автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка технологии производства холоднокатаной ленты с многослойным сварным швом из высокоуглеродистых и легированных марок стали

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ЛЕНТЫ.

1.1. Анализ существующих способов получения качественной стальной ленты.

1.2. Анализ способов получения качественного сварного шва при производстве полосового проката.

1.3. Анализ процессов продольного роспуска полосы при производстве стальной ленты.

1.4. Способы прокатки полос со сварными швами при производстве стальной ленты.

1.5. Выводы. Постановка цели и задач исследования.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ СВАРНОГО ШВА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ

СТАЛЬНОЙ ЛЕНТЫ.

2.1. Формирование сварного соединения при сварке полос из различных марок стали.

2.2. Конструирование многослойного сварного шва.

2.3. Исследование свойств сварных швов.

2.3.1. Исследование структуры и свойств сварного соединения.

2.3.2. Разработка методики испытаний сварных соединений на прочность.

2.4. Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОДОЛЬНОГО РОСПУСКА ПОЛОСЫ ПРИ РЕЗКЕ НА ДИСКОВЫХ НОЖНИЦАХ.

3.1. Анализ процесса роспуска горячекатаного подката из малопластичных марок сталей при производстве ленты.

3.2. Исследование процессов продольного роспуска полос по разработанным способам.

3.3. Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОКАТКИ ПОЛОС С МНОГОСЛОЙНЫМ СВАРНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ

ИЗ МАЛОПЛАСТИЧНЫХ МАРОК СТАЛИ.

4.1. Анализ процесса деформирования многослойного сварного соединения при прокатке.

4.2. Результаты моделирования.

4.3. Описание технологии производства ленты из прочных марок стали.

4.4. Выводы.

В настоящее время совершенствование производства холоднокатаного полосового металла идет по пути модернизации и внедрения агрегатов, работающих по непрерывному или бесконечному принципу.

Цех углеродистой ленты (ЛПЦ-8) ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» был пущен в эксплуатацию в конце 1982 года. Первоначально он проектировался для производства толстой холоднокатаной ленты толщиной 1,8.4,0 мм и шириной 10.450 мм из углеродистых сталей, включительно до стали марки 50. В связи с этим в состав цеха вошло традиционное оборудование, характерное для производства холоднокатаного конструкционного листового проката: агрегат укрупнения и продольного роспуска полосы (АУР) со сварочным комплексом J1-1700Ш, непрерывный травильный агрегат (НТА) с соляно-кислым травлением и со сварочным комплексом КСО-3201, расположенным в головной части агрегата, непрерывный пятиклетевой прокатный стан 630 с гидравлическими нажимными устройствами в четырехвалковых клетях, одностопные газовые колпаковые печи с массой садки до 50 т, двукле-тевой прокатно-дрессировочный стан 630 и 5 агрегатов продольной резки (АПР) фирмы «Зундвиг» с линиями упаковки.

В процессе строительства цеха государством была поставлена задача освоения производства холоднокатаной ленты из углеродистых сталей, а также легированных марок стали с повышенным содержанием углерода. Известные технологии оказались неприемлемыми в условиях высокопроизводительных технологических агрегатов цеха ленты ОАО «ММК».

Таким образом, для освоения производства ленты из указанных прочных марок сталей необходимо было разработать технологию, включающую как технологию производства горячекатаного подката из этой стали, так и технологию его переработки в холоднокатаную ленту на ОАО «ММК» в условиях высокопроизводительного неспециализированного технологического оборудования для производства ленты.

В настоящее время в цехе углеродистой ленты ОАО «ММК» ленту изготавливают из широкого спектра марок сталей следующего сортамента: низкоуглеродистой стали марок 08кп, 08пс, 08, Юкп, Юпс, 10; углеродистой качественной конструкционной стали марок 15-70 по ГОСТ 1050; качественной низкоуглеродистой стали 08ю по ГОСТ 9045; качественной конструкционной легированной стали марки 65Г по ГОСТ 14959; низколегированных (10ЮА, 15ХГЮА, 20Х); углеродистой качественной конструкционной легированной стали марок 20Х, ЗОГ, 30Г2, 15ХГЮА, 25ХГСА, ЗОХГСА, 7ХНМ, 50ХФСА по ГОСТ 4543-71 и ТУ14-1-4333-87, ТУ14-4-1551-89. Толщина прокатываемых полос изменяется в пределах 0,5.4,5 мм, ширина - 250.475 мм (в линии АУР) до 10.460 мм (на готовой ленте). Такой широкий диапазон по толщине, ширине и маркам сталей требует разработки новых подходов к созданию технологий и универсального оборудования для производства холоднокатаной стальной ленты.

Анализом и исследованиями в области прокатки полос со сварными соединениями занимались ученые Полухин В.П., Пименов А.Ф., Куприн М.И., Мазур В.Л., Рысс Б.А., Добронравов А.И., Новицкий А.Ф., Файнберг Л.В., Злов В.Е. Изучению вопросов получения качественной стальной ленты посвящены работы Бояршинова М.И., Петрова В.А., Александрова В.В., Райза М.Ш. и ряд других ученых.

Большинство работ связано с исследованием проблем прокатки сваренных встык полос из низкоуглеродистых марок сталей. В то же время практически отсутствуют данные по исследованию процесса прокатки полос со сварными соединениями из углеродистых и легирован6 ных марок стали с повышенным содержанием углерода на непрерывных станах холодной прокатки. С другой стороны, недостаточно изучены вопросы сквозной технологии производства холоднокатаной ленты из широкого спектра марок стали и изготовление ее с заданными эксплуатационными свойствами. В связи с этим возникают проблемы получения качественного сварного шва при укрупнении полос, их транспортировки через непрерывный травильный агрегат, безобрывной прокатки, качественного продольного роспуска широких полос на нетрадиционном высокопроизводительном оборудовании для лентопрокатного производства.

Для решения этих вопросов необходим комплексный анализ технологического процесса производства холоднокатаной ленты, чему и посвящена данная работа.

Внедрение результатов настоящей работы позволило освоить технологию производства холоднокатаной ленты из углеродистых и легированных марок стали с повышенным содержанием углерода на существующем оборудовании цеха углеродистой ленты ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Автор выражает особую признательность и благодарность за помощь, оказанную в подготовке настоящей работы к.т.н. Смирнову П.Н.

4.4. Выводы

1. В результате исследования процесса прокатки ленты со сварными соединениями из различных марок стали установлено, что прока-тываемость швов зависит от разности механических свойств металла шва и основного металла. При этом отклонение толщины ленты от номинала основных полос рулонов без учета зоны шва не имеет большого различия и находится в одном поле допусков. В то же время всплески толщин швов низкоуглеродистых сталей превосходят поле допусков полосы в 2.3,5 раза, среднеуглеродистых в 3.4 раза, а стали с повышенным содержанием углерода соответственно в 3,5.5,5 раз.

2. Предложена модель деформации полос с разнотолщинным многослойным сварным соединением при холодной прокатке в случае, когда задний стыкуемый конец полосы толще переднего.

3. Сформулировано условие разрыва сваренных встык полос при прокатке разнотолщинного многослойного сварного шва из малопластичных марок стали.

4. Разработана методика аналитического расчета максимального уровня разнотолщинности сваренных встык полос с разработанным многослойным сварным соединением для осуществления безобрывной прокатки холоднокатаной ленты на примере стали марки 65Г.

5. Проанализированы условия получения качественного горячекатаного подката на ОАО «ММК». Определено, что для производства холоднокатаной ленты из малопластичных марок стали оптимальной, с точки зрения обеспечения требуемых свойств, является использование непрерывно-литой заготовки, прокатанной на стане 2000 горячей прокатки.

95

6. Определены основные технологические режимы прокатки полос с многослойными сварными швами из стали марки 65Г на непрерывном пятиклетевом стане 630.

7. Разработана технология производства ленты из стали марки 30Г2, которая может быть использована в качестве упаковочной и хлоп-ковязальной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате решения поставленных в диссертационной работе задач по научно-обоснованному конструированию эффективной сквозной технологии производства ленты из углеродистых и легированных марок стали можно сделать следующие выводы:

1. Для осуществления безобрывной переработки полосы в холоднокатаную ленту предложена новая концепция формирования сварного соединения концов полос из углеродистых и легированных марок стали с повышенным (до 0,75 %) содержанием углерода, содержащего более пластичные наружные и более прочный внутренний слои. При этом интегральная прочность многослойного шва (как наружных, так и внутренних слоев) должна быть соизмерима с прочностью и твердостью основного металла полосы, незначительно превышая ее.

2. Для формирования многослойного шва разработана новая технология контактной стыковой сварки и термообработки полос из прочных марок стали широкого сортамента, а также технические устройства, позволяющие осуществлять сварку непрерывным оплавлением широких полос, защищенные авторскими свидетельствами.

3. Разработана новая методика экспресс-испытаний на прочность сваренных встык концов полос из малопластичных марок стали, позволяющая однозначно оценивать возможность безобрывной переработки полосы в холоднокатаную ленту.

4. Разработаны и внедрены способы и технические устройства для формирования качественной кромки полосы, защищенные авторскими свидетельствами. Предложенные мероприятия позволили осуществлять качественный продольный роспуск полосы из прочных марок стали на дисковых ножах и повысить стойкость режущего технологического обо

97 рудования при производстве холоднокатаной ленты широкого сортамента.

5. Предложена модель прохождения очага деформации при холодной прокатке полос с разнотолщинным многослойным сварным соединением. Это позволило разработать методику аналитического расчета максимально возможной разнотолщинности сваренных встык полос с многослойным сварным соединением для осуществления безобрывной холодной прокатки ленты из малопластичных марок стали

6. Разработана сквозная эффективная технология производства стальной холоднокатаной ленты широкого сортамента по маркам стали на примере стали марки 65Г.

1. Каталог металлоизделий промышленного назначения. Лента стальная. Магнитогорск, 1993. 65 с.

2. Дедек В. Закалка стальных полос. М.: Металлургия, 1977. 243 с.

3. Технология прокатного производства: Справочник / Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М.: Металлургия, 1991. 423 с.

4. Заявка 4414037 ФРГ, МКИ 6 В 21D 39/03 Способ и устройство для соединения концов тонких металлических полос.

5. Прокатка металла со сварными соединениями / Мазур В.Л., Ме-лешко В.И., Галкин Д.П. и др. М.: Металлургия, 1985. 12 с.

6. Заявка 489110, Япония, МКИ5 В21В 1/26. Способ соединения полос при горячей прокатке.

7. Заявка 484609 Япония, МКИ5 В21В 15/00. Способ и устройство для соединения металлических полос.

8. Пат. 5674412 США, МПК 6 , В23К 1/14. Стыковка лент

9. Бесконечная чистовая прокатка//Nippon Steel News. 1998. № 270. С. 5.

10. А.с. 659310 СССР. МКИ В23К 9/16. Способ сварки плавлением высокопрочных и разнородных сталей / Рощин В.В. // Опубл. в Б.И. 1979. №16.

11. Технология и оборудование сварки плавлением / Никифоров Г.Д., Бобров Г.В., Никитин В.М. и др. М.: Машиностроение, 1986. 320 с.

12. Акупов А.И., Бельчук А.И., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением. М.: Машиностроение. 1977. 232 с.

13. Челноков Н.М., Власьевнина Л.К., Адамович Н.А. Технология горячей обработки материалов: Учебник для учащихся техникумов. М.: Высшая школа, 1981. 296 с.

14. Совершенствование производства холоднокатаной листовой стали /Железнов Ю.Д., Черный В.А., Кошка А.П. и др. М.: Металлургия, 1982. 232 с.

15. Кабанов Н.С. Сварка на контактных машинах. М.: Высшая школа. 1968. 231 с.

16. Кабанов Н.С., Слепак Э.Ш. Технология стыковой контактной сварки. М.: Машиностроение, 1970. 263 с.

17. Кабанов П.С., Мухин Г.Г., Новицкий А.Ф. и др. // Сварочное производство. 1975. № 12. С. 35-37.

18. Лившиц Б.Г. Металлография. М.: Металлургия, 1971. 408 с.

19. Гривняк И. Свариваемость сталей. М.: Машиностроение, 1984.216 с.

20. Сагалевич В.М. Методы устранения сварочных напряжений и деформаций. М.: Машиностроение. 1974. 248 с.

21. Причины охрупчивания сварных швов в линиях производства холоднокатаного листа / Verrier Р. // Pev. met. 1985, 92, № 7-8. С. 933944.

22. Stahlmarkt. 1995, 45, № 6. С.44,46-47.

23. Blech Rohre Profile. 1994, 44, № 6. С. 26

24. Koroc A.M. Механическое оборудование волочильных и ленто-прокатных цехов. М.: Металлургия. 1980. 310 с.

25. Кабанов Н.С., Павлютин В.А., Кашинцев В.В. Прокатка полос, сваренных встык оплавлением, без снижения скорости // Сталь, 1969. № 11. С. 1009-1012.

26. Рациональные режимы прокатки полос, сваренных встык. / Ма-зур В.П., Акишин В.В., Добронравов А.И. и др.//Сталь. 1978. №7. С.629-633.

27. Влияние величины перепада скорости прокатки на динамику изменения параметров процесса при пропуске сварных соединений. / Калашников П.П., Полухин П.И., Поляшов B.C. и др. // Известия ВУЗов, Черная металлургия. 1970. № 9. С. 104-109.

28. Особенности прокатки сварных соединений на непрерывных широкополосных станах / Заугольников Д.Я., Ефименко С.Я., Дубинский Б.Е. // Известия ВУЗов, Черметинформация. 1971. № 3. С. 93-97.

29. Целиков А.И., Никин Г.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки. М.: Металлургия. 1980. 320 с.

30. Громов Н.П. Теория обработки давлением. М.: Металлургия. 1978. 360 с.

31. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория ОМД. М.: Машиностроение. 1971. 424 с.

32. Теория прокатки: Справочник / Целиков А.И., Томленов А.Д., Зюзин В.И. и др. М.: Металлургия, 1982. 335 с.

33. А.с. 1646752 СССР. Способ получения полосы под холодную прокатку / Смирнов П.Н., Ошеверов И.И., Бондяев И.И. и др. // Опубл. в Б.И. 1991. № 17.

34. Смирнов П.Н., Бондяев И.И. Закономерности холодной прокатки полос со сварными швами из углеродистых и легированных с повышенным содержанием углерода марок сталей на непрерывном стане «630» // Черные металлы. 2002. № 1. С. 45-47.

35. Прохоров Н.Н. Физические процессы в металлах при сварке. Т. 1 Элемента физики металлов и процесс кристаллизации. М.: Металлургия. 1968. 695 с.

36. А. с. 1469714 СССР МКИ В23К 11/04. Зажимной токопроводя-щий электрод машины для стыковой контактной сварки оплавлением / Смирнов П.Н., Ошеверов И.И., Бондяев И.И. и др. // Опубл. в Б.И. 1985. №5.

37. А.с. 1152746 СССР, МКИ В23К 11/04. Машина для стыковой сварки концов полос оплавлением / Смирнов П.Н., Файнберг Л.Б., Бондяев И.И и др. // Опубл. в Б.И. 1988. № 16.

38. Сварка полос из углеродистых сталей для травления и холодной прокатки укрупненных рулонов. / Новицкий А.Ф., Рысс Б.А., Бондяев И.И. и др. // Разработка и исследование оборудования прокатных станов (ВНИИМетМаш). М. 1990. С. 154-162.

39. А.С. 1266689 (СССР). Способ нагрева полосы со сварным швом при термообработке в электродах стыкосварочной машины / Новицкий А.Ф., Смирнов П.Н., Ошеверов И.И. и др. // Опубл. в Б,И. 1986. № 40.

40. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. М.: Машиностроение, 1979. 191 с.

41. Смирнов П.Н., Ошеверов И.И., Бондяев И.И. Подготовка подката из прочных марок сталей на многодисковых ножницах к холодной прокатке ленты. / Информ. Листок № 542-87 Челябинского ЦНТИ,1. Челябинск, 1987.

42. А.с. 1113195 СССР. МКИ В21 В 45/02. Устройство для смазки пар ножей дисковых ножниц / Смирнов П.Н., Ошеверов И.И., Бондяев И.И. и др. // Опубл. в Б.И. 1984. № 34.

43. А.с. 1255229 СССР. МКИ В21 В 45/02. Устройство для смазки пар ножей дисковых ножниц / Бондяев И.И., Смирнов П.Н., Ошеверов И.И. и др. // Опубл. в Б.И. 1986. № 33.

44. А.с. 1399022 СССР. МКИ В21 В 45/02.Устройство для смазки пар ножей дисковых ножниц / Бондяев И.И., Смирнов П.Н., Ошеверов И.И. и др. // Опубл. в Б.И. 1988. № 20.

45. А.с. 1447584 СССР. МКИ В21 В 45/02. Устройство для смазки пар ножей дисковых ножниц / Бондяев И.И, Смирнов П.Н., Ошеверов И.И. и др. // Опубл. в Б.И. 1988. № 48.

46. А.с.1238909 СССР. МКИ В23 D 31/04. Устройство для продольной резки полосового материала / Смирнов П.Н., Ошеверов И.И., Бондяев И.И. и др. // Опубл. в Б.И. 1986. № 23.

47. А.с. 1196165 СССР. МКИ В23 D 19/04. Дисковые ножницы / Бондяев И.И., Смирнов П.Н., Ошеверов И.И. и др. // Опубл. в Б.И. 1985. № 45.

48. А.с.1417314 СССР. МКИ В23 D 19/00. Дисковые ножницы / Ле-гаев В.Я., Смирнов П.Н., Бондяев И.И. и др. // Опубл. в Б.И. 1988. № 41.

49. Королев А.А. Механическое оборудование прокатных цехов черной и цветной металлургии. М.: Металлургия, 1987. 480 с.

50. Потапенков А.П. Исследование усилий резания наклонными ножами // Изв. ВУЗов. Черметинформация. 1998, № 8. С. 65-69.

51. Нотченко В.Д., Сатонин А.В., Бойденко А.Н. К расчету энергосиловых параметров процесса резания листового металлопроката // Изв. ВУЗов. Черметинформация. 1999. № 6. С. 78.

52. А.с. 1368112 СССР. МКИ В23 D 19/04. Способ получения полосового материала / Ошеверов И.И., Смирнов П.Н., Бондяев И.И. и др. // Опубл. в Б.И. 1988. № 3.

53. А.с. 1538943 СССР. МКИ В21В 39/14. Устройство для центрирования прокатанных полос после продольной резки широкой полосы / Ошеверов И.И., Смирнов П.Н., Бондяев И.И. и др. // Опубл. в Б.И. 1990. №4.

54. А.с. 1349908 СССР. МКИ В 23 D 33/02. Устройство для направления обрезаемой кромки полосового металла / Ошеверов И.И., Смирнов П.Н., Бондяев И.И. и др. // Опубл. в Б.И. 1987. № 41.

55. А.с.1479211 СССР. МКИ В 23 D 19/04. Способ обработки полосы / Бондяев И.И., Смирнов П.Н., Ошеверов И.И. и др. // Опубл. в Б.И. 1989. № 18.

56. А.с. 1433654 СССР. МКИ В 23 D 19/06. Способ обрезки кромок металлических полос / Ошеверов И.И., Смирнов П.Н., Бондяев И.И. и др. //Опубл. в Б.И. 1988. №40.

57. Аркулис Г.Э. Совместная пластическая деформация разных металлов. М.: Металлургия, 1964. 272 с.

58. Аркулис Г.Э. Закономерности совместной пластической деформации разных металлов: Учеб. пособие. Магнитогорск: МГМИ, 1990. 89 с.

59. Кобелев А.Г., Потапов И.Н., Кузнецов Е.В. Технология слоистых металлов: Учеб. пособие. М.: Металлургия, 1991. 249 с.

60. Коковихин Ю.И., Пинашина В.А. Влияние компоновки биметалла и способа его изготовления на распределение послойных продольных напряжений // Теория и практика производства метизов: Сб. науч. тр. Свердловск: Книжное изд-во, 1978. № 7. С. 37-42.

61. Гуляев А.С., Лапис А.В. К расчету давления металла на валки при прокатке биметалла//Труды Гипроцветметобработка. Вып. 54. 1978. С. 30-34.

62. Кучкин В.В., Рыбин Ю.И. Аналитический метод определения начала совместной деформации при пакетной прокатке разнородных материалов // Вопросы судостроения. Металлургия. 1982. № 34. С. 17-19.

63. Дорогобид В.Г., Ильина Н.Н. Теория прокатки слоистых металлов: Учебное пособие. Магнитогорск: МГТУ. 1998. 81 с.

64. Дорогобид В.Г. Влияние различных факторов на неоднородность деформации при прокатке слоистых полос. Сообщение 3 // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. / Под ред Г.С. Гуна. Магнитогорск: МГТУ. 1999. С.31-39.

65. Куприн М.И., Куприна М.С. Основы теории прокатки. М.: Металлургия, 1978. 184 с.

66. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. ТЗ. Теория пластической обработки металлов. М.: Металлургия, 1961. 306 с.

67. Теория прокатки: Учебник для вузов / Грудев А.П. М.: Металлургия, 1988. 240 с.

68. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986. 544 с.105

69. Бондяев И.И. Особенности получения качественного сварного шва при производстве ленты из стали 65Г в условиях ОАО ММК // Обработка сплошных и слоистых материалов. Межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. Г.С. Гуна. Магнитогорск, 2001. С. 201-204.

70. Бондяев И.И., Смирнов П.Н. Разработка новой технологии производства упаковочной ленты в условиях ОАО «ММК» // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. Г.С. Гуна. Магнитогорск, 2001. С. 226-230.