлаждение на отводящем рольганге и в рулоне позволяет существенно выровнять конечную феррито-перлитную структуру и механические свойства готовой горячекатаной полосы по всей ее длине.

Опытно-промышленное опробование нового способа прокатки проведено на стане 2000 НЛМК. Повышенную 40...45 (,С) температуру конца прокатки на концевых частях полос из стали СтЗсп обеспечивали изменением скоростного режима прокатки в чистовой группе клетей. Разброс ав по длине полос сократился с 55 МПа до 10 МПа, а, с 40 до 20 МПа.

Показано, что реализация дифференцированной температуры конца прокатки низколегированной стали 17ГС (повышение ¡кп на 40...60 °С - с 800 до 840...86(1 "С на головной и хвостовой частях полосы) в сочетании с ускоренным охлаждением рулона позволяет сократить разброс механических свойств по длине полосы в 2...3 раза (на уровне 10...20 МПа), т.е. обеспечить на уровне, характерном для нормализованного листа.

5.Анализ ШПС г.п. как объекта по производству полос с заданным комплексом механических свойств

Механические свойства проката в большой мере определяются режимом охлаждения на отводящем рольганге и его длиной. Расчетами на математической модели исследовали влияниедлины отводящего рольганга ШПС на кинетику формирования структуры и уровень механических свойств при контролируемой прокатке применительно к ШПС г.п. 2500 НЛМК. Расчеты проводили для базовых марок сталей 08Г2СФБ и СтЗсп-У, а также 08Г2МФБ и 17ГС в толщинах полос 6... 18 мм. Химический состав сталей принимали средним по техническим условиям-на проектную продукцию стана.

В качестве критерия при определении длины отводящего рольганга использовали условие необходимости завершения процесса распада аустенита ' (перлитного превращения) до смотки полосы в рулон. Невыполнение этого условия приводит к неоднородности механических свойств по длине горячекатаной полосы, т.к. перлитное превращение протекает в неравномерно охлаждающихся витках рулона. Вторым условием, которое накладывает ограничение на допустимую скорость охлаждения полос, является количество бейнитной составляющей в структуре стали, увеличение которой приводит к росту прочности и снижению пластичности ст^ли.

При проведении расчетов механических свойств длину отводящего рольганга варьировали в диапазоне 120...315 м. Получено, что сокращение длины рольганга щ 190 м (в проекте стана предусмотрено 315м) обеспечивает прирост проч^рстных свойств при удовлетворении требований ТУ по пластичности: на углеродистой стали на 30...80 МПа, на низколегированной - на 50...60 МПа. '

Ролыанг длиной 190 м на ШПС г:п. 2500 НЛМК обеспечивает получение комплекса механических свойств согласно ТУ на продукцию стана. Дальнейшее уменьшение длины отводящего рольганга нецелесообразно, поскольку возрастает опасность значительного повышения прочности и снижения пластичности готовых полос.

Оценочный расчет влияния изменения компоновки черновой группы (2 черновые реверсивные клети вместо проектной схемы) на процессы рекристаллизации аустенита показал малое ее влияние на механические свойства проката.

Проведенная экспертная оценка новой компоновки стана 2500 НЛМК с позиции обеспечения качества проката выполнена по заданию НЛМК и использована при пересмотре технического проекта стана.

Ускоренное охлаждение рулонов горячекатаных полос является новым перспективным технологическим приемом, который, наряду с сокращением цикла производства стали, обеспечивает повышение уровня и равномерности механических свойств по длине полос.

Формирование структуры и механических свойств проката при регулируемом ускоренном охлаждении рулонов зависит от параметров процесса охлаждения: температуры смотки, продолжительности естественного (замедленного) охлаждения перед началом ускоренного, скорости и длитель* ности ускоренного охлаждения.

В условиях современных ШПС г.п. возможны дче схемы реализации' ускоренного охлаждения рулонов: на стационарном участке для ускоренного

охлаждения и на транспортном конвейере при передаче рулонов от моталок стана на склад горячекатаных рулонов.

Исследование влияния регулируемого охлаждения рулонов по названным схемам на механические свойства и структуру проката провели при помощи математической модели, а также в условиях сгана 2000 HJ1MK.

Эксперименты проводили на рулонах сталей СтЗсп и 17ГС массой 26-34 т текущего производства из полос толщиной 6...8 мм. Получено, что ускоренное непрерывное охлаждение (на стационарном участке) сокращает длительность остывания рулона в 5...6 раз по сравнению с охлаждением на воздухе. Прерванное ускоренное охлаждение на конвейере (ускоренное в течение 1...2 ч, затем на воздухе) позволяет сократить время охлаждения на 20 - 30 %, а в температурном диапазоне 500...450 °С, где продолжаются структурные превращения, - в 3...4 раза.

Прерванное ускоренное охлаждение рулонов в течение 1 ...2 ч обеспечивает практически такое же повышение прочностных свойств стали (на 15...35

ч

МПа), как и их непрерывное охлаждение до 100...150 °С. При этом происходит некоторое увеличение ударной вязкости по сравнению с охлаждением рулонов Fia воздухе.

Металлографический анализ структуры, металла показал, чго в сравне-(

нии с охлаждением на воздухе ускоренное охлаждение рулонов способствует уменьшению диаметрауферритното зерна на 1...2 мкм, снижению степени гло-буляризации перлита, увеличению количества перли iной составляющей. В ре. зультале представляется возможным получить аналогичный уровень механи-

ческих свойств проката при более высоких (на 30...40 °С) температурах смотки. .

Данные рекомендации использованы при разработке технологии созданного в Л ПЦ-3 НЛМК участка для ускоренного охлаждения рулонов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработана и адаптирована к реальным условиям прокатки на ряде станов математическая модель формирования структуры и механических свойств проката в линии широкополосового стана горячей прокатки, позволяющая прогнозировать комплекс механических свойств и параметры микро. структуры полос из углеродистых, низколегированных (в том числе и с карбо-

нитридным упрочнением), средне- и высокоуглеродистых сталей.

2. Разработан комплекс программ для расчета технологических пар'а-мегров процесса горячей прокатки, обеспечивающих получение заданных механических свойств полос, поставляемых по группам и классам прочности

, (углеродистые и низколегированные стали), в соответствии с их химическим составом (С, Мп, Бь Сг, Мо, Р, Б).

3. Исследованы процессы сгруктурообразования и формирования меха. ничесКих свойств при контролируемой прокатке на ШПС г.п. полос толщиной 6-18 мм из малоперлнтной стали. Разработаны рекомендации по температурным параметрам и режимам ускоренного охлаждения, обеспечивающим увеличение на 15...20 % прочностных свойств проката (за счет получения фер-ризо-бейшшюй структуры).

4. На основании математического моделирования с использованием

I

зксперимеи [альных данных разработана стратег ия охлаждения проката из

рессорно-пружинных сталей (У8, У10) на отводящем рольганге ШПС г.п., обеспечивающего получение сорбитной структуры (80 % в соответствии с требованиями заказчика), и режимы ускоренного охлаждения стали 65Г, обеспечивающие получение полностью перлитной структуры.

5. Показано, что применение дифференцированной по Длине полосы температуры конца прокатки (повышенной на 30...70 °С в головной и хвостовой частях по сравнению со средней) позволяет повысить равномерность механических свойств горячекатаных полос (а.с. СССР№ 1708451).

6. Обосновано, что рольганг длиной 190 м (вместо 315 м но проекту) обеспечивает получение комплекса механических свойств готовых полос согласно ТУ на продукцию ШПС г.п. 2500 НЛМК. Результаты исследований использованы при пересмотре технического проекта стана.

7. Исследовано(расчетами и в промышленных условиях) влияние технологических параметров ускоренного охлаждения рулонов по двум схемам - на конвейере и на стационарном участке. Показано, что ускоренное охлаждение рулонов в течение первых 1 ...2 ч после смотки обеспечивает повышение равномерности и уровня механических свойсгв стали и позволяет получать горячекатаный лист с механическими свойствами на уровне нормализованного. Это повышение эквивалентно по влиянию на механические свойства проката понижению температуры смотки полос на 30...40 °С. Рекомендации работы использованы для разработки технологии созданного в ЛГЩ-3 НЛМК участка ускоренного охлаждения рулонов.

/

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Хлыбов О.С., Потемкин В.К., Пешков В.А. Применение математической модели структурообразования широкополосовой стали для оптимизации режимов регулируемого охлаждения на отводящем рольганге // Теоретические проблемы прокатного производства. Тез. докл. IV Всесоюз. научно- • техц. конф. Часть II. - Днепропетровск, 1988, 230 с. - с. 56 - 57.

2. Влияние ускоренного охлаждения рулонов полосового проката на качество холоднокатаного.листа / Хлыбов О.С., Пашков В.А., Хлопонин В.Н., Чащин В.В. // Изв. вузов. Черная металлургия. -1989. -N 9. -с. 71 - 74.

3. Исследование режимов регулируемого охлаждения горячекатаных полос в рулонах / Пешков В.А., Чащин В.В., Потемкин В.К., Хлыбов О.С., Шведов С.А. II Изв. вузов. Черная металлургия. -1990. -N 11. - с. 42 - 44.

4. Захаров И.Ю., Хлыбов О.С. Управление рекристаллизацией аустени-та в процессе широкополосовой горячей прокатки посредством межклетевого охлаждения // Фазовые превращения - 90. Тез. докл. школы-семинара мол. ученых и специалистов по проблемам фазовых превращений в твердом теле. -М„ 1990, 60 с. -с. 43.

5. Хлыбов О.С., Пешков В.А., Бутюгина Г.В, Математическая модель структурообразования при контролируемой прокатке II Фазовые превращения - 90. Тез. докл. школы-семинара мол. ученых и специалистов по проблемам фазовых превращений в твердом теле. -М., 1990, 60 с. -с. 6.

6. Математическая модель структурообразования и прогнозирования механических свойств стали при горячей широкополосовой прокатке / Хлыбов О.С., Потемкин В.К., Пешков В.А., Хлопонин В.Н. // Математическое моделирование технологических процессов обработки материалов давлением. Тез. докл. Всеросс. научно-т'ехн. конф. - Пермь, 1990, 208 с. - с. 125 - 126.

7. Пешков В.А., Потемкин В.К., Хлыбов О.С. Прогнозирование сгрук-

- туры и механических свойств стали при широкополосовой горячей прокатке // Сгруктурообразование при горячей деформации. Материалы научно-т£хн. семинара. -М., 1991. - с. 36 - 38.

(8. Применение математического моделирования структурных превращений при разработке режимов прокатки на ШПС / Пешков В.А., Хлыбов О.С., Потемкин В.К., Чащин В.В., Хлопонин В.Н. II Изв. вузов. Черная металлургия. -1991. -N 11. -с. 39 - 41.

9. Способ широкополосной горячей прокатки низколегированных и углеродистых сталей. АС СССР 1708451 / Хлопонин В.Н., Захаров И.Ю., Чащин В.В., Пешков В.А., Белянский А.Д., Каретный З.П., Мельников A.B., Букинич A.A., Потемкин В.К., Хлыбов О.С. // Б.И. N 4, 1990.

10.Potyomkin V.K., Khlibov O.S., Pirogov A.P. Mathematical model for prediction of the microstructure and the mechanical properties of hot and cold rolled sheet steels II Proceedings of the 4th Int. Conf. on technology of plasticity. September 5 - 9, 1993, Beijing, China. - 1993. -

И.Хлыбов O.C., Потемкин B.K., Пешков B.A. Математическая модель • структурообразования и прогнозирования механических свойств в процессах горячей прокатки листовой стали II Труды Международной конференции "Черная металлургия России и СНГ в XXI веке". Москва, Июнь 6-10, 1994. В 5 томах. Том. 1 - М., 1994. -с. 199-200.

12.Пешков В. А., Хлыбов О.С., Потемкин В.К. Разработка режимов горячей и контролируемой прокатки при помощи математической модели структурообразования и прогнозирования механических свойств II Термомеханическая обработка металлических материалов. Тез. докл. научно-техн. семинара. - М.: МИСис, 1994, 32 с. - с. 28 - 29.

13.Пешков В.А., Хлыбов О.С., Капнин В.В. Компьютерная модель процессов структурообразования при горячей прокатке листовой стали//Тезисы докладов международной научно-технической российско-германской конференции "Пластическая и термическая обработка современных металлических материалов",- С.-Петербург, 1995. -с. 95- 96.

У*' ■

Московский Государственный институт стали и сплавов. Заказ О Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Типография ЭОЗ МИСиС, Москва, ул. Орджоникидзе. д. 8/9.